連作障礙消減措施對棉花產量形成和化感自毒作用的影響

劉雪花，支金虎,柴朝暉,王德勝,姚永生,王 遠,唐 夢,宋傘傘,鄭森宇

(1.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300；2.億利阿拉爾生態科技有限公司，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】到2017年，全國棉花種植面積3 194.73×103hm2，產量565.30×104d，而新疆棉花面積已達到2 217.47×103hm2、總產量達到456.600 0×104t，分別占到全國的69.41%和和80.71%[1]。棉花連作障礙，主要是由于棉花植株根系分泌物可以向土壤中釋放羥基苯甲酸、香草醛、阿魏酸和沒食子酸等化感物質[2,3],棉花秸稈還田腐解后釋放出的4-羥基-4-甲基-2-戊酮、鄰苯二甲酸二丁酯、棕櫚酸、雙(1-甲基丙基)-琥珀酸甲酯、亞油酸、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)[4,5]，以及棉田腐殖質中的軟脂酸、亞油酸和鄰苯二甲酸二丁酯等[4]化感物質的存在而導致。棉花連作年限不斷增加，土壤中微生物總量有明顯的下降趨勢，會導致一定階段內的土壤生物多樣性下降，使細菌和放線菌的降低、真菌數增加[6]。導致棉花生長受抑、病蟲害加重，研究新疆塔里木盆地棉花在不同連作障礙消減措施下的化感自毒效應和評價方式,對生產上減輕棉花連作障礙有實際意義。這被稱作棉花連作中的化感自毒作用。【前人研究進展】多年連作后棉田土壤中微生物群落結構和生物多樣性會發生顯著改變[7～10]，從而會對養分的吸收產生間接的影響。而生物炭施用則可以改變土壤中微生物群落的多樣性[11,12], 以此來調節棉田土壤微生物種群結構，改善棉花連作障礙狀況。李銀平等[13]用小麥-綠肥-棉花、綠肥-棉花復播和直播的方法來驗證綠肥對連作棉田的消減效果，不論哪種倒茬方式，都可以顯著提高土壤磷素和鉀素的含量，同時均可顯著提高棉花產量，綠肥倒茬經過一個生長季后，土壤中原有養分消耗會相對減少。【本研究切入點】目前，研究者們仍然在通過各種措施消減棉花連作障礙和化感自毒作用，其中間作、輪作是緩解棉花連作自毒作用的重要方法，但作用大小和機理則與種植作物有關。如孫新展等[14]通過試驗發現，棉花-孜然間作、棉花-小麥輪作可顯著降低土壤中總酚、阿魏酸和羥基苯甲酸的含量，從而降低棉花化感自毒作用。針對棉花化感作用的研究主要集中在棉花植株浸提液對其它植物種子發芽的低促高抑機制[15～18]及其它植株浸提液和分泌物對棉花種子發芽的化感作用機制[19,20]，而對田間土壤浸提液對棉花的化感作用方面的研究則相對較少。研究新疆塔里木盆地 棉花在不同連作障礙消減措施下的化感自毒效應和評價方式。【擬解決的關鍵問題】采用田間小區試驗,研究不同消減措施對塔里木盆地棉花土壤養分凈變化、植株生長、產量、種子發芽的化感自毒效應,為生產上減輕棉花連作障礙提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017～2018年在新疆生產建設兵團第一師阿拉爾市農科所試驗地進行，試驗區地處塔里木盆地西緣投，屬暖溫帶極端荒漠區。試驗地棉花連作超過10年，耕層土壤全氮含量0.72 g/kg、有機質含量12.16 g/kg、pH值7.6、總鹽含量為3.14 g/kg、土壤堿解氮含量44.33 mg/kg、速效磷含量23.07 mg/kg、速效鉀含量157.32 mg/kg。

