秸秆还田与施钾对棉花蕾铃分布及根系活力的影响

张凡魏萌涵孟亚丽杨春玲

(1.安阳市农业科学院，河南 安阳 455000；2.许昌职业技术学院，河南 许昌 461000；3.南京农业大学农学院，江苏 南京 210000)

作物秸秆是重要的田间副产品，含有大量的营养元素，秸秆还田不仅可以提高资源利用率，而且可以改变土壤理化性状，从而改善植株的生长[1,2]。我国农作物秸秆数量年产量大，养分含量高，2015年秸秆年产量超7千万t，但绝大部分秸秆被焚烧或随意堆弃，利用率仅为33%，如果将这些秸秆全部还田，相当于化肥用量的38.4%(N)、18.9%(P2O5)和85.5%(K2O)[3]。秸秆还田成为一种有效的秸秆利用方式，不仅能够将作物收获带走的大部分营养元素归还土壤、改善生态环境[4]，而且能够提高作物产量[5]。

有关秸秆还田与施钾提高作物产量的研究已有大量报道[6,7]。丁亨虎等[8]认为,小麦秸秆还田增加了棉花株高和果枝数。刘冬青等[9]认为，小麦秸秆覆盖可以增加棉花铃重，提高棉花产量。李继福等[10]在不同土壤肥力上的研究表明，秸秆还田与施用化学钾肥的差异与地力状况有关。白由路等[11]在麦玉轮作模式下的研究也得出相似结论。总体而言，关于长江流域秸秆还田对棉花根系活力与农艺性状的研究较少，尚未明确秸秆还田对棉花根系活力、蕾铃分布的影响及其与化学钾肥的差异。本研究通过设置不同秸秆还田量和施钾处理，分析秸秆还田与施钾对棉花根系活力与主要农艺性状的影响及其二者的差异，为提高秸秆资源利用率和合理施用钾肥供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2012年6月—2013年12月在江苏省农业科学院试验基地(E118°50′，N32°02′)进行。试验田地势平坦，地力均匀，土壤质地为黏土，耕层土壤基础养分含量为有机质12.9g·kg-1、全氮0.90g·kg-1、速效氮24.2mg·kg-1、速效磷12.1mg·kg-1、全钾9.1g·kg-1、速效钾154.6mg·kg-1。前茬作物为冬小麦，2012年5月收获后，秸秆粉碎，按照不同秸秆还田量分别还田，施钾处理秸秆不还田。

供试棉花品种为“泗杂3号”。4月25日育苗，6月5日左右移栽，秸秆于7月5日左右还田，结合中耕培垄翻埋入土，行株距为1.0m×0.3m。棉花生育期内施氮肥240kg·hm-2(基肥40%、花铃肥60%)，施磷肥225kg·hm-2(移栽时一次性施入)，不施钾肥。其他田间管理措施均按高产栽培要求进行。

1.2 试验设计

试验设置秸秆不还田不施钾肥(CK)、秸秆还田量4500kg·hm-2(W1)、秸秆还田量9000kg·hm-2(W2)、施钾量150kg·hm-2(K1)、施钾量300kg·hm-2(K2)5个处理，3次重复，小区面积10m×3.6m。秸秆还田量的设计是根据小麦产量和茎谷比计算而来，施钾量的设计是根据秸秆产量及含钾量折算而来。秸秆还田处理：冬小麦收获后将秸秆全部移出，粉碎、称重，按照小区面积还田相应量的秸秆；施钾处理：冬小麦收获后将秸秆全部移出，不还田，按照小区面积于移栽时一次性施入相应量的钾肥。

1.3 试验测定指标与方法

1.3.1 农艺性状调查

于棉花花铃期开始，各小区连续选取10株挂牌，每隔15d调查1次，对其果枝数、果节数、株高、蕾铃数、蕾铃脱落率等农艺性状进行记载，直至成熟收获。

1.3.2 根系活力测定

分别于7月15日、8月15日、9月15日每小区取2株植株样后挖出棉花根系，放入网袋中，在田间用较大的水流将根系上的大部分泥土冲刷掉，然后将根系带回实验室，用去离子水小心清洗，再挑拣2mm左右的根尖，用TTC法测定根系活力[12]。

1.4 数据统计分析

用SPSS 17.0和Excel 2020进行数据整理和统计分析，用Origin 15进行绘图。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田与施钾对棉花蕾铃分布及农艺性状的影响

2.1.1 不同果枝部位铃数

与对照相比，秸秆还田和施钾均显著提高了不同果枝部位铃数，见表1。2012年秸秆还田处理较对照铃数分别提高了74%(下部)、18.7%(中部)、131.8%(上部)，2013年秸秆还田处理较对照铃数分别提高了64.2%(下部)、11.1%(中部)、27.0%(上部)；施钾处理2012年较对照铃数分别提高了91.8%(下部)、45.3%(中部)、127.3%(上部)，2013年较对照铃数分别提高了81.0%(下部)、23.7%(中部)、69.3%(上部)。可以看出，秸秆还田和施钾处理主要提高了上部和下部果枝铃数，且秸秆还田处理提高铃数的幅度不及施钾处理。不同秸秆还田量之间在上、中、下部果枝的铃数差异不显著(2012年中部果枝除外)，不同施钾量之间表现亦是如此。年际间趋势一致，但随秸秆还田量和施钾量的增加，铃数呈增加趋势。

