秸稈還田與施鉀對棉花蕾鈴分布及根系活力的影響

張凡魏萌涵孟亞麗楊春玲

(1.安陽市農業科學院，河南 安陽 455000；2.許昌職業技術學院，河南 許昌 461000；3.南京農業大學農學院，江蘇 南京 210000)

作物秸稈是重要的田間副產品，含有大量的營養元素，秸稈還田不僅可以提高資源利用率，而且可以改變土壤理化性狀，從而改善植株的生長[1,2]。我國農作物秸稈數量年產量大，養分含量高，2015年秸稈年產量超7千萬t，但絕大部分秸稈被焚燒或隨意堆棄，利用率僅為33%，如果將這些秸稈全部還田，相當于化肥用量的38.4%(N)、18.9%(P2O5)和85.5%(K2O)[3]。秸稈還田成為一種有效的秸稈利用方式，不僅能夠將作物收獲帶走的大部分營養元素歸還土壤、改善生態環境[4]，而且能夠提高作物產量[5]。

有關秸稈還田與施鉀提高作物產量的研究已有大量報道[6,7]。丁亨虎等[8]認為,小麥秸稈還田增加了棉花株高和果枝數。劉冬青等[9]認為，小麥秸稈覆蓋可以增加棉花鈴重，提高棉花產量。李繼福等[10]在不同土壤肥力上的研究表明，秸稈還田與施用化學鉀肥的差異與地力狀況有關。白由路等[11]在麥玉輪作模式下的研究也得出相似結論。總體而言，關于長江流域秸稈還田對棉花根系活力與農藝性狀的研究較少，尚未明確秸稈還田對棉花根系活力、蕾鈴分布的影響及其與化學鉀肥的差異。本研究通過設置不同秸稈還田量和施鉀處理，分析秸稈還田與施鉀對棉花根系活力與主要農藝性狀的影響及其二者的差異，為提高秸稈資源利用率和合理施用鉀肥供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2012年6月—2013年12月在江蘇省農業科學院試驗基地(E118°50′，N32°02′)進行。試驗田地勢平坦，地力均勻，土壤質地為黏土，耕層土壤基礎養分含量為有機質12.9g·kg-1、全氮0.90g·kg-1、速效氮24.2mg·kg-1、速效磷12.1mg·kg-1、全鉀9.1g·kg-1、速效鉀154.6mg·kg-1。前茬作物為冬小麥，2012年5月收獲后，秸稈粉碎，按照不同秸稈還田量分別還田，施鉀處理秸稈不還田。

供試棉花品種為“泗雜3號”。4月25日育苗，6月5日左右移栽，秸稈于7月5日左右還田，結合中耕培壟翻埋入土，行株距為1.0m×0.3m。棉花生育期內施氮肥240kg·hm-2(基肥40%、花鈴肥60%)，施磷肥225kg·hm-2(移栽時一次性施入)，不施鉀肥。其他田間管理措施均按高產栽培要求進行。

1.2 試驗設計

試驗設置秸稈不還田不施鉀肥(CK)、秸稈還田量4500kg·hm-2(W1)、秸稈還田量9000kg·hm-2(W2)、施鉀量150kg·hm-2(K1)、施鉀量300kg·hm-2(K2)5個處理，3次重復，小區面積10m×3.6m。秸稈還田量的設計是根據小麥產量和莖谷比計算而來，施鉀量的設計是根據秸稈產量及含鉀量折算而來。秸稈還田處理：冬小麥收獲后將秸稈全部移出，粉碎、稱重，按照小區面積還田相應量的秸稈；施鉀處理：冬小麥收獲后將秸稈全部移出，不還田，按照小區面積于移栽時一次性施入相應量的鉀肥。

