不同残膜量土壤对棉花幼苗期生长的影响试验

陈嘉琪 王则玉 邱凯文 李泊卫 李东欣 任高源

（1 塔里木大学水利与建筑工程学院 新疆 阿拉尔 843300； 2 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所新疆 乌鲁木齐 830091； 3 农业农村部西北绿洲农业环境重点实验室 新疆 乌鲁木齐 830091）

近年来，新疆棉花产业的发展面临着农田残膜导致的“白色污染”这一突出问题。大量研究表明，农膜残留问题在新疆棉田中呈现出逐年增加的趋势[1～3]。这些残留在土壤中的塑料膜不仅会损害优质耕地，更会对作物的生长和产量产生严重影响[4～5]，从而降低农民的收入。为此，笔者从新疆阿拉尔市棉田采集原状土壤，清洗土壤中残膜，开展室内棉花盆栽试验，旨在模拟棉苗在棉田中的生长条件，以了解残膜对棉花幼苗期生长的影响，以期为新疆残膜棉田生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点。试验在塔里木大学现代农业工程重点实验室内开展。

1.2 试验材料。供试土壤取自新疆阿拉尔市十团棉田0 ～25 cm 深度土壤，土壤类型为砂壤土，土壤田间持水率(θs)为23.52%，土壤初始电导率为1 100 μS/cm，土壤颗粒组成质量分数为黏粒(<0.002 mm)3.92% ～4.11%，粉粒(0.002 ～0.02 mm)27.26%～28.97%，砂粒(2 ～0.02 mm)67.22%～69.21%。土壤残膜取自棉田原状残膜，洗净晾干待用。栽种花盆高80 mm，直径100 mm。土壤过1 mm 筛，残膜充分模拟棉田真实情况，呈片状、棒状和卷曲状等多种形态，与土壤按照容重1.4g/cm3装填土壤，备用。棉花品种为新陆中52 号。

1.3 试验设计。共设3 个处理T1(残膜量0 kg/hm2)、T2(残膜量240 kg/hm2)、T3(残膜量480 kg/hm2)，每个处理3 个重复。栽种前按照80%土壤田间持水率(θs)灌水，静置24 h 后在盆内栽种10 粒棉花种子，栽种深度为1 cm。在RTOP 系列智能人工培养箱中培养，设置12 h 光照，12 h 黑暗，温度恒定为25 ℃，湿度65%。采用干湿交替灌溉方法，种植后第5 d 灌水，与下次灌水时间间隔5 d，共灌水3 次，每次灌水80%θs，灌溉水电导率为2 500 μS/cm。

1.4 测定指标。栽种后记录测定种子萌发指标(发芽势、发芽率、发芽指数和萌发指数)。发芽势(%) =S1/St×100%；发芽率(%)=S2/St×100%；发芽指数=Σ(Gt/Dt)；萌发指数=(1.00)nd2+(0.75)nd4+(0.50)nd6+(0.25)nd8。S1—前3 d 正常发芽的种子数；St—供试种子数；S2—前7 d 正常发芽的种子数；Gt—t 时间数的发芽率；Dt— Gt相应的发芽天数；nd2、nd4、nd6、nd8—分别指第2、4、6、8 d 种子的发芽率。栽种第26 d 结束试验，由Dualex 4 氮平衡指数测量仪测定叶绿素浓度和氮平衡指数。测定平均单叶叶面积、平均株高和地上部生物量鲜重。EPSON V800 扫描仪扫描清洗后的棉花幼苗图像，由WinRHIZO 根系分析系统导出根系形态参数。

1.5 数据处理。SPSS20.0 分析处理间差异性。

2 结果与分析

2.1 不同残膜量土壤对棉花萌发指标的影响。表1 为不同残膜量土壤棉花萌发指标情况。由表1 可知，棉花各萌发指标均随土壤残膜量增加而降低。残膜量240 kg/hm2处理的发芽势与无残膜处理间不存在显著差异，而两个残膜处理间存在显著性差异。与无残膜处理相比较，T2 处理发芽势降低12.2%，T3 处理发芽势降低31%。各处理发芽率和发芽指数间存在显著性差异。与无残膜处理相比较，T2 处理发芽率降低19.5%，T3 处理发芽率降低37.1%；T2 处理萌发指数降低21.7%，T3 处理萌发指数降低30.4%；T2 处理发芽指数降低20%，T3 处理发芽指数降低34.3%。因此，农田残膜阻碍棉种萌发。