采用田間小區試驗設計，棉花栽培方式為一膜6行，栽培品種為新陸中49號。保持冬春灌，灌溉方式為滴灌。基礎肥料為農戶常規方案：基肥60 kg (為20-20-10的三元顆粒復混肥)，追肥為尿素+磷酸一銨(比例為1∶2)，隨水滴施，每次帶肥6 kg,共計追肥10次。所有小區基礎肥料用量和方案保持一致。在此基礎上設計不同處理。

試驗設計5個處理，分別是CC(棉花連作)、CM(連作棉花+微生物肥料)、CRR(油菜-棉輪作)、CRI(棉花-油菜間作)、RIM(棉花油菜間作+微生物肥料)，其中CC為對照，其它四個為消減措施處理。油菜品種為飼油二號，微生物菌肥為新洋豐海藻菌肥(有效活菌數>5億個，N、P2O5、K2O總養份量5%)，生物菌肥與基肥一次性施入,每畝用量30 kg。小區面積55 m2,重復3次。

1.2 方 法

1.2.1 土壤養分樣品采集與測定

實驗前采集試驗地塊測定土壤基礎肥力，施肥和種植結束后3 d內按小區再次采集離播種行距離5 cm的土壤樣品測定土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量。棉花成熟期(9月下旬)采集距離棉株5 cm的土壤測定堿解氮、速效磷、速效鉀含量。采樣深度為40 cm，每20 cm為一層。每個小區每層按S布點采集混合樣，風干后測定速效養分(參照《土壤農化分析》[21]),堿解氮測定采用堿解擴散法，速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-分光光度法，速效鉀測定采用中性醋酸銨浸提-火焰光度法。

1.2.2 株高及產量指標

株高：在棉花生長的花鈴盛期(8月中旬)，每個小區選擇生長均勻的3行棉花，每行選擇連續的10株，從子葉節開始到最頂端的高度作為株高。

產量：量以理論測定產量作為試驗結果, 測定方法如下[22]:

籽棉產量(kg/hm2)

平均單株鈴數:每小區測定30株的成鈴數, 求出平均單株鈴數作為結果(其中幼鈴和花蕾不計算在內)。

單鈴籽棉重:每小區定點30株棉株, 從吐絮后定期采收, 多次采收后將各小區每次收集到籽棉的重量累加, 得到30株棉花籽棉重, 之后計算出每株單鈴重, 除以單株鈴數后則為平均單鈴籽棉重。

行距:每點數11 行(10個行距), 量其寬度總和, 再除以10即得。株距測定:每點在一行內取21株(20個株距), 量其總長度, 再除以20即得。行距和株距在每個小區測定三個樣點, 求平均值作為結果。

1.2.3 化感作用效應指數的測定

在棉花生長的蕾期，用抖落法采集各處理棉花根際土壤鮮樣，每個小區按行采取，每行10株選連續的10株棉花。土樣采回后放置于-20℃中儲存待用。試驗時取出一部分新鮮土樣自然融化后用烘干法測定含水量，之后取另一部折算質量后用蒸餾水按1∶5土液比(質量比)對土壤進行浸提。浸提液作為母液，之后分別稀釋到1∶10、1∶50、1∶100、1∶200、1∶500后對棉花種子(光種)進行發芽測試。測試時將棉花種子用高錳酸鉀和次氯酸鈉消毒、無菌水清洗、晾干，在一次性消毒培養皿底部墊2層滅菌后的濾紙，加入上述母液及稀釋后的水提液20 mL,將處理過的棉花種子播于濾紙上,蓋蓋子后在恒溫培養箱中進行培養。3 d后測定發芽勢，第8 d測定發芽率并用直尺量出幼苗長。最后以對照小區土壤浸提液處理后的棉花種子發芽勢、發芽率、幼苗長作為對照值，其它小區土壤浸提液處理后得到的結果作為處理值，計算以各參數計算的化感作用效應指數(RI)。同時在薛啟(2017)的方法[23]基礎上進行簡化，以發芽勢、發芽率、幼苗長的化感效應指數的算術平均數作為綜合化感指數(RIs)。

