秦都林王雙磊,2劉艷慧,3聶軍軍趙 娜毛麗麗宋憲亮,*孫學(xué)振,*

1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 作物生物學(xué)國家重點實驗室, 山東泰安271018;2煙臺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 山東煙臺264000;3曲阜市農(nóng)業(yè)局, 山東曲阜273100

濱海鹽堿地棉花秸稈還田對土壤理化性質(zhì)及棉花產(chǎn)量的影響

秦都林1王雙磊1,2劉艷慧1,3聶軍軍1趙 娜1毛麗麗1宋憲亮1,*孫學(xué)振1,*

1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 作物生物學(xué)國家重點實驗室, 山東泰安271018;2煙臺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 山東煙臺264000;3曲阜市農(nóng)業(yè)局, 山東曲阜273100

在濱海鹽堿地定點設(shè)置連續(xù)3年棉花秸稈還田和未還田2個處理, 研究其對0～60 cm土層土壤理化性質(zhì)和棉花產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明, 連續(xù)3年棉花秸稈還田顯著降低0～30 cm土層土壤容重和0～10 cm土層＜0.25 mm土壤微團聚體含量; 顯著提高0～10 cm土層＞5 mm土壤大團聚體含量。在0～20 cm土層, 3年秸稈還田顯著提高棉花播前和各生育階段土壤有機質(zhì)、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量, 平均分別比對照提高13.45%、18.57%、22.80%和22.57%;降低土壤速效磷和含鹽量, 平均分別比對照降低18.29%和16.59%。在20～40 cm土層, 3年秸稈還田顯著提高土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量, 平均比對照提高37.20%和31.62%; 顯著降低土壤含鹽量, 平均比對照降低19.06%。在40～60 cm土層, 3年秸稈還田顯著提高土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量, 平均分別比對照提高38.26%和24.83%。3年棉花秸稈還田分別比未還田顯著提高棉花籽棉產(chǎn)量11.57%、19.01%和13.24%和皮棉產(chǎn)量18.56%、19.78%和18.73%, 但對棉花單鈴重和衣分無顯著影響。

棉花; 秸稈還田; 鹽堿地; 土壤理化性質(zhì); 產(chǎn)量

Keywords: Cotton; Stalk returning; Saline-alkali soil; Soil physical and chemical properties; Yield

據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)統(tǒng)計, 全世界鹽漬土總面積為 3.97億公頃, 約占陸地總面積的3.1%[1], 中國是世界上鹽堿地面積最大的國家之一,鹽漬土總面積約為3600萬公頃, 占全國可利用土地面積的4.88%[2], 分布廣泛。改造治理及合理開發(fā)利用鹽堿地資源, 是中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。棉花是我國重要的經(jīng)濟作物, 種植面積約占世界的15%, 產(chǎn)量約占世界的25%[3]。棉花耐鹽性較強, 被公認(rèn)為是開發(fā)鹽堿地的先鋒作物[4]。近年來,隨著糧食安全問題和糧棉爭地矛盾的日益加劇, 內(nèi)陸棉花種植逐漸向濱海鹽堿地集中。但由于耕作制度不合理及海水入侵導(dǎo)致濱海鹽堿地的鹽漬化程度逐年加劇[5-6], 嚴(yán)重阻礙棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 因此降低濱海鹽堿地的含鹽量, 是保證棉花可持續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。