1.3 試驗測定指標與方法

1.3.1 農藝性狀調查

于棉花花鈴期開始，各小區連續選取10株掛牌，每隔15d調查1次，對其果枝數、果節數、株高、蕾鈴數、蕾鈴脫落率等農藝性狀進行記載，直至成熟收獲。

1.3.2 根系活力測定

分別于7月15日、8月15日、9月15日每小區取2株植株樣后挖出棉花根系，放入網袋中，在田間用較大的水流將根系上的大部分泥土沖刷掉，然后將根系帶回實驗室，用去離子水小心清洗，再挑揀2mm左右的根尖，用TTC法測定根系活力[12]。

1.4 數據統計分析

用SPSS 17.0和Excel 2020進行數據整理和統計分析，用Origin 15進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田與施鉀對棉花蕾鈴分布及農藝性狀的影響

2.1.1 不同果枝部位鈴數

與對照相比，秸稈還田和施鉀均顯著提高了不同果枝部位鈴數，見表1。2012年秸稈還田處理較對照鈴數分別提高了74%(下部)、18.7%(中部)、131.8%(上部)，2013年秸稈還田處理較對照鈴數分別提高了64.2%(下部)、11.1%(中部)、27.0%(上部)；施鉀處理2012年較對照鈴數分別提高了91.8%(下部)、45.3%(中部)、127.3%(上部)，2013年較對照鈴數分別提高了81.0%(下部)、23.7%(中部)、69.3%(上部)。可以看出，秸稈還田和施鉀處理主要提高了上部和下部果枝鈴數，且秸稈還田處理提高鈴數的幅度不及施鉀處理。不同秸稈還田量之間在上、中、下部果枝的鈴數差異不顯著(2012年中部果枝除外)，不同施鉀量之間表現亦是如此。年際間趨勢一致，但隨秸稈還田量和施鉀量的增加，鈴數呈增加趨勢。

表1 秸稈還田對棉花不同果枝部位鈴數的影響

2.1.2 蕾鈴動態

2a試驗中棉花蕾鈴動態及處理間趨勢一致，以2013年數據為例，見圖1?？梢钥闯觯藁ɡ兮彅党氏壬吆蠼档挖厔?，在8月15日左右達到最大值。與CK比較，秸稈還田和施鉀處理提高了棉花發育各時期的蕾鈴數，且隨秸稈還田量和施鉀量的增加差異加大。秸稈還田與施鉀處理間比較，W2處理各時期蕾鈴數與施鉀處理差異較小，而W1處理明顯低于施鉀處理。從7月15日起，秸稈還田和施鉀處理棉花蕾鈴數即高于CK，至吐絮期差異達到最大，蕾鈴數分別增加了44.7%、55.8%。從整個生育時期來看，秸稈和施鉀處理在7月15日—8月1日間的蕾鈴增速高于CK，W1與CK處理的最大蕾鈴數差異較小，但顯著低于W2和施鉀處理，9月1日以后，秸稈和施鉀處理蕾鈴數基本不變，CK處理仍緩慢降低。

圖1 秸稈還田與施鉀對棉花蕾鈴動態的影響

2.1.3 不同果枝部位鈴重

與對照相比，秸稈還田和施鉀處理均增加了不同果枝部位鈴重，見表2。2012年秸稈還田處理較對照鈴重分別增加了13.50%(下部)、29.74%(中部)、18.50%(上部)，2013年秸稈還田處理較對照鈴重分別增加了12.41%(下部)、21.27%(中部)、46.71%(上部)；施鉀處理2012年較對照鈴重分別增加了18.51%(下部)、29.61%(中部)、19.25%(上部)，2013年較對照鈴重分別增加了17.22%(下部)、34.42%(中部)、63.82%(上部)。可以看出，2012年秸稈還田和施鉀處理以中部果枝鈴重增加幅度最大，2013年以上部果枝鈴重增加幅度最大。2012年不同秸稈還田量之間上、中、下部果枝鈴重差異均不顯著，2013年差異顯著，W2顯著大于W1處理；不同施鉀量之間2a上、中、下部果枝鈴重差異均不顯著。由變異系數也可以看出，2012年中部果枝鈴重變化幅度較大，2013年上部果枝鈴重變化幅度較大。