化感指數RI借鑒Williamson et al.(1988)提出的方法[24]進行計算。

其中，RI為化感作用效應指數，C為對照值，T為處理值，當RI>0時為促進作用，RI<0時為抑制作用，絕對值的大小與作用強度的大小相一致。

RIs為綜合化感效應指數，定義為各化感效應指數的算術平均值，計算方法為：

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 2010處理，SAS軟件進行ANOVA分析和DUNCAN多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同連作障礙消減措施對棉田土壤養分的影響

2.1.1 不同消減措施下連作棉田土壤養分變化

基礎值為基肥施用后測定值，占到全程施肥量的50%，在剩余的50%肥料以追肥形式施入，經過一個生長季后，土壤速效氮、磷、鉀均比基礎值要降低，降低的幅度等于全程施肥量和作物吸收量之差。研究表明，不同消減措施下土壤速效養分有一定差異。對于堿解氮和速效鉀來講無論哪個處理，成熟期0～20 cm土層含量均比20～40 cm土層高，而速效磷則因處理不同而不同。在五種處理下，0～20 cm土層堿解氮成熟期測定值差異不顯著，20～40 cm土層中堿解氮為連作處理(CC)最高，而間作(CRI)最低，平均比連作對照處理低9.5%; 0～20 cm土層速效磷含量是間作處理(CRI)下最高而油菜輪作處理(CRR)最低,CRI處理比連作對照處理高7.8%，CRR處理比連作對照低12.88%，20～40 cm土層則是油菜輪作處理(CRR)最高，其次是連作處理(CC)，CRR比CC高4.78%，而其它三個處理間差異不顯著，它們比對照低8.45%；0～20 cm土層速效鉀是輪作處理(CRR)和間作處理(CRI)最高，CRI比對照處理高12.16%，但加微肥后(RIM)反而結果最低，20～40 cm土層中除RIM處理，其它處理間差異不顯著。表1

2.1.2 不同消減措施下棉田土壤速效養分的凈變化

將成熟期剩余值和基礎值之差作為速效養分的凈變值(NCV)。

研究表明，不同處理、不同土層中堿解氮、速效磷、速效鉀的凈變化差異均顯著。對堿解氮而言，0～20 cm土層中連作處理(CC)、連作棉花+微生物肥料處理(CM)凈變化最小，而棉花-油菜間作處理(CRI)則最大，按凈減少量來算，不同處理間堿解氮凈變化大小順序為L2≈L1>RIM>CRR>CRI, CRI處理比連作對照低100%，RIM比對照低14.6%。20～40 cm土層中CC處理最小而CRI處理最大，CRI處理比連作對照低766.6%，各處理凈變化大小為L1>RIM>CRR> L2>CRI。對速效磷來講，0～20 cm土層中連作+微生物肥料處理(CRI)凈變化最大，相對對照凈減少量多9.3%，輪作處理(CRR)凈變化最小，相對對照凈減少了大44.07%，各處理凈變化大小順序為L4>RIM≈CC> L2>CRR。20～40 cm土層中CM處理凈變化最大，而輪作處理L3則最小，比對照處理減少量多248.3%，各處理凈變化大小順序為L2>CC>CRI≈ L5>CRR。對速效鉀來講，0～20 cm土層中間作處理(L4)凈變化為正值，原因可能為試驗誤差導致，凈變化最小的為間作+微生物肥料(RIM)，比對照處理小113.2%，各處理凈變化大小順序為L4>CRR>CM> L1>RIM。20～40 cm土層中凈變化最大的為連作+微生物肥料(L2),減少量比對照少68.75%，凈變化最小的為間作+微生物肥料(RIM)，減少量比對照多355%，各處理凈變化大小順序為L2>CRI≈CRR> L1>RIM。表2

表1 不同消減措施下連作棉田土壤養分差異

Table 1 Varieties of soil nutrients in continuous cropping cotton fields under different alleviating measures

