微生物菌劑對滴灌棉田土壤養分和棉花產量及品質的影響

羅林毅,陳瑞杰,阮向陽,任曉輝,曲 奧,蘇海婷,冶 軍

(石河子大學農學院,新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】農田肥料施用量大、肥料不合理施用會造成耕地肥力下降、肥料利用率低等問題[1-2]。近20年來,新疆耕地土壤堿解氮和速效磷含量均呈增加趨勢,而土壤速效鉀含量有所下降[3]。施磷肥使土壤有效磷素含量增加,但磷肥當季利用率很低,絕大部分的磷素以非有效態積累于土壤中,造成了磷素在土壤中富集[4];新疆大多數土壤處于富鉀狀態,缺鉀土壤較少,但如果不注重對土壤鉀的補充或補充較少,會使區域耕地土壤速效鉀含量下降[5],且磷礦的分布不均勻[6-7]。研究微生物菌劑對土壤養分的活化作用,對于挖掘土壤潛在的養分,在一定程度上減少肥料施用,緩解資源緊缺具有重要意義。【前人研究進展】微生物在生長繁殖過程中會產生有機酸、質子、多糖等代謝產物,這些代謝產物會通過磨蝕、酸解等一系列作用使磷鉀礦粉分解并釋放出有效磷、速效鉀,對有機磷的礦化主要靠酶解作用,細菌生長對礦物表面產生機械蝕刻作用,也可以達到不溶性的離子變成可溶性離子[8-10]。微生物菌劑含有多種特定的生物活體,能夠豐富土壤微生物種類、優化土壤團粒結構,其生命活動過程中還能產生各類植物生長刺激素,刺激植物生長;此外,通過代謝產物轉化土壤中營養元素,抑制土壤有害物質,具有良好的生態環境效應[11]。邱詩春等[12]研究發現,增施微生物菌劑能明顯改善土壤理化性質,有效緩解土壤肥力下降問題,提高土壤養分含量,促進水稻對養分的吸收,提高水稻產量及質量構成因子。微生物菌劑還能促進植物的生長發育,提高作物產量和品質,以及作物株高及莖粗等形態指標,章日亮等[13]在茄子、棉花上施用微生物菌劑,對增加茄子單果長度和單果重、提高棉花衣分和纖維長度等主要經濟性狀具有良好的作用,明顯提高了作物產量。【本研究切入點】微生物菌劑能促進棉花根系生長,使棉株莖粗發達,從而增加棉花株高、莖粗、葉片數、果枝臺數和成鈴數,促進棉花由營養生長向生殖生長轉化,通過增加單位面積收獲株數和單株成鈴數來提高籽棉產量[14-15]。需研究不同微生物菌劑施用量對棉田土壤養分含量、棉花產量和品質的影響。【擬解決的關鍵問題】在棉花關鍵生育期施用微生物菌劑,活化土壤養分,提高土壤養分含量,滿足植株對養分的需求,從而提高產量和改善品質,為滴灌棉田施用微生物菌劑提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年在石河子大學農試場二連(85°98′37.28″N,44°32′32.99″E)進行,土壤類型為灰漠土,供試土壤pH 7.7,堿解氮38.5 mg/kg,速效磷22.4 mg/kg,速效鉀320.1 mg/kg,有效硅373.1 mg/kg。供試棉花品種為新陸早64號,施用的微生物菌劑為阿耶多,由河北萌幫水溶肥料有限公司生產并提供,有效活菌數≥2.0×108/mL。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

室內培養試驗:在石河子大學農學院土壤肥力與養分循環實驗室進行,將石河子大學農試場二連0～20 cm土壤取回室內,風干,過2 mm孔篩備用。將風干過篩的土壤放入培養盒(130 mm×190 mm×120 mm,每個培養盒500 g土),每個培養盒的土壤噴灑5 mL微生物菌劑并攪拌均勻,分別培養0、5、10、15和20 d,3個重復。避光放置培養箱中培養,培養溫度為25℃,培養盒土壤持水量為20%。

田間小區試驗:設置4個處理:CK(不施微生物菌劑)、T1(施微生物菌劑75 L/hm2)、T2(施微生物菌劑150 L/hm2)、T3(施微生物菌劑300 L/hm2),每個處理3個重復。栽培模式為1膜3管6行,小區面積為33.5 m×21.5 m,膜寬2.05 m。菌劑分3次(蕾期、花期、鈴期)隨滴灌施入,其他管理措施參照當地棉田管理措施。

室內培養試驗:分別將培養0、5、10、15和20 d的土壤,2等份自然風干,過1和2 mm孔篩,測定土壤有效硅、有效磷、速效鉀。

田間小區試驗:第3次施微生物菌劑后,在各小區的兩側、中部靠近棉株部位,用土鉆取土法隨機采集3個0～60 cm的混合土壤樣品,取回實驗室自然風干,過1和2 mm孔篩,測定土壤有效硅、有效磷、速效鉀。

土壤有效硅采用檸檬酸浸提—硅鉬藍比色法測定,土壤有效磷采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定,土壤速效鉀采用火焰光度法測定[16]。

