深松對覆膜滴灌棉田根腐病害發(fā)生及根區(qū)環(huán)境的影響

徐高羽，雷 斌，崔建平，李 進，王家勇，雷 蕾，爾 晨，張昊，湯秋香 ，林 濤,4

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/棉花教育部工程研究中心, 烏魯木齊 830052; 2.新疆農(nóng)業(yè)科學院核技術(shù)生物技術(shù)研究所, 烏魯木齊 830091;3.新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所, 烏魯木齊 830091;4.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】長期連作等不合理栽培措施，會使棉田根腐病害逐年積累，已成為新疆植棉區(qū)限制棉花產(chǎn)量的主要因素之一[1]。研究表明，深松能打破堅硬的犁底層，實現(xiàn)土壤的耕作層與心土層之間水分的溝通和調(diào)解, 同時降低深層土壤容重, 改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤養(yǎng)分[2]。深松能有效地調(diào)節(jié)耕作層與心土層之間水、肥、氣、熱梯度的連通性[3]，改善土壤的通透性。有效降低土壤有害菌群的數(shù)量，棉花根腐病是棉田中存在的重要土傳病害。長期連作增加耕層病原微生物是根腐類病害加重的主要原因，深松耕能改善耕層結(jié)構(gòu)，促進根系下扎，從而顯著降低土傳類病害的發(fā)生。針對棉花根腐病，研究深松對棉花根腐病的防治效果，對于提高棉花抗病性和提高產(chǎn)量有重要意義。【前人研究進展】誘發(fā)根腐病害的原因有很多。前人提出了許多防治措施，按照防治時期，可以分為播前處理和生長期處理，按照防治措施可以分為物理防治和化學防治。如：選取抗病良種，種子包衣，并播前曬種提高種子活力[4]。在發(fā)病初期噴施或者灌根化學殺菌劑[5](如：3%甲霜·惡霉靈、0.5%嘧菌酯·惡霉靈)可以控制根腐病的發(fā)病程度。在種植方式上通過輪作倒茬[6]、適期播種[6]、苗后中耕松土[7]等均可減輕田間病菌積累。深松是北方干旱、半干旱地區(qū)常用的耕作方式，具有打破犁底層改良耕層結(jié)構(gòu)[3]、改善土壤理化性質(zhì)、顯著降低土層容重，增加土壤通透性[8]、改善土壤微環(huán)境，提高土壤蓄水保墑能力，增加作物水分利用效率，提高土壤蓄滲與防蝕抗旱[9]可為地下根系生長發(fā)育營造良好的營養(yǎng)和水分條件，從而促進作物生長和提高產(chǎn)量的顯著優(yōu)勢[6]。【本研究切入點】目前，通過化學藥劑處理防治棉花根腐病的研究報道較多，但有關(guān)深松措施對棉花根腐病害的防病機理研究鮮有報道。研究深松對覆膜滴灌棉田根腐病害發(fā)生及根區(qū)環(huán)境的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】設(shè)置3個深松梯度，研究不同深松深度對發(fā)病指數(shù)、產(chǎn)量、土壤含水量、棉花根系形態(tài)、根系活力等影響，分析覆膜滴灌棉田根腐病害發(fā)生特征與根區(qū)環(huán)境演變的關(guān)系，為防治棉花根腐病害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年4～10月在新疆阿瓦提縣農(nóng)科院試驗站(N 40°06', E 80°44', 海拔1 025 m)根腐病混生病田進行。該區(qū)年均降水量46.4 mm，年日照時數(shù)2 679 h，≥10℃年積溫為3 987.7℃，無霜期為211 d，屬于典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，試驗區(qū)土壤質(zhì)地為沙質(zhì)壤土，有機質(zhì)含量8.3 g/kg，全氮0.5 g/kg，速效氮58.4 mg/kg，速效磷35.4 mg/kg，速效鉀130.7 mg/kg。

2018年棉花生育期劃分為苗期(4月23日～5月25日)，蕾期(5月26日～6月22日)，花鈴期(6月23日～8月17日)，吐絮期(8月18日～9月25日)。棉花于4月23日進入苗期(4月23日～5月5日)。參照當?shù)貍鹘y(tǒng)經(jīng)驗，生育期灌溉11次，6月下旬開始，8月下旬結(jié)束，灌溉定額350 mm左右，灌溉間隔6～7 d，灌水定額21～41.5 mm。

在試驗棉田整個棉花生育期內(nèi)，最高空氣溫度36.1℃，平均日溫20.6℃，平均溫度最高出現(xiàn)在7月底8月初。月平均降水24.7 mm，月平均灌溉量66.9 mm。圖1。