土壤深度Soil depth(cm)處理Trentments堿解氮Hydrolyzable N(mg/kg)速效磷Readily available P(mg/kg)速效鉀Readily available K(mg/kg)0^20 cm基礎值51.3±241.3±5.1273.2±15.1CC47.3±7.6a29.5±3.7ab245.9±44.3bCM47.3±1.7a27±1.3c260.7±83.5abCRR46.1±2.7a25.7±1.9d270.8±35.8aCRI43.2±2.7a31.8±3.6a275.8±10.5aRIM46.7±6.1a28.4±2.4b215±13.3c20^40 cm基礎值46.7±6.129±2.1237.8±16.9CC46.1±4.4a27.2±8.4b229.8±21.5aCM43.2±2.7c28.5±3.9a235.3±36.4aCRR44.9±5.3bc24.9±4.5c231±17.5aCRI41.4±4d24.9±1.8c232.5±13.5aRIM45.5±4.6ab24.6±1.2c201.4±16.6b

注：小寫字母不同表示差異達到0.05顯著水平，字母相同表示處理間差異不顯著

Note: Lowercase letters indicate the significant differences at 5% level (LSD.P<0.05)in the same soil depth among different treatments

表2 不同消減措施下棉田土壤速效養分凈變化

Table 2 Net changes of available nutrients in cotton soil under different alleviating measures

土壤深度Soil depth(cm)處理Trentments堿解氮Hydrolyzable N(mg/kg)速效磷Readily available P(mg/kg)速效鉀Readily available K(mg/kg)0^20 cmCC-4.1a-11.8b-27.3dCM-4.1a-14.2c-12.5cCRR-5.3c-17d-2.4bCRI-8.2d-9.5a2.7aRIM-4.7b-12.9bc-58.2e20^40 cmCC-0.6a-3.1b-8cCM-3.5d-0.5a-2.5aCRR-1.8c-10.8d-6.83bcCRI-5.2e-4.1c-5.4bRIM-1.2b-4.4c-36.4d

注：小寫字母不同表示差異達到0.05顯著水平，字母相同表示處理間差異不顯著

Note: Lowercase letters indicate the significant differences at 5% level (LSD.P<0.05)in the same soil depth among different treatments

2.2 不同消減措施對棉花株高和產量的影響

2.2.1 不同消減措施處理下棉花株高和產量差異

研究表明，在五個處理中，輪作油菜只考慮土壤養分變化情況和化感作用情況，不考慮棉花生長和產量。對于其它四個處理，間作+微生物肥料(RIM)處理下的株高最高，而棉花-油菜間作(CRI)、輪作油菜(CRR)、連作棉花+微生物肥料(CM)、連作棉花(CC)之間差異不顯著，間作+微生物菌肥(RIM)促進棉花植株生長效果最為明顯，RI=0.039。對于產量構成要素果枝臺數來說，CM處理和CRI、RIM之間差異不顯著，但與其它兩個處理間差異顯著，CRI和CC處理間差異不顯著而CRR和CC間差異顯著，總體來講，連作+微生物肥料處理(CM, RI=0.161)和間作+微生物肥料(RIM,RI=0.119)有利于增加棉花果枝臺數，微生物肥料具有促進果枝臺數形成的關鍵作用。對單鈴重來講，間作+微生物肥料(RIM)最大,RI=0.154，與其它幾個處理間差異顯著，而其它幾個處理下的單鈴重則沒有顯著差異。利用測產方法得到籽棉產量顯示，間作+微生物肥料(RIM)處理下籽棉產量最高，RI=0.321,輪作(CRR)和連作(CC)差異不顯著，其中RIM產量可以達到6 774.2 kg/hm2。表3

表3 不同消減措施處理下棉花株高和產量差異

Table 3 The difference of cotton plant height and yield under different alleviating measures