產量:在棉花收獲期統計各小區的株數、有效鈴數,計算單株鈴數;分別摘取各小區部分正常吐絮棉株上層(第7果枝以上)、中層(4～6果枝)和下層(1～3果枝)棉鈴33、33 和34個,用電子天平稱重,最后實收計產。

品質:棉纖維送至中國農業科學院棉花研究所品質指標測定(上半部平均長度、整齊度指數、斷裂比強度、馬克隆值、伸長率、反射率、黃度、紡紗均勻性指數)。

1.2.3 馬克隆值分級標準[17]

馬克隆值分為A、B、C三級,B為標準級,A級取值范圍為3.7～4.2,品質最好;B級取值范圍為3.5～3.6和4.3～4.9;C級取值范圍為3.4及以下和5.0及以上,品質最差。B級分成B1(3.5～3.6)和B2(4.3～4.9)兩個檔次,C級分成C1(3.4及以下)和C2(5.0及以上)兩個檔次。

記得當初蔡大姐曾經跟我說過曾局長他們的動作，我就覺得曾局長的動作太危險了，如果哪天東窗事發那可真是吃不了兜著走。只不過現在東窗事發了，卻要讓曾局長一個人兜著走，曾局長的后面雖然有個當副市長的舅老爺，但官場的潛規則就是到了危險的時刻，最后的一著棋就是丟卒保車，這次市里、省里的動靜很大，曾局長這個小卒子不死哪個死？

1.3 數據處理

試驗數據的處理與制圖使用Microsoft Excel 2016進行整理,應用SPSS 21.0軟件進行數據的方差分析,方差分析達到顯著性水平后(P<0.05),采用Duncan法進行處理間多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同培養時間對土壤有效硅、有效磷、速效鉀含量的影響

研究表明,土壤中有效硅、有效磷、速效鉀含量隨著培養時間呈現先增加后降低的趨勢。在培養第5 d時土壤中有效硅、有效磷、速效鉀含量達到峰值,從培養第5至20 d土壤有效硅含量、有效磷、速效鉀含量逐步降低。培養5、10、15、20 d與培養0 d相比,土壤有效硅含量分別增加33.8%、20.8%、23.0%、21.8%,均差異顯著;土壤有效磷含量分別增加58.2%、43.2%、42.1%、25.3%,均差異顯著;土壤速效鉀含量分別增加19.2%、13.8%、11.2%、11.3%,均差異顯著。圖1

圖1 不同培養時間下土壤養分含量變化

0～20 cm、20～40 cm土層,土壤有效硅含量隨著微生物菌劑施用的增加而增加。T1、T2處理與CK的有效硅含量無顯著差異, T3處理的有效硅含量較CK分別增加3.1%、2.7%,且差異顯著。40～60 cm土層,各處理與CK的有效硅含量無顯著差異。圖2

注：CK(不施微生物菌劑)、T1(施微生物菌劑75 L/ hm2)、T2(施微生物菌劑150 L/hm2)、T3(施微生物菌劑300 L/ hm2),P<0.05,下同

0～20 cm、20～40 cm土層,土壤有效磷含量隨著微生物菌劑施用量的增加而增加。0～20 cm土層,T1處理與CK的土壤速效磷含量無顯著差異,T2、T3處理較CK的有效磷含量分別增加21.7%、15.7%,且差異顯著。20～40 cm土層,T1、T2和T3較CK有效磷含量分別增加22.0%、43.4%、51.8%,且差異顯著。40～60 cm土層,各處理與CK有效磷含量無顯著差異。圖3

圖3 不同微生物菌劑下土壤速效磷含量變化

0～20 cm、20～40 cm土層,土壤速效鉀含量隨著微生物菌劑施用量的增加而增加。0～20 cm土層,T1、T2、T3處理較CK的速效鉀含量分別增加9.7%、9.3%、9.4%,且差異顯著。20～40 cm土層,T1、T2、T3處理較CK的速效鉀含量分別增加9.7%、10.5%、7.5%,且差異顯著。40～60 cm土層,各處理與CK的土壤速效鉀含量無顯著差異。圖4

圖4 不同微生物菌劑下土壤速效鉀含量變化

2.2 不同微生物菌劑對棉花產量及其構成因素的影響

研究表明,T1、T2和T3處理的棉花單株鈴數與CK差異不顯著。T1、T2處理與CK的單鈴重無顯著差異,T3處理較CK的單鈴重增加8.7%,差異顯著。T1、T2、T3處理較CK的產量分別高9.5%、12.9%、14.6%,差異顯著。表1

表1 不同微生物菌劑下棉花產量 和構成因素變化

2.3 不同微生物菌劑對品質的影響

研究表明,對于上部鈴,各處理的棉纖維絨長、斷裂比強度、整齊度指數、伸長率、黃度、紡紗均勻性指數較CK相比均有提升的趨勢,各處理的馬克隆值和反射率與CK相比呈降低趨勢。其中,T3處理下的伸長率較CK增加3.4%,差異顯著。T2、T3處理下的黃度較CK分別增加6.0%、7.8%,差異顯著。T3處理下的紡紗均勻性指數較CK增加9.0%,差異顯著。T2、T3處理下的馬克隆值較CK分別降低5.2%、7.2%,且差異顯著。

