微生物菌剂对滴灌棉田土壤养分和棉花产量及品质的影响

罗林毅,陈瑞杰,阮向阳,任晓辉,曲 奥,苏海婷,冶 军

(石河子大学农学院,新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】农田肥料施用量大、肥料不合理施用会造成耕地肥力下降、肥料利用率低等问题[1-2]。近20年来,新疆耕地土壤碱解氮和速效磷含量均呈增加趋势,而土壤速效钾含量有所下降[3]。施磷肥使土壤有效磷素含量增加,但磷肥当季利用率很低,绝大部分的磷素以非有效态积累于土壤中,造成了磷素在土壤中富集[4];新疆大多数土壤处于富钾状态,缺钾土壤较少,但如果不注重对土壤钾的补充或补充较少,会使区域耕地土壤速效钾含量下降[5],且磷矿的分布不均匀[6-7]。研究微生物菌剂对土壤养分的活化作用,对于挖掘土壤潜在的养分,在一定程度上减少肥料施用,缓解资源紧缺具有重要意义。【前人研究进展】微生物在生长繁殖过程中会产生有机酸、质子、多糖等代谢产物,这些代谢产物会通过磨蚀、酸解等一系列作用使磷钾矿粉分解并释放出有效磷、速效钾,对有机磷的矿化主要靠酶解作用,细菌生长对矿物表面产生机械蚀刻作用,也可以达到不溶性的离子变成可溶性离子[8-10]。微生物菌剂含有多种特定的生物活体,能够丰富土壤微生物种类、优化土壤团粒结构,其生命活动过程中还能产生各类植物生长刺激素,刺激植物生长;此外,通过代谢产物转化土壤中营养元素,抑制土壤有害物质,具有良好的生态环境效应[11]。邱诗春等[12]研究发现,增施微生物菌剂能明显改善土壤理化性质,有效缓解土壤肥力下降问题,提高土壤养分含量,促进水稻对养分的吸收,提高水稻产量及质量构成因子。微生物菌剂还能促进植物的生长发育,提高作物产量和品质,以及作物株高及茎粗等形态指标,章日亮等[13]在茄子、棉花上施用微生物菌剂,对增加茄子单果长度和单果重、提高棉花衣分和纤维长度等主要经济性状具有良好的作用,明显提高了作物产量。【本研究切入点】微生物菌剂能促进棉花根系生长,使棉株茎粗发达,从而增加棉花株高、茎粗、叶片数、果枝台数和成铃数,促进棉花由营养生长向生殖生长转化,通过增加单位面积收获株数和单株成铃数来提高籽棉产量[14-15]。需研究不同微生物菌剂施用量对棉田土壤养分含量、棉花产量和品质的影响。【拟解决的关键问题】在棉花关键生育期施用微生物菌剂,活化土壤养分,提高土壤养分含量,满足植株对养分的需求,从而提高产量和改善品质,为滴灌棉田施用微生物菌剂提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年在石河子大学农试场二连(85°98′37.28″N,44°32′32.99″E)进行,土壤类型为灰漠土,供试土壤pH 7.7,碱解氮38.5 mg/kg,速效磷22.4 mg/kg,速效钾320.1 mg/kg,有效硅373.1 mg/kg。供试棉花品种为新陆早64号,施用的微生物菌剂为阿耶多,由河北萌帮水溶肥料有限公司生产并提供,有效活菌数≥2.0×108/mL。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

室内培养试验:在石河子大学农学院土壤肥力与养分循环实验室进行,将石河子大学农试场二连0～20 cm土壤取回室内,风干,过2 mm孔筛备用。将风干过筛的土壤放入培养盒(130 mm×190 mm×120 mm,每个培养盒500 g土),每个培养盒的土壤喷洒5 mL微生物菌剂并搅拌均匀,分别培养0、5、10、15和20 d,3个重复。避光放置培养箱中培养,培养温度为25℃,培养盒土壤持水量为20%。

田间小区试验:设置4个处理:CK(不施微生物菌剂)、T1(施微生物菌剂75 L/hm2)、T2(施微生物菌剂150 L/hm2)、T3(施微生物菌剂300 L/hm2),每个处理3个重复。栽培模式为1膜3管6行,小区面积为33.5 m×21.5 m,膜宽2.05 m。菌剂分3次(蕾期、花期、铃期)随滴灌施入,其他管理措施参照当地棉田管理措施。

室内培养试验:分别将培养0、5、10、15和20 d的土壤,2等份自然风干,过1和2 mm孔筛,测定土壤有效硅、有效磷、速效钾。

田间小区试验:第3次施微生物菌剂后,在各小区的两侧、中部靠近棉株部位,用土钻取土法随机采集3个0～60 cm的混合土壤样品,取回实验室自然风干,过1和2 mm孔筛,测定土壤有效硅、有效磷、速效钾。