表2 秸稈還田對棉花不同果枝部位鈴重的影響

2.1.4 主要農藝性狀

與對照相比，秸稈還田處理增加了棉花株高6.33%(2012年)，次年差異不顯著，見表3。2012年和2013年2a平均秸稈還田處理果枝數、果結數、蕾鈴數較對照分別提高9.63%、28.46%、37.37%，施鉀處理果枝數、果結數、蕾鈴數較對照分別提高13.37%、41.43%、61.67%；可以看出，秸稈還田果枝數、果結數、蕾鈴數的提高率小于施鉀處理。與對照相比，秸稈還田處理平均使棉花蕾鈴脫落率降低12.36%，施鉀處理平均使棉花蕾鈴脫落率降低14.32%，秸稈還田與施鉀處理間差異不顯著。由變異系數可以看出，在各農藝性狀中，單株蕾鈴數的變異幅度最大。

表3 秸稈還田對棉花主要農藝性狀的影響

2.2 秸稈還田與施鉀對棉花根系活力的影響

根系是植物吸收養分的重要器官，根系活力是反映根系生命力的一個重要指標，其大小直接影響植株的生長狀態[13]。在本研究中，隨生育進程的推進，棉花根系活力呈先升高后降低趨勢，見圖2。與對照相比，秸稈還田和施鉀處理均顯著提高了棉花根系活力，而且隨秸稈還田量和施鉀量的增加，根系活力顯著提高。綜合2a試驗結果來看，蕾期、花鈴期、吐絮期秸稈還田處理較對照分別使棉花根系活力提高了65.49%、49.72%、121.97%，達顯著性差異；施鉀處理分別提高了96.64%、76.35%、184.63%，差異顯著?？梢?，秸稈還田處理提高根系活力的幅度小于施鉀處理，且以吐絮期提高幅度最大。秸稈還田與施鉀處理比較發現，2012年處理間差異較小，2013年差異加大。年際間各生育時期棉花根系活力總體呈下降趨勢。

圖2 秸稈還田對棉花根系活力的影響

3 結論與討論

植物的根系是吸收器官和合成器官，根的生長情況和活力水平直接影響植物地上部的生長和產量水平[14]。潘晶等[15]、張素瑜等[16]研究認為，秸稈還田可以提高作物的根系活力，有利于延緩根系衰老。本研究也得到類似結果，秸稈還田與施鉀均促進了棉花根系活力的提高，提高了棉花的株高、果枝數和果節數，維持生育后期較高的蕾鈴數和根系活力，降低蕾鈴脫落率。這與王紅妮等[17]認為的秸稈還田條件下根系活力先降低后升高的研究結果不同。究其原因為，王紅妮等研究中秸稈還田量為1500～4500kg·hm-2，低于本研究中4500～9000kg·hm-2的秸稈還田量，而秸稈還田量過小時，秸稈養分不能及時釋放，使得秸稈還田效果具有一定的延后性[18]。

李繼福[10]等研究認為，秸稈還田與施用化學鉀肥效果相當，甚至有替代的效果。本研究也得到類似結果，在2012年的試驗中，無論秸稈還田量4500kg·hm-2還是秸稈還田量9000kg·hm-2，其提高根系活力與增加蕾鈴數效果均可達到施鉀水平；在2013年秸稈還田的效果卻不及施鉀。究其原因為，本研究是在不施鉀肥條件下進行的，隨著試驗年限延長，土壤鉀虧缺加劇，秸稈鉀含量已不能滿足作物生長需要，導致其還田以后的促進效應不及鉀肥。關于秸稈還田長期的試驗效果，仍待進一步試驗研究。

在本試驗條件下，秸稈還田與施鉀均可提高棉花果枝數、果節數、蕾鈴數，降低蕾鈴脫落率，提高棉花根系活力，延緩后期棉花根系衰老，且隨秸稈還田量的增加，效果愈明顯，但隨試驗年份的延長，秸稈還田的促進效應不及施用鉀肥。