注：Ta為氣溫，ave、max、min為平均、最大、最小

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計。利用4齒鴨掌式深松犁，松耕30、40、50 cm(S30，S40，S50)以傳統(tǒng)翻耕20 cm為對照(CK)。在深松大區(qū)處理基礎(chǔ)上，劃定小區(qū)，每個小區(qū)3膜12行，小區(qū)寬6.9 m，長6.5 m，面積44.85 m2，重復4次。其他管理同大田。供試陸地棉品種為新陸中54號(新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所提供)。采用2.05 m地膜覆蓋，“1膜2管6行”種植模式，滴灌帶間距76 cm，滴頭間距25 cm，滴頭流量2.1 L/h。株行配置[(10+66+10+66+10)+66]cm×11 cm，6 月中旬開始灌溉，8 月中旬結(jié)束灌溉，每 7 d 滴灌1次，灌溉定額均為 4 650 m3/hm2，灌水定額為灌溉定額的1/10。采用“1水1肥”的灌溉施肥方式進行追肥，追施尿素 600 kg/hm2，其他管理同大田。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 根腐病調(diào)查

5月10日三葉期開始調(diào)查，每小區(qū)對角線 5 點取樣，每點挖取 10 株，共50株，記錄總株數(shù)及各級病株數(shù)，每隔10 d調(diào)查1次，到9月10日病情穩(wěn)定后結(jié)束調(diào)查，計算發(fā)病率和病情指數(shù)[10]如下。

(1)生長期調(diào)查分級標準

0級：外表無癥狀；

1級：病葉占總?cè)~片數(shù)25%以下；

2級：病葉占總?cè)~片數(shù)25%～50%；

3級：病葉占總?cè)~片數(shù)50%～75%，少部蕾鈴脫落；

4級：病葉占總?cè)~片數(shù)75%以上，大部分蕾鈴脫落。

(2)剖稈檢查分級標準

0級：維管束無變色；

1級：維管束變色面積占橫截面25%以下；

2級：維管束變色面積占橫截面25%～50%；

3級：維管束變色面積占橫截面50%～75%；

4級：維管束變色面積占橫截面75%以上。

1.2.2.2 產(chǎn)量

吐絮期各小區(qū)按 1%667 m2測定棉鈴數(shù)及株數(shù)，選取每小區(qū)長勢均勻且連續(xù)的棉株處選取150個棉鈴對其稱重，計算單鈴重，風干后軋花，用電子天平測定皮棉重，計算衣分率，折算產(chǎn)量。

1.2.2.3 土壤含水量

采用SMART土壤刨面水分探測儀對深松處理后土壤體積含水量的動態(tài)變化進行定位監(jiān)測，在0～60 cm范圍，每10 cm土壤剖面水分的生長季動態(tài)變化數(shù)據(jù)。

1.2.2.4 土壤容重

采用環(huán)刀法測定土壤容重[11]

1.2.2.5 根系形態(tài)

采用根系雙向切片法獲取不同耕作處理收獲期0～60 cm垂直剖面的根系樣本，結(jié)合WINRHIZO Version Reg.2007 d(Regent Instrument Inc.CAN)根系分析系統(tǒng)獲取根系長度、面積、體積、直徑等重要形態(tài)參數(shù)[12]。

1.2.2.6 根系活力

采用TTC法測定根系活力[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS Version 7.05(Data Processing System Software, Inc.CHN)軟件進行統(tǒng)計與分析，采用最小顯著性差異LSD法進行顯著性測驗。采用Sigmaplot Version 12.5(Systat Software, Inc.USA)軟件對分析數(shù)據(jù)進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松對病情指數(shù)和產(chǎn)量的影響

研究表明，根腐病在6月上旬達到第一個發(fā)病高峰23.2%～34.6%，在8月中旬達到第二個發(fā)病高峰38.9%～47.8%。平均氣溫達到15℃開始發(fā)病，20～23℃發(fā)病速度最快，當氣溫>28℃時發(fā)病開始減輕。此外重茬次數(shù)越多，土壤中積累的菌量愈大，發(fā)病愈重，連作1～2年平均發(fā)病率是12.5%，連作3～4年平均發(fā)病率為24.7%，5～6年為39.7%[14]，重茬連作給土傳病造成了適宜的生長繁殖條件。深松能夠明顯降低病原菌，與S30、S50相比，S40處理對根腐病具有明顯的抑制作用。第一發(fā)病高峰未出現(xiàn)，發(fā)病過程緩慢，第二發(fā)病高峰病情指數(shù)較低，峰值出現(xiàn)時間較晚。

在5月10日至9月10日的13次調(diào)查期間，S40處理對應(yīng)的棉花根腐病病情指數(shù)分別為6.0%、9.0%、12.8%、20.4%、23.2%、24.0%、28.0%、34.0%、37.0%、33%、38.9%、32.3%和29.8%。比CK處理降低了0.7%、3.8%、6.5%、15.6%、6.8%、5.0%、11.0%、7.0%、3.3%、12.0%、8.1%、16.7%和20.2%，深松耕對棉花根腐病的發(fā)生量具有較明顯的抑制作用。圖1