土壤有效硅采用柠檬酸浸提—硅钼蓝比色法测定,土壤有效磷采用NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定,土壤速效钾采用火焰光度法测定[16]。

产量:在棉花收获期统计各小区的株数、有效铃数,计算单株铃数;分别摘取各小区部分正常吐絮棉株上层(第7果枝以上)、中层(4～6果枝)和下层(1～3果枝)棉铃33、33 和34个,用电子天平称重,最后实收计产。

品质:棉纤维送至中国农业科学院棉花研究所品质指标测定(上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值、伸长率、反射率、黄度、纺纱均匀性指数)。

1.2.3 马克隆值分级标准[17]

马克隆值分为A、B、C三级,B为标准级,A级取值范围为3.7～4.2,品质最好;B级取值范围为3.5～3.6和4.3～4.9;C级取值范围为3.4及以下和5.0及以上,品质最差。B级分成B1(3.5～3.6)和B2(4.3～4.9)两个档次,C级分成C1(3.4及以下)和C2(5.0及以上)两个档次。

记得当初蔡大姐曾经跟我说过曾局长他们的动作，我就觉得曾局长的动作太危险了，如果哪天东窗事发那可真是吃不了兜着走。只不过现在东窗事发了，却要让曾局长一个人兜着走，曾局长的后面虽然有个当副市长的舅老爷，但官场的潜规则就是到了危险的时刻，最后的一着棋就是丢卒保车，这次市里、省里的动静很大，曾局长这个小卒子不死哪个死？

1.3 数据处理

试验数据的处理与制图使用Microsoft Excel 2016进行整理,应用SPSS 21.0软件进行数据的方差分析,方差分析达到显著性水平后(P<0.05),采用Duncan法进行处理间多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同培养时间对土壤有效硅、有效磷、速效钾含量的影响

研究表明,土壤中有效硅、有效磷、速效钾含量随着培养时间呈现先增加后降低的趋势。在培养第5 d时土壤中有效硅、有效磷、速效钾含量达到峰值,从培养第5至20 d土壤有效硅含量、有效磷、速效钾含量逐步降低。培养5、10、15、20 d与培养0 d相比,土壤有效硅含量分别增加33.8%、20.8%、23.0%、21.8%,均差异显著;土壤有效磷含量分别增加58.2%、43.2%、42.1%、25.3%,均差异显著;土壤速效钾含量分别增加19.2%、13.8%、11.2%、11.3%,均差异显著。图1

图1 不同培养时间下土壤养分含量变化

0～20 cm、20～40 cm土层,土壤有效硅含量随着微生物菌剂施用的增加而增加。T1、T2处理与CK的有效硅含量无显著差异, T3处理的有效硅含量较CK分别增加3.1%、2.7%,且差异显著。40～60 cm土层,各处理与CK的有效硅含量无显著差异。图2

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

0～20 cm、20～40 cm土层,土壤有效磷含量随着微生物菌剂施用量的增加而增加。0～20 cm土层,T1处理与CK的土壤速效磷含量无显著差异,T2、T3处理较CK的有效磷含量分别增加21.7%、15.7%,且差异显著。20～40 cm土层,T1、T2和T3较CK有效磷含量分别增加22.0%、43.4%、51.8%,且差异显著。40～60 cm土层,各处理与CK有效磷含量无显著差异。图3

图3 不同微生物菌剂下土壤速效磷含量变化

0～20 cm、20～40 cm土层,土壤速效钾含量随着微生物菌剂施用量的增加而增加。0～20 cm土层,T1、T2、T3处理较CK的速效钾含量分别增加9.7%、9.3%、9.4%,且差异显著。20～40 cm土层,T1、T2、T3处理较CK的速效钾含量分别增加9.7%、10.5%、7.5%,且差异显著。40～60 cm土层,各处理与CK的土壤速效钾含量无显著差异。图4

图4 不同微生物菌剂下土壤速效钾含量变化

2.2 不同微生物菌剂对棉花产量及其构成因素的影响

研究表明,T1、T2和T3处理的棉花单株铃数与CK差异不显著。T1、T2处理与CK的单铃重无显著差异,T3处理较CK的单铃重增加8.7%,差异显著。T1、T2、T3处理较CK的产量分别高9.5%、12.9%、14.6%,差异显著。表1

表1 不同微生物菌剂下棉花产量 和构成因素变化

2.3 不同微生物菌剂对品质的影响

研究表明,对于上部铃,各处理的棉纤维绒长、断裂比强度、整齐度指数、伸长率、黄度、纺纱均匀性指数较CK相比均有提升的趋势,各处理的马克隆值和反射率与CK相比呈降低趋势。其中,T3处理下的伸长率较CK增加3.4%,差异显著。T2、T3处理下的黄度较CK分别增加6.0%、7.8%,差异显著。T3处理下的纺纱均匀性指数较CK增加9.0%,差异显著。T2、T3处理下的马克隆值较CK分别降低5.2%、7.2%,且差异显著。