農(nóng)作物秸稈中富含作物生長所必須的N、P、K等多種營養(yǎng)元素[7], 秸稈還田能夠改變土壤腐殖質(zhì)組成及特性, 增加土壤有機質(zhì)積累和養(yǎng)分含量, 改善土壤物理性狀, 促進(jìn)作物產(chǎn)量提高[8]。棉花秸稈作為棉花生產(chǎn)的副產(chǎn)品, 資源豐富, 產(chǎn)量巨大, 如果不能合理利用, 勢必造成資源的浪費和環(huán)境的污染,秸稈還田在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中意義重大。國內(nèi)外大量研究已表明秸稈還田普遍具有增產(chǎn)效應(yīng)[9-12];并能夠降低土壤含鹽量[13-14]和 pH 值[15], 提高土壤肥力[16-17], 維持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[18-19]。前人對秸稈還田的研究大多數(shù)集中在小麥[11,18]、玉米[20-21]、水稻[16,22]等禾本科作物方面; 有關(guān)棉花秸稈還田的研究也大多數(shù)集中在秸稈還田對棉花生長特性和產(chǎn)量[13]、土壤養(yǎng)分[23]、土壤微生物量碳[24-25]、土壤酶活性[26-27]等方面。但是關(guān)于棉花秸稈還田對濱海鹽堿地棉田土壤改良作用的研究還較為缺乏, 尚未明確連續(xù)多年秸稈還田對濱海鹽堿地土壤肥力改良的具體效果。本研究擬通過研究連續(xù) 3年棉花秸稈還田對鹽堿地棉田土壤理化性質(zhì)和棉花產(chǎn)量的影響,以期對濱海鹽堿地連作棉田的生產(chǎn)力以及該地區(qū)棉花秸稈還田的大面積推廣提供重要的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

山東省濱州市梁才鄉(xiāng)毛里莊村(37°44′N, 118°15′E, 海拔 11.4 m)地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 年均氣溫 13.3℃, 降水 562.5 mm, 日照時數(shù)2231 h, 無霜期193 d, 年蒸發(fā)量1972.5 mm。供試土壤為鹽化潮土, 2013年試驗地初始土壤化學(xué)性狀見表1。

表1 供試土壤的主要化學(xué)性狀Table 1 Main chemical properties of test soil

1.2 試驗設(shè)計

于2013—2015年設(shè)棉花秸稈未還田(SNR)與秸稈還田(SR) 2個處理, 每處理設(shè)3次重復(fù), 共6個小區(qū), 小區(qū)面積810 m2(長90 m, 寬9 m)。自2012年棉花收獲后, 每年11月下旬將相應(yīng)的秸稈人工拔除和秸稈粉碎旋耕還田, 殘留秸稈長度小于 5 cm, 還田秸稈干重約為3000 kg hm–2, 還田秸稈N、P、K總量3年平均分別為30.77、11.97和73.29 kg hm–2,其田間管理操作與未還田處理一致, 基施復(fù)合肥750 kg hm–2(N∶P∶K為22∶10∶16), 花鈴期追施尿素180 kg hm–2。播種前分別于每年3月21日和4月10日前后大水漫灌壓鹽。種植方式為多年連作棉田, 一年一熟。供試品種為魯棉研 36, 于每年 4月20日至25日機械播種, 地膜覆蓋, 寬窄行種植, 寬行行距100 cm, 窄行行距60 cm, 株距30 cm。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 樣品采集 于每年播前(播種前 35 d)、苗期(播后35 d)、蕾期(播后60 d)、花鈴期(播后90 d)和吐絮期(播后150 d)田間取樣, 按五點取樣法使用土鉆(內(nèi)徑 5 cm)在棉花窄行中間采集 0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層土樣, 將每小區(qū)同一土層的土樣混合成一個樣品, 每個處理 3次重復(fù), 將每個土樣再分成 2份裝入聚乙烯自封袋, 放入冰盒帶回實驗室, 一份置–20℃冰柜冷凍保存, 用于測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量; 另一份自然風(fēng)干, 剔除雜物后過20目和100目篩, 用于測定土壤含鹽量、pH、有機質(zhì)、速效磷和速效鉀含量。于吐絮后期, 從每小區(qū)采集0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土層樣品測定土壤容重和土壤團聚體。于收獲期,從每小區(qū)選取20株代表性棉株, 統(tǒng)計收獲的棉鈴總數(shù), 計算棉花平均單鈴重、衣分和產(chǎn)量。

1.3.2 測定方法 用沙維諾夫干篩法測定土壤團聚體[28]; 環(huán)刀法測定土壤容重, 重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì), 鉬銻抗比色法測定土壤速效磷, 乙酸銨浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀, 電位法測定土壤 pH (水∶土 = 5∶1), 電導(dǎo)率法測定土壤鹽分(水∶土 = 5∶1)[29], 土壤含鹽量回歸方程為 y = 3.4058x + 0.1427 (n = 27, R2= 0.9964, P ＜ 0.01), 其中y為含鹽量, x為電導(dǎo)率[30]; AA3連續(xù)流動分析儀(SFA CAF FIA BRAN+LUEBBE III)測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮。