對于中部鈴,整體上各處理的棉纖維伸長率度和黃度較CK有提升趨勢,各處理的絨長、斷裂比強度、馬克隆值、整齊度、反射率、紡紗均勻性指數較CK均呈下降趨勢。其中,T3處理下的伸長率與較CK增加3.7%,差異顯著。T1、T2處理下的絨長較CK分別降低2.8%、5.6%,差異顯著。T2處理下的斷裂比強度較CK降低7.7%,差異顯著。T2、T3處理下的整齊度較CK分別降低1.1%、2.2%,差異顯著。T2、T3處理下的紡紗均勻性指數較CK分別降低3.5%、4.0%,且差異顯著。

對下部鈴,各處理的棉纖維絨長、伸長率、紡紗均勻性指數等指標均有提升的趨勢。T1、T3處理下的絨長比CK分別增加1.9%、4.0%,差異顯著。T1、T2、T3處理下的馬克隆值較CK分別減少6.6%、6.6%、14.1%,差異顯著。T3處理下的紡紗均勻性指數較CK增加10.5%,且差異顯著。表2

表2 不同微生物菌劑下不同部位棉花品質變化

3 討 論

3.1微生物菌劑具有調節作物生理代謝、促進作物生長、促產增益等作用,同時微生物菌劑中有益微生物在生命活動中產生的次級代謝產物及營養物質能夠改善土壤理化性質,增加土壤養分含量[18]。微生物主要通過酸解、酶解、多糖絡合溶解、機械侵刻作用等方式對土壤礦物進行分解,釋放養分[19-22]。

植物生長所需要的養分主要來源土壤中的營養元素,土壤中單硅酸、有效磷、速效鉀是能夠被植物直接吸收的營養元素[23-25]。研究通過室內培養試驗和田間小區試驗得出,施入微生物菌劑,能提高土壤有效硅、有效磷、速效鉀的有效含量,與前人[26-27]研究結果相似。黃志浩等[28]通過施用微生物MB35-5解硅菌處理的溶液中硅含量較空白CK增加251.4%,驗證了解硅菌有極強的解硅能力。張成凱等[29]通過篩選得到的2株高效解硅菌還具有解磷、解鉀、降解纖維素和促生功能,與研究結果相似。

3.2在棉花蕾期、花期、鈴期施入微生物菌劑,滿足棉花在關鍵生育期對養分供應的需求,促進了棉花生長發育,利于增產[30]。微生物菌劑在為棉花生長提供所需養分的同時還含有大量活菌,如赤霉素(GA)、細胞分裂素(CTK)和吲哚乙酸(IAA)等促進植株生長的植物生長調節劑以及各類維生素、氨基酸和有機酸類物質,這些代謝產物對植物生長發育具有一定的調節促進作用[31-32]。此外,微生物菌劑能增加棉花鈴數、單鈴重和衣分,從而使得產量增加[33-34],與研究結果基本一致。

3.3絨長、斷裂比強度、馬克隆值、整齊度、生長率、反射率、黃度、紡紗均勻性指數是反映棉花品質的重要指標[35-36]。呂冬青等[37]研究發現,微生物菌劑不僅能促進植株對養分的吸收,還有利于養分向生殖器官的轉運,能夠提高棉花絨長、斷裂比強度和整齊度指數,研究發現微生物菌劑對棉花的上部鈴與下部鈴有較為明顯的影響,對上部鈴、下部鈴,隨著微生物菌劑用量的增加,棉纖維的絨長、整齊度指數、伸長率、紡紗均勻性指數等指標均有提升的趨勢,與呂冬青等[37]的研究結果一致。對于上部鈴,CK與T1的處理僅能達到C2級,而T2、T3處理下的馬克隆值與CK存在顯著差異,達到了B2級[17],對于下部鈴,各處理的馬克隆值較CK均達到B2級,不利的方面是均增加了棉纖維的黃度。隨著結鈴部位的提升,棉纖維的各項品質指標有下降的趨勢,可能是因脫葉劑的作用而非自然成熟所導致。

4 結 論

微生物菌劑對石河子棉田的土壤養分具有顯著的活化效應。微生物菌劑施入土壤的第5 d,土壤有效硅、有效磷、速效鉀的有效含量達到峰值。隨著菌劑施用量增加,微生物菌劑對土壤養分活化效率逐步提高。0～40 cm土層,各處理的土壤有效硅、有效磷、速效鉀含量較CK均有所增加,施用量為300 L/hm2的效果最顯著,40～60 cm土層差異不顯著。此外,微生物菌劑通過增加單鈴重進而提高產量,其中施用量為300 L/hm2的最顯著。微生物菌劑能顯著增加棉纖維的絨長、黃度、紡紗均勻性指數,馬克隆值由C2達到B2級,品質顯著提高,施用量為300 L/hm2的最顯著。