表1 秸秆还田对棉花不同果枝部位铃数的影响

2.1.2 蕾铃动态

2a试验中棉花蕾铃动态及处理间趋势一致，以2013年数据为例，见图1。可以看出，棉花蕾铃数呈先升高后降低趋势，在8月15日左右达到最大值。与CK比较，秸秆还田和施钾处理提高了棉花发育各时期的蕾铃数，且随秸秆还田量和施钾量的增加差异加大。秸秆还田与施钾处理间比较，W2处理各时期蕾铃数与施钾处理差异较小，而W1处理明显低于施钾处理。从7月15日起，秸秆还田和施钾处理棉花蕾铃数即高于CK，至吐絮期差异达到最大，蕾铃数分别增加了44.7%、55.8%。从整个生育时期来看，秸秆和施钾处理在7月15日—8月1日间的蕾铃增速高于CK，W1与CK处理的最大蕾铃数差异较小，但显著低于W2和施钾处理，9月1日以后，秸秆和施钾处理蕾铃数基本不变，CK处理仍缓慢降低。

图1 秸秆还田与施钾对棉花蕾铃动态的影响

2.1.3 不同果枝部位铃重

与对照相比，秸秆还田和施钾处理均增加了不同果枝部位铃重，见表2。2012年秸秆还田处理较对照铃重分别增加了13.50%(下部)、29.74%(中部)、18.50%(上部)，2013年秸秆还田处理较对照铃重分别增加了12.41%(下部)、21.27%(中部)、46.71%(上部)；施钾处理2012年较对照铃重分别增加了18.51%(下部)、29.61%(中部)、19.25%(上部)，2013年较对照铃重分别增加了17.22%(下部)、34.42%(中部)、63.82%(上部)。可以看出，2012年秸秆还田和施钾处理以中部果枝铃重增加幅度最大，2013年以上部果枝铃重增加幅度最大。2012年不同秸秆还田量之间上、中、下部果枝铃重差异均不显著，2013年差异显著，W2显著大于W1处理；不同施钾量之间2a上、中、下部果枝铃重差异均不显著。由变异系数也可以看出，2012年中部果枝铃重变化幅度较大，2013年上部果枝铃重变化幅度较大。

表2 秸秆还田对棉花不同果枝部位铃重的影响

2.1.4 主要农艺性状

与对照相比，秸秆还田处理增加了棉花株高6.33%(2012年)，次年差异不显著，见表3。2012年和2013年2a平均秸秆还田处理果枝数、果结数、蕾铃数较对照分别提高9.63%、28.46%、37.37%，施钾处理果枝数、果结数、蕾铃数较对照分别提高13.37%、41.43%、61.67%；可以看出，秸秆还田果枝数、果结数、蕾铃数的提高率小于施钾处理。与对照相比，秸秆还田处理平均使棉花蕾铃脱落率降低12.36%，施钾处理平均使棉花蕾铃脱落率降低14.32%，秸秆还田与施钾处理间差异不显著。由变异系数可以看出，在各农艺性状中，单株蕾铃数的变异幅度最大。

表3 秸秆还田对棉花主要农艺性状的影响

2.2 秸秆还田与施钾对棉花根系活力的影响

根系是植物吸收养分的重要器官，根系活力是反映根系生命力的一个重要指标，其大小直接影响植株的生长状态[13]。在本研究中，随生育进程的推进，棉花根系活力呈先升高后降低趋势，见图2。与对照相比，秸秆还田和施钾处理均显著提高了棉花根系活力，而且随秸秆还田量和施钾量的增加，根系活力显著提高。综合2a试验结果来看，蕾期、花铃期、吐絮期秸秆还田处理较对照分别使棉花根系活力提高了65.49%、49.72%、121.97%，达显著性差异；施钾处理分别提高了96.64%、76.35%、184.63%，差异显著。可见，秸秆还田处理提高根系活力的幅度小于施钾处理，且以吐絮期提高幅度最大。秸秆还田与施钾处理比较发现，2012年处理间差异较小，2013年差异加大。年际间各生育时期棉花根系活力总体呈下降趋势。

图2 秸秆还田对棉花根系活力的影响

3 结论与讨论

植物的根系是吸收器官和合成器官，根的生长情况和活力水平直接影响植物地上部的生长和产量水平[14]。潘晶等[15]、张素瑜等[16]研究认为，秸秆还田可以提高作物的根系活力，有利于延缓根系衰老。本研究也得到类似结果，秸秆还田与施钾均促进了棉花根系活力的提高，提高了棉花的株高、果枝数和果节数，维持生育后期较高的蕾铃数和根系活力，降低蕾铃脱落率。这与王红妮等[17]认为的秸秆还田条件下根系活力先降低后升高的研究结果不同。究其原因为，王红妮等研究中秸秆还田量为1500～4500kg·hm-2，低于本研究中4500～9000kg·hm-2的秸秆还田量，而秸秆还田量过小时，秸秆养分不能及时释放，使得秸秆还田效果具有一定的延后性[18]。

李继福[10]等研究认为，秸秆还田与施用化学钾肥效果相当，甚至有替代的效果。本研究也得到类似结果，在2012年的试验中，无论秸秆还田量4500kg·hm-2还是秸秆还田量9000kg·hm-2，其提高根系活力与增加蕾铃数效果均可达到施钾水平；在2013年秸秆还田的效果却不及施钾。究其原因为，本研究是在不施钾肥条件下进行的，随着试验年限延长，土壤钾亏缺加剧，秸秆钾含量已不能满足作物生长需要，导致其还田以后的促进效应不及钾肥。关于秸秆还田长期的试验效果，仍待进一步试验研究。

在本试验条件下，秸秆还田与施钾均可提高棉花果枝数、果节数、蕾铃数，降低蕾铃脱落率，提高棉花根系活力，延缓后期棉花根系衰老，且随秸秆还田量的增加，效果愈明显，但随试验年份的延长，秸秆还田的促进效应不及施用钾肥。