1.4 數(shù)據(jù)分析

以 SigmaPlot 10.0軟件作圖, Microsoft Excel 2003初步處理數(shù)據(jù), DPS7.05統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析, LSD法檢驗處理間差異顯著性(α = 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花秸稈還田對土壤結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 土壤容重 2015年數(shù)據(jù)(表 2)表明, 棉花秸稈還田顯著降低了0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土層的土壤容重, 分別比對照降低6.20%、5.56%和5.37%, 對30～40 cm土層的土壤容重?zé)o顯著影響。2013年和2014年棉花秸稈還田均顯著降低了0～10 cm和10～20 cm土層的土壤容重, 2013年分別比對照降低 7.52%和 5.41%, 2014年分別降低 6.45%和5.48%, 而2年均對20～30 cm和30～40 cm土層的土壤容重?zé)o顯著影響。說明隨著棉花秸稈還田年數(shù)的增加, 改善土壤結(jié)構(gòu)的土層加深。

表2 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤容重的影響Table 2 Effects of cotton stalk returning on soil density of each soil layer in different years (g cm–3)

2.1.2 土壤團聚體 圖 1顯示, 供試土壤團聚體組成以＞5 mm的大團聚體和＜0.25 mm的微團聚體為主, 其次是2～5 mm團聚體, 1～2 mm、0.5～1.0 mm和0.25～0.50 mm團聚體含量所占比例較少。2013年棉花秸稈還田對0～10 cm土層的土壤團聚體無顯著影響, 2014年和2015年棉花秸稈還田顯著降低了0～10 cm土層＜0.25 mm的土壤微團聚體含量, 分別降低12.39%和19.35%; 顯著提高了0～10 cm土層＞5 mm的土壤大團聚體含量, 分別提高11.48%和13.40%。3年棉花秸稈還田均對10～20 cm和20～30 cm土層的土壤團聚體無顯著影響。說明短時間內(nèi)棉花秸稈還田影響淺層土壤團聚體結(jié)構(gòu), 對較深土層土壤團聚體結(jié)構(gòu)無顯著影響。

2.2 棉花秸稈還田對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1 土壤含鹽量 根據(jù)土壤中鹽分具有“鹽隨水走”的運動規(guī)律, 土壤中的含鹽量受降水及灌溉的影響較大。圖2顯示, 3年秸稈還田均顯著降低了棉花播前和各生育階段 0～20 cm 土層的土壤含鹽量, 2013、2014和 2015年棉花播前和各生育階段平均分別比對照降低14.54%、14.24%和20.99%。秸稈還田對 20～40 cm土層土壤含鹽量的影響年際間有所不同, 2013年和2014年只在花鈴期和苗期顯著降低,在其他生育階段無顯著影響; 2015年則顯著降低棉花播前和各生育階段的土壤含鹽量, 播前和各生育階段平均比對照降低16.83%。3年秸稈還田均未對40～60 cm土層的土壤含鹽量產(chǎn)生顯著的影響。說明短時間內(nèi)棉花秸稈還田影響淺層土壤含鹽量, 隨著還田時間的延長影響土層加深。

圖1 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤團聚體的影響Fig. 1 Effects of cotton stalk returning on soil aggregates of each soil layer in different yearsSNR: 秸稈未還田; SR秸稈還田。圖柱上不同小寫字母表示數(shù)值在0.05水平上差異顯著。SNR: no stalk returning; SR: stalk returning. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

(圖2)

圖2 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤含鹽量的影響Fig. 2 Effects of cotton stalk returning on soil salt content of each soil layer in different yearsPR: 播前; SE: 苗期; BU: 蕾期; FL: 花鈴期; BO; 吐絮期; SNR: 秸稈未還田; SR秸稈還田。圖柱上不同小寫字母表示數(shù)值在0.05水平上差異顯著。PR: pre-sowing; SE: seeding stage; BU: budding stage; FL: flowering and boll-forming stage; BO: boll opening stage; SNR: no stalk returning; SR: stalk returning. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