圖2. 深松處理下棉田根腐病發(fā)病指數(shù)變化

深松處理能夠改善單鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)，提高棉花產(chǎn)量。隨著深松深度的增加，單株結(jié)鈴數(shù)遞增，尤其S40較S30遞增明顯并有顯著差異。皮棉產(chǎn)量隨著深松深度的增加而增加。深松40 cm時產(chǎn)量最高，皮棉產(chǎn)量分別較CK、S30、S50增加了22.2%、15.7%、2.5%，S40與CK和S30皮棉產(chǎn)量差異顯著。深松處理S40單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴重最高且與CK處理和S30處理均差異顯著。表1

表1 深松深度下棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因素變化

2.2 深松對土壤含水量的影響

研究表明，深松可顯著改善土壤水分狀況，不同覆蓋量對土壤水分的影響效果不同。

棉花生長初期，不同土層內(nèi)各處理土壤水分變化規(guī)律不同，在0～30 cm土層內(nèi)，以S40處理土壤含水率最高，CK處理土壤含水率最低，各土層間越往下土壤含水量增加。30 cm土層以下，CK處理土壤含水量明顯增大，其他處理土壤水分含量波動較大。進入花鈴期，0～60 cm土層，各處理間土壤水分含量變化差異更明顯，且不同處理變化規(guī)律與蕾期一致，30 cm土層以上，處理間土壤含水量呈S40>S50>S30>CK的變化趨勢。30～60 cm土層CK處理較其他處理含水量增加明顯。到吐絮期，各處理表層土壤含水量顯著降低，隨土層深度增加，土壤含水量逐漸增大，且仍以S40處理土壤含水量最大。在0～30 cm土層，各生育時期S40處理土壤含水量顯著高于其他處理，CK處理最低，在30～60 cm土層，CK處理土壤含水量明顯增大，深松處理有利于蓄水保墑，可提高深層土壤的水分利用率，以S40處理保水性能最好。圖3

圖3 不同深松深度下土壤含水率的變化

2.3 深松深度對土壤容重的影響

研究表明，不同深松深度對各生育時期棉田土壤容重的影響規(guī)律，蕾期0～60 cm土層深度內(nèi)，各處理土壤容重呈先增大后減小的變化趨勢，不深松處理(CK)土壤容重均明顯高于其他深松處理，0～30 cm土層深度內(nèi)，不同處理間土壤容重變化表現(xiàn)為S40

圖4 不同深松深度下土壤容重的變化

2.4 深松對棉花根系形態(tài)和根系活力的影響

研究表明，棉花主要根系形態(tài)指標隨松耕深度的增加而趨向合理。隨著深松深度增加，棉花根系長度、根系表面積和根系體積也隨之增加，深松深度越深各根系形態(tài)指標增加幅度越明顯。其中，S40處理與CK處理相比，S40處理能顯著增加根系長度31.1%，增加根系表面積28.5%，增加根系體積32.9%；與CK處理相比，S50處理能顯著增加根系長度34.6%，增加根系表面積44.8%，增加根體積40.6%。表2

表2 深松下根系形態(tài)變化(0～60 cm土壤刨面)

研究表明，蕾期沒有深松的CK處理在0～60 cm土層內(nèi)，根系活力均小于其他處理。其中0～20 cm內(nèi)S40處理的根系活力顯著高于其他處理，呈現(xiàn)S40>S50>S30>CK的規(guī)律；20～40 cm土層中呈現(xiàn)S40>S30>S50>CK的規(guī)律；40～60 cm土層呈現(xiàn)S50>S40>S30>CK的規(guī)律，由于深松打破了犁底層，有助于根系生長，從而提高根系活力，因此，該土層深松50 cm的處理根系活力最強。花鈴期根系活力較蕾期整體有所降低，但沒有深松的CK處理的根系活力仍然低于其他處理，整體也表現(xiàn)為S40處理根系活力最高。吐絮期0～60 cm土層各處理的根系活力均隨著土層的增加而增加，0～60 cm土層中，沒有深松的CK處理根系活力仍然低于其他處理，但S30、S40和S503個處理的根系活力在此時差別不大。圖5