对于中部铃,整体上各处理的棉纤维伸长率度和黄度较CK有提升趋势,各处理的绒长、断裂比强度、马克隆值、整齐度、反射率、纺纱均匀性指数较CK均呈下降趋势。其中,T3处理下的伸长率与较CK增加3.7%,差异显著。T1、T2处理下的绒长较CK分别降低2.8%、5.6%,差异显著。T2处理下的断裂比强度较CK降低7.7%,差异显著。T2、T3处理下的整齐度较CK分别降低1.1%、2.2%,差异显著。T2、T3处理下的纺纱均匀性指数较CK分别降低3.5%、4.0%,且差异显著。

对下部铃,各处理的棉纤维绒长、伸长率、纺纱均匀性指数等指标均有提升的趋势。T1、T3处理下的绒长比CK分别增加1.9%、4.0%,差异显著。T1、T2、T3处理下的马克隆值较CK分别减少6.6%、6.6%、14.1%,差异显著。T3处理下的纺纱均匀性指数较CK增加10.5%,且差异显著。表2

表2 不同微生物菌剂下不同部位棉花品质变化

3 讨 论

3.1微生物菌剂具有调节作物生理代谢、促进作物生长、促产增益等作用,同时微生物菌剂中有益微生物在生命活动中产生的次级代谢产物及营养物质能够改善土壤理化性质,增加土壤养分含量[18]。微生物主要通过酸解、酶解、多糖络合溶解、机械侵刻作用等方式对土壤矿物进行分解,释放养分[19-22]。

植物生长所需要的养分主要来源土壤中的营养元素,土壤中单硅酸、有效磷、速效钾是能够被植物直接吸收的营养元素[23-25]。研究通过室内培养试验和田间小区试验得出,施入微生物菌剂,能提高土壤有效硅、有效磷、速效钾的有效含量,与前人[26-27]研究结果相似。黄志浩等[28]通过施用微生物MB35-5解硅菌处理的溶液中硅含量较空白CK增加251.4%,验证了解硅菌有极强的解硅能力。张成凯等[29]通过筛选得到的2株高效解硅菌还具有解磷、解钾、降解纤维素和促生功能,与研究结果相似。

3.2在棉花蕾期、花期、铃期施入微生物菌剂,满足棉花在关键生育期对养分供应的需求,促进了棉花生长发育,利于增产[30]。微生物菌剂在为棉花生长提供所需养分的同时还含有大量活菌,如赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)和吲哚乙酸(IAA)等促进植株生长的植物生长调节剂以及各类维生素、氨基酸和有机酸类物质,这些代谢产物对植物生长发育具有一定的调节促进作用[31-32]。此外,微生物菌剂能增加棉花铃数、单铃重和衣分,从而使得产量增加[33-34],与研究结果基本一致。

3.3绒长、断裂比强度、马克隆值、整齐度、生长率、反射率、黄度、纺纱均匀性指数是反映棉花品质的重要指标[35-36]。吕冬青等[37]研究发现,微生物菌剂不仅能促进植株对养分的吸收,还有利于养分向生殖器官的转运,能够提高棉花绒长、断裂比强度和整齐度指数,研究发现微生物菌剂对棉花的上部铃与下部铃有较为明显的影响,对上部铃、下部铃,随着微生物菌剂用量的增加,棉纤维的绒长、整齐度指数、伸长率、纺纱均匀性指数等指标均有提升的趋势,与吕冬青等[37]的研究结果一致。对于上部铃,CK与T1的处理仅能达到C2级,而T2、T3处理下的马克隆值与CK存在显著差异,达到了B2级[17],对于下部铃,各处理的马克隆值较CK均达到B2级,不利的方面是均增加了棉纤维的黄度。随着结铃部位的提升,棉纤维的各项品质指标有下降的趋势,可能是因脱叶剂的作用而非自然成熟所导致。

4 结 论

微生物菌剂对石河子棉田的土壤养分具有显著的活化效应。微生物菌剂施入土壤的第5 d,土壤有效硅、有效磷、速效钾的有效含量达到峰值。随着菌剂施用量增加,微生物菌剂对土壤养分活化效率逐步提高。0～40 cm土层,各处理的土壤有效硅、有效磷、速效钾含量较CK均有所增加,施用量为300 L/hm2的效果最显著,40～60 cm土层差异不显著。此外,微生物菌剂通过增加单铃重进而提高产量,其中施用量为300 L/hm2的最显著。微生物菌剂能显著增加棉纤维的绒长、黄度、纺纱均匀性指数,马克隆值由C2达到B2级,品质显著提高,施用量为300 L/hm2的最显著。