2.2.2 土壤pH 由表3可以看出, 2013年秸稈還田對棉花各生育階段0～60 cm土層的土壤pH均無顯著影響。2014年和 2015年秸稈還田均降低棉花播前和各生育階段0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層的土壤pH, 2014年平均分別比對照降低2.10%、2.17%和2.42%, 2015年平均分別降低1.92%、1.45%和1.40%。說明棉花秸稈還田有降低土壤pH的趨勢,但均未達(dá)到顯著差異水平。

表3 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤pH的影響Table 3 Effects of cotton stalk returning on soil pH of each soil layer in different years

表4 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤有機質(zhì)含量的影響Table 4 Effects of cotton stalk returning on soil organic matter content of each soil layer in different years (g kg–1)

圖3 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤硝態(tài)氮含量的影響Fig. 3 Effects of cotton stalk returning on soil nitrate nitrogen content of each soil layer in different years圖柱上不同小寫字母表示數(shù)值在0.05水平上差異顯著?？s寫同圖2。Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

2.2.3 土壤有機質(zhì) 由表4可以看出, 3年秸稈還田均顯著提高了 0～20 cm 土層的土壤有機質(zhì)含量,并且隨著還田時間的延長有機質(zhì)含量呈增加趨勢, 2013、2014和 2015年棉花播前和吐絮期分別比對照提高10.06%、12.64%, 10.11%、14.06%和14.51%、19.30%; 對20～40 cm和40～60 cm土層土壤有機質(zhì)含量無顯著影響。說明短時間內(nèi)棉花秸稈還田只影響淺層土壤有機質(zhì)含量, 對較深土層土壤有機質(zhì)含量無顯著影響。

2.2.4 土壤硝態(tài)氮 圖3顯示, 3年秸稈還田均顯著提高了棉花各生育階段0～60 cm不同土層的土壤硝態(tài)氮含量。2013、2014和 2015年棉花播前和各生育階段, 0～20 cm 土層平均分別比對照提高8.80%、20.64%和26.28%; 20～40 cm土層平均分別比對照提高29.80%、50.83%和30.98%; 40～60 cm土層平均分別比對照提高42.99%、52.15%和19.63%。

2.2.5 土壤銨態(tài)氮 圖4顯示, 3年秸稈還田均顯著提高了棉花各生育階段0～60 cm不同土層的土壤銨態(tài)氮含量。2013、2014和2015年棉花播前和各生育階段, 0～20 cm 土層平均分別比對照提高13.30%、41.51%和13.60%; 20～40 cm土層平均分別比對照提高23.17%、54.47%和17.23%; 40～60 cm土層平均分別比對照提高 17.16%、39.34%和18.01%。

圖4 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤銨態(tài)氮含量的影響Fig. 4 Effects of cotton stalk returning on soil ammonium nitrogen content of each soil layer in different years圖柱上不同小寫字母表示數(shù)值在0.05水平上差異顯著?？s寫同圖2。Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

2.2.6 土壤速效磷 圖5顯示, 2013年棉花秸稈還田對0～20 cm土層的土壤速效磷含量無顯著影響; 2014年和 2015年秸稈還田均顯著降低了播前和棉花各生育階段0～20 cm土層的土壤速效磷含量, 平均分別比對照降低19.09%和17.49%。3年秸稈還田對20～40 cm和40～60 cm土層土壤速效磷含量無顯著影響。說明短時間內(nèi)棉花秸稈還田只影響淺層土壤速效磷含量, 對深層土壤速效磷含量無顯著影響。

2.2.7 土壤速效鉀 圖6顯示, 3年秸稈還田均顯著提高了播前和棉花各生育階段0～20 cm土層的土壤速效鉀含量, 2013、2014和2015年棉花播前和各生育階段平均分別比對照提高 23.57%、28.33%和16.32%; 對20～40 cm土層影響只顯著提高了播前土壤速效鉀含量, 在棉花生育期間無顯著差異; 對40～60 cm土層土壤速效鉀含量無顯著影響。

圖5 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤速效磷含量的影響Fig. 5 Effects of cotton stalk returning on soil available P content of each soil layer in different years圖柱上不同小寫字母表示數(shù)值在0.05水平上差異顯著?？s寫同圖2。Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