圖5 不同深松深度下根系活力的變化

2.5 土壤含水率、土壤容重和根系活力與病情指數(shù)的回歸分析

研究表明，土壤容重在蕾期和吐絮期在0.01水平顯著，在花鈴期0.05水平顯著；根系活力在蕾期0.05水平顯著，土壤含水率在3個時期均不顯著。土壤容重對3個主要生育時期棉花病情指數(shù)影響都較大，3個時期的土壤含水率和根系活力線性回歸系數(shù)都較小，和根腐病病情指數(shù)不具有一次曲線關(guān)系。在二項曲線回歸分析(一元非線型回歸模型)結(jié)果中，土壤容重大和根系活力與3個生育時期的病情指數(shù)擬合度相對較高，土壤含水率對花鈴期病情指數(shù)無顯著影響。表3

表3 土壤含水率、土壤容重和根系活力與病情指數(shù)的回歸分析

3 討 論

根腐病的發(fā)生與土壤的土層結(jié)構(gòu)、容重、水分等狀況具有顯著的相關(guān)性。研究中深松能降低土壤容重，增加透水通氣性能，促進根系生長從而降低棉花根腐病病情指數(shù)。

從整個生育期各處理土壤含水率變化情況來看，在0～30 cm土層內(nèi)，CK處理土壤含水率都較低。30 cm土層以下，CK處理土壤含水量明顯增大，其他處理土壤水分含量波動較大。這可能是由于深松打破土壤犁底層[15]，深層土壤水分向上移動造成，而不深松處理下層土壤水分不能向上移動，故含水量增加。S40處理，土壤擴庫增容效果明顯，儲水能力較強，水分含量變化趨勢較為平緩，深層水消耗比例小。在生長中后期，植株不容易受干旱和高溫的脅迫，一定程度上降低了病原菌的種群密度。在土壤含水率和病情指數(shù)回歸分析中，其花鈴期和吐絮期二項曲線回歸系數(shù)均達到了極顯著水平(P<0.01)，二者擬合度較高，變化趨勢相近，即在蕾期和吐絮期中土壤含水率對病情指數(shù)影響較大。土壤含水率相對應(yīng)的深松處理S40能有效降低根腐病病情指數(shù)。

從整個生育期各處理土壤容重變化情況來看，0～60 cm土層內(nèi)，均以不深松處理土壤容重最大，且30 cm以上土層則以S40處理土壤容重最小。深松改變了土壤結(jié)構(gòu)，易創(chuàng)造深厚疏松的耕層土壤環(huán)境[16]，隨深松深度增加，土壤容重逐漸減小，并以S40處理效果最好。在土壤容重對棉花根腐病病情指數(shù)進行回歸分析，其線性回歸系數(shù)和二項曲線回歸系數(shù)均達到了顯著水平(P<0.05)，土壤容重在蕾期、吐絮期對棉花根腐病發(fā)病情況影響較大，深松處理S40降低病情指數(shù)效果最好。

從整個生育時期棉株根系活力和根系結(jié)構(gòu)變化來看。深松可以促進作物根系的延伸, 增加作物的根長、根系體積、根系表面積和根系干重密度, 進而實現(xiàn)作物增產(chǎn), 與前人研究結(jié)果一致。土壤的物理性狀對作物的根系生長發(fā)育有較大影響[17], 而深松可以改善土壤孔隙狀況, 增加土壤通透性, 有利于根系下扎, 促進根系生長[18]。作物的根系干重密度、根系體積隨土層深度加深呈遞減的趨勢[19], 深松可以促進作物根系特別是下層根系干物質(zhì)密度的增加, 增加根系縱深分布[17], 并提高作物的根系活性。綜合分析表明，在不同的深松深度中, 深松 40 cm 處理的棉花根長、根系體積和根系表面積值增長幅度最大。各個生育時期0～60 cm土層沒有深松的處理根系活力均低于深松處理，深松的3個處理根系活力基本表現(xiàn)為S40>S50>S30的規(guī)律。在根系活力與病情指數(shù)的回歸分析中，在蕾期和花鈴期其二項曲線回歸系數(shù)都較大且達到極顯著水平(P<0.01)，在吐絮期達到顯著水平(P<0.05)，根系活力也對病情指數(shù)有極顯著的影響，在根系活力對病情指數(shù)的影響中，根系活力相對應(yīng)的深松處理 S40能有效降低根腐病病情指數(shù)。

4 結(jié) 論

深松對棉花根腐病的發(fā)生量具有較明顯的抑制作用。與S30、S50相比，S40處理對根腐病具有明顯的抑制作用。深松處理能夠改善單鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)，提高棉花產(chǎn)量。深松 40 cm時產(chǎn)量最高。深松處理有利于蓄水保墑，可提高深層土壤的水分利用率，能有效降低土壤容重，以S40處理保水性能最好。深松能使棉花根系長度、根系表面積和根系體積增加，使根系形態(tài)指標趨于合理，且各生育時期0～60 cm土層沒有深松的處理根系活力均低于深松處理。深松能降低棉花根腐病病情指數(shù)，且深松S40處理效果最好。