表1 不同处理棉花萌发指标

2.2 不同残膜量土壤对棉苗生长的影响。表2 为各处理幼苗期棉苗生长情况。由表2 可知，平均株高、平均叶面积和地上部生物量鲜重均随土壤中残膜量增加而减小。与无残膜处理比较，残膜量240 kg/hm2处理的平均株高减小24.6%，残膜量480 kg/hm2处理的平均株高减小36.9%；残膜量240 kg/hm2处理的平均叶面积减小31.5%，残膜量480 kg/hm2处理的平均叶面积减小46.1%；残膜量240 kg/hm2处理的地上部生物量鲜重减少22.8%，残膜量480 kg/hm2处理的地上部生物量鲜重减少39.2%。因此，土壤残膜显著阻碍棉苗生长。

表2 不同处理棉苗生长情况

2.3 不同残膜量土壤对棉苗根系的影响。作物的根系是吸收土壤中水分和养分的关键器官，其发育的程度直接关系到作物的生长状况。由表3 可知，随土壤残膜量增加，棉苗根系长度、表面积、体积、平均直径和根尖数均呈减小趋势，但各处理平均直径差异不显著。与无残膜处理比较，T2 处理的根系长度减小23.2%，T3 处理的根系长度减小48.5%；T2 处理的表面积减小25.9%，T3 处理的表面积减小39.4%；T2处理的根系体积减小27.4%，T3 处理的根系体积减小41.5%。T2 处理的平均直径减小3.27%，T3 处理的平均直径减小4.91%；T2 的根尖数减少11.43%，T3 的根尖数减少23.1%。因此，土壤残膜阻碍棉苗根系深扎，显著影响棉苗根系发育和生长。

表3 不同处理棉苗根系情况

2.4 不同残膜量土壤对棉苗叶绿素的影响。作物叶片中叶绿素含量和氮平衡指数是反映植物营养状况和生长阶段的重要生化参数，也是植物总体生长状况的重要指标[6]。由表4 可知，随土壤残膜量增加，氮平衡指数和叶绿素浓度降低。与无残膜处理比较，残膜量240 kg/hm2处理的氮平衡指数降低22.8%，残膜量480 kg/hm2处理的氮平衡指数降低32%；与无残膜处理比较，残膜量240 kg/hm2处理的叶绿素浓度降低16.2%，残膜量480 kg/hm2处理的叶绿素浓度降低28%。因此，土壤残膜抑制棉苗对土壤中氮素的吸收。

表4 不同处理棉苗生长情况

3 结论与讨论

本试验结果表明，棉苗的发芽势、发芽率、发芽指数和萌发指数均随土壤残膜量增加而降低，降幅为12.2%～37.1%。与于永刚[4]和李玉环等[7]研究结果一致，认为土壤残膜对棉花育苗期生长存在负面影响。平均株高、平均叶面积和地上部生物量鲜重也随土壤中残膜量增加而减小，降幅为24.6% ～46.1%，平均单叶叶面积降幅最大。随土壤残膜量增加，棉苗根系长度、表面积、体积、平均直径和根尖数均呈下降趋势，降幅为3.27%～48.5%。但各处理平均直径差异不显著，根系长度降幅最为显著。与本研究一致，徐阳[8]通过7 组残膜量试验，认为农膜残留抑制了棉花营养器官和生殖器官的发育。氮平衡指数和叶绿素浓度也随土壤残膜量增加而降低，降幅为16.2%～32%。残膜土壤对作物的危害已成为不争的事实，在地膜回收管理相对粗放的大环境下，清除土壤中有害残膜还需要时间和大量研究实践，还需探索出更加科学合理的残膜农田灌溉管理措施。基于现状，针对残膜农田开展高效节水灌溉技术和水肥盐综合调控技术，探索有效调节养分和水分在棉花和残膜土壤系统中的运移和吸收机理，促进残膜棉田棉种萌发和生长，并深入探讨棉花提质增效方法，对促进我国棉业发展具有重要意义。