2.3 棉花秸稈還田對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表 5可以看出, 秸稈還田可顯著提高棉花的籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量。2013、2014和 2015年籽棉產(chǎn)量分別比未還田提高 11.57%、19.01%和 13.24%,皮棉產(chǎn)量分別比未還田提高 18.56%、19.78%和18.73%。秸稈還田提高棉花產(chǎn)量的原因是顯著提高了單位面積的總鈴數(shù), 3年分別提高8.20%、15.25%和 11.62%; 棉花秸稈還田對棉花單鈴重和衣分雖有一定的提高趨勢, 但均未達(dá)到顯著差異水平。

3 討論

3.1 棉花秸稈還田對土壤結(jié)構(gòu)的影響

一般來說, 土壤物理性質(zhì)主要從土壤容重、孔隙度和團聚體組成等方面體現(xiàn)[31], 它們關(guān)系到土壤中水肥氣熱狀況、養(yǎng)分調(diào)節(jié)及植物根系的伸展和生長發(fā)育[32]。張亞麗等[18]、馬永良等[21]和劉禹池等[33]研究表明, 連續(xù)多年秸稈還田顯著降低表層的土壤容重。陳尚洪等[16]研究表明, 還田后秸稈在腐解過程中, 能夠促進(jìn)土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成, 改善土壤通透性與保水保肥能力。張亞麗等[18]通過連續(xù)19年的春小麥連作長期定位試驗發(fā)現(xiàn), 在施氮、磷化肥的基礎(chǔ)上秸稈還田, 可以增加＞0.25 mm的土壤團聚體的數(shù)量, 促進(jìn)團聚體的穩(wěn)定性。然而, 濱海鹽堿地地下水位高, 土壤自然脫鹽率低, 植被品種多樣性及數(shù)量較少, 生態(tài)環(huán)境脆弱, 秸稈還田通過改良土壤物理結(jié)構(gòu)及成分等起到改良鹽堿土的作用[34]。秸稈還田作為改良土壤的重要措施, 影響作物生長; 土壤鹽分是限制濱海鹽堿地棉花高產(chǎn)的關(guān)鍵。但是,從降低土壤含鹽量和提高肥力的角度來看, 采用棉花秸稈還田的研究還較為缺乏。本研究連續(xù)3年棉花秸稈還田后顯著降低 0～30 cm 土層的土壤容重,顯著增加＞5 mm的土壤大團聚體的含量, 顯著降低＜0.25 mm的土壤微團聚體的含量。分析其原因可能是棉花秸稈還田促進(jìn)了土壤微團聚體向更大粒級團聚體的轉(zhuǎn)化, 增加耕作時的擾動阻力, 減少了對團聚體的破壞作用[35], 土壤容重降低, 孔隙度增加,從而使土壤結(jié)構(gòu)得到改善[21]。

圖6 棉花秸稈還田對不同年份各土層土壤速效鉀含量的影響Fig. 6 Effects of cotton stalk returning on soil available K content of each soil layer in different years圖柱上不同小寫字母表示數(shù)值在0.05水平上差異顯著?？s寫同圖2。Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

表5 棉花秸稈還田對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 5 Effects of cotton stalk returning on yield and yield components of cotton

3.2 棉花秸稈還田對含鹽量和化學(xué)性質(zhì)的影響

作物秸稈含有大量的碳、氮、磷和鉀等營養(yǎng)元素, 是土壤養(yǎng)分的補給源。關(guān)于作物秸稈對土壤養(yǎng)分和地力培肥效果的研究, 前人做了許多研究。武際等[36]研究表明在水旱輪作制度下, 連續(xù)秸稈還田可以顯著提高0～25 cm土層土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。而汪軍等[37]研究認(rèn)為秸稈還田降低了土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。本試驗結(jié)果表明, 棉花秸稈還田顯著提高0～60 cm土層土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。分析其原因可能是秸稈還田改善了土壤的微環(huán)境,減弱了降雨的淋洗作用; 并且秸稈的持續(xù)施用增加了土壤中生物有效性碳的數(shù)量, 為土壤異養(yǎng)微生物的活動提供了充足能源, 極大地刺激了土壤氮的礦化作用, 從而增加土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量[36]。土壤C/N 通常被認(rèn)為是土壤氮素礦化能力的標(biāo)志, 低C/N使微生物的分解和氮的礦化速率加快[38]。秸稈分解時適宜土壤C/N為25, 而秸稈本身C/N一般為80左右[39], 秸稈還田在合理配施氮肥時能夠明顯提高土壤氮素供應(yīng)能力[37,40], 從而合理調(diào)節(jié)C/N。本試驗中施基肥750 kg hm–2(N∶P∶K為22∶10∶16),花鈴期追施尿素180 kg hm–2, 滿足了秸稈分解時所需要的氮, 從而促進(jìn)了棉花產(chǎn)量的提高。慕平等[41]研究表明連續(xù)秸稈還田結(jié)合土壤淺耕, 顯著增加0～20 cm 土層土壤有機質(zhì)和速效鉀含量, 且隨著還田年數(shù)的增加, 效果更加明顯。徐國偉等[15]研究表明麥秸還田顯著降低土壤pH。馮國藝等[13]研究秸稈還田對濱海鹽堿地棉苗光合特性及生長的影響表明,棉花秸稈還田顯著降低 0～40 cm土層的土壤含鹽量。張玉文等[14]2012年在黃河三角洲地區(qū)的研究表明, 玉米秸稈還田量為3.0 t hm–2時, 0～20 cm土層的土壤含鹽量降低了50.75%。本試驗研究結(jié)果與慕平等[41]、馮國藝等[13]和張玉文等[14]的研究結(jié)果一致,連續(xù)3年棉花秸稈還田后顯著提高土壤有機質(zhì)、速效鉀含量, 顯著降低土壤含鹽量。分析其原因主要是棉花秸稈還田增強土壤團聚體穩(wěn)定性[17], 提高土壤保水能力, 減少土壤水分蒸發(fā)[42], 有效調(diào)節(jié)濱海鹽堿地土壤的鹽分運動; 秸稈腐解后為土壤提供了豐富的碳氮磷鉀等營養(yǎng)[16], 增加土壤有機質(zhì)含量促進(jìn)了土壤微生物和酶活性, 使氮磷鉀等養(yǎng)分充分釋放, 增加土壤中有效養(yǎng)分含量[18]。棉花秸稈還田導(dǎo)致土壤速效磷含量降低, 分析其主要原因可能是棉花秸稈中磷含量較低, 還田釋放到土壤后易被土壤顆粒吸附固定[43], 并且還田導(dǎo)致植株生長旺盛, 對土壤養(yǎng)分的需求增加, 而又未能通過足量施肥補充[23]。這與張亞麗等[18]關(guān)于施肥和秸稈還田對土壤肥力質(zhì)量及春小麥品質(zhì)的影響的研究結(jié)果一致。

3.3 棉花秸稈還田對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

國內(nèi)外眾多研究表明合理施用秸稈可以提高作物產(chǎn)量[9-10]。張凡等[11]研究表明在施用氮磷肥的基礎(chǔ)上, 與不施秸稈和鉀肥相比, 小麥秸稈還田顯著提高了棉花鈴數(shù)、鈴重和皮棉產(chǎn)量, 還田第 2年和第 3年后產(chǎn)量增長率分別達(dá) 143.5%和 93.7%。Gwathmey等[12]研究指出, 小麥秸稈還田6年后棉花皮棉產(chǎn)量提高 11%。楊憲龍等[20]研究認(rèn)為, 秸稈還田隨種植年限的推移增產(chǎn)效果越明顯, 小麥和玉米季均在還田2年后表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)效果。袁玲等[22]通過10年的長期定位試驗發(fā)現(xiàn), 秸稈還田顯著提高水稻產(chǎn)量。于舜章等[44]試驗發(fā)現(xiàn)小麥秸稈覆蓋還田使玉米平均增產(chǎn)14.64%。棉花秸稈還田對衣分無顯著影響, 這與劉艷慧等[23]的研究結(jié)果一致。本研究在濱海鹽堿地進(jìn)一步證實了前人的結(jié)論, 棉花秸稈還田后顯著提高了棉花產(chǎn)量, 籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量3年平均增長率分別達(dá)14.61%和19.02%。分析其原因主要是棉花秸稈還田改善了土壤理化性質(zhì), 增加了土壤肥力, 促進(jìn)了棉花植株對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收,進(jìn)而提高了單位面積棉花總鈴數(shù)。

劉建國等[45]研究發(fā)現(xiàn)棉花具有一定的化感自毒效應(yīng), 隨著連作年限和秸稈還田量的增加, 其化感物質(zhì)在土壤中積累, 并對土壤生物活性造成影響[46]。因此, 在棉花秸稈還田時, 應(yīng)充分考慮秸稈對下茬作物的化感作用, 避免因還田量的增加, 產(chǎn)生化感自毒作用, 影響棉花生長。在本研究連續(xù) 3年棉花秸稈還田的條件下, 并未發(fā)現(xiàn)化感自毒作用影響棉花生長的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

與棉花秸稈未還田相比, 連續(xù) 3年棉花秸稈還田能夠降低連作棉田土壤容重, 改善淺層土壤團聚體的粒徑分配比例, 降低土壤含鹽量和 pH, 增加土壤有機質(zhì)、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量, 提高棉花總鈴數(shù), 進(jìn)而提高棉花產(chǎn)量, 對棉花單鈴重和衣分無顯著影響。因此, 連續(xù)多年棉花秸稈還田可以顯著改善土壤理化性質(zhì), 提高棉花產(chǎn)量, 但應(yīng)注意適量增加磷肥的施入, 確保土壤養(yǎng)分均衡, 進(jìn)而保證棉花的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

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Effects of Cotton Stalk Returning on Soil Physical and Chemical Properties and Cotton Yield in Coastal Saline-Alkali Soil

QIN Du-Lin1, WANG Shuang-Lei1,2, LIU Yan-Hui1,3, NIE Jun-Jun1, ZHAO Na1, MAO Li-Li1, SONG Xian-Liang1,*, and SUN Xue-Zhen1,*

1State Key Laboratory of Crop Biology, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China;2Yantai Agricultural Technology Extension Service, Yantai 264000, China;3Qufu Agricultural Bureau, Qufu 273100, China

A continuous three-year field experiment of cotton-residue incorporation in coastal saline-alkali land was conducted, with two treatments: residue removal and residue incorporation. The successive cotton stalk returning significantly decreased soil bulk density in 0–30 cm soil layer and soil micro-aggregates with particle size ＜0.25 mm in 0–10 cm soil layer, while significantly increased the content of soil macro-aggregates with particle size ＞5 mm in 0–10 cm soil layer. Compared with the control (residue removal), the treatment of cotton residues incorporation significantly increased soil organic matter, nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and available potassium by 13.45%, 18.57%, 22.80%, and 22.57%, respectively, while decreased soil available phosphorus and salinity by 18.29% and 16.59% at pre-sowing and each growth stage in 0-20 cm soil layer. Soil nitrate nitrogen and ammonium nitrogen were increased by 37.20% and 31.62% and soil salinity had a reduction of 19.06% after successive cotton stalk returning for three years in 20–40 cm soil layer, and also significantly increased by 38.26% and 24.83% in 40–60 cm soil layer. Successive cotton stalk returning significantly increased seed cotton yield by 11.57%, 19.01%, and 13.24% and lint yield by 18.56%, 19.78%, and 18.73% in three years, but not affected single boll weight and lint percentage.

(

): 2016-12-02; Accepted(接受日期): 2017-04-20; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2017-04-27.

10.3724/SP.J.1006.2017.01030

本研究由國家自然科學(xué)基金項目(31601253), 山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(棉花)建設(shè)專項(SDAIT-03), 山東省農(nóng)業(yè)良種工程項目(2013LZ, 2014LZ), 山東省自然科學(xué)基金項目(ZR2016CQ20)和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)鹽堿地改良利用項目資助。

The study is supported by National Natural Science Foundation of China (31601253), the Modern Agro-industry Technology Research System (SDAIT-03), Shandong Program for Improved Varieties of Agriculture (2013LZ, 2014LZ), the Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2016CQ20), and the Saline Alkali Land Improvement and Utilization Project of Shandong Agricultural University.

*通訊作者(Corresponding authors): 孫學(xué)振, E-mail: sunxz@sdau.edu.cn; 宋憲亮, E-mail: xlsong@sdau.edu.cn

聯(lián)系方式: E-mail: qindulin2014@163.com

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170427.0948.014.html