處理Treatments株高Plant eight(cm)RIh果枝臺數Branches numberRIb單鈴重Boll weight(g)RIw籽棉產量Seed cotton yield(kg/hm2)RIyCC54.7±6.1ab5.2±0.9b5.5±0.6b5 925±966.2bCM54.6±9.1ab-0.002 6.2±1.4a0.161 5.3±1.7b-0.036 4 703.8±690.6c0.306 CRR54.4±7.2ab-0.005 5±1b-0.038 5.2±0.6b-0.05 5 839.16±607.8b0.194 CRI52.6±5.6b-0.038 5.9±1.5ab-0.038 5.4±0.4b-0.018 4 801±152.7c0.020 RIM56.9±8.2a0.039 5.9±1.5ab0.119 6.5±1a0.154 6774.2±889.6a0.321

注：小寫字母不同表示差異達到0.05顯著水平，字母相同表示處理間差異不顯著。計算RI時以連作結果作為對照C，其它結果作為處理T,其中RIh為以株高計算的化感效應指數，Rib為以果枝臺數計算的化感效應指數，RIw是以單鈴重計算的化感效應指數，RIy是以籽棉產量計算的化感效應指數

Note: Lowercase letters indicate the significant differences at 5% level (LSD.P<0.05)of every index in the different treatments.RIh, RIb, RIw, RIy are allelopathy indexes of plant height, branch number, boll weight and seed cotton yield, respectively, calculated according to allelopathy effect index formula

2.2.2 不同消減措施下近根區土壤養分凈變值與棉花產量相關性

研究表明,土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的凈變值和棉花產量之間的擬合方程，通過多種方式擬合，得出速效養分凈變值和棉花產量之間呈一定程度的線性、指數和二項式相關關系，但相關性各有不同。0～20 cm土壤堿解氮凈變值和產量之間相關性不顯著但顯示出一定的正相關關系，20～40 cm土壤中堿解氮凈變值和產量之間相關性較好，呈顯著的正相關關系。其中線性關系和指數關系達到0.05顯著水平(擬合方程分別為y= 536.49x+ 7 262.3(R2= 0.865 1*)和y= 737 3e0.093 6x,(R2= 0.857 1*)，二次多項式則達到0.01顯著水平(y= 105.56x2+ 1 156.3x+ 7 839.7，R2= 0.914 7**)。0～20 cm土壤速效磷凈變值和棉花產量之間在線性、指數和二次多項式方面都達到極顯著的負相關關系，相關方程分別為y= 151.16x+ 7 023.6(R2= 0.903 6**)、y= 7 064.8e0.026 4x(R2= 0.909 7**)和y= 4.839 4x2+ 234.58x+ 7 170.4(R2= 0.916 8**)，而20～40 cm 土壤與產量則不具有顯著的相關關系。0～20 cm土壤中速效鉀的凈變值和棉花產量之間相關關系不顯著，而20～40 cm土壤中則只有二次多項式達到顯著相關(y= -12.273x2- 549x+ 3 067.9，R2= 0.793 9*)。可以用20～40 cm土層中的堿解氮、速效鉀的凈變值來預測和評價棉花產量，且二次多項式的準確性相對較高，也可用0～20 cm土層中速效磷的凈變值預測和評價棉花產量，二次多項式、直線式和指數式都具有較高的準確性。堿解氮的凈變值與棉花籽棉產量之間呈負相關關系，而速效磷和速效鉀的凈變值則與棉花籽棉產量呈負相關關系。圖1

圖1 不同深度土壤速效養分凈變值和棉花產量關系

Fig.1 The correlation between the readily available nutrients and cotton yield in different soil depth

2.3 不同消減措施下棉花種子萌發的化感作用

研究表明，1∶5濃度下,幾種消減措施在發芽勢和發芽率上并沒有表現出優勢，雖然產生顯著差異，但化感指數基本都為負值，顯示了顯著的抑制作用，而間作+微生物菌肥處理(RIM)在幼苗長上則表現出了促進作用(RIl=0.11)，比對照(CC)增加了11.8%，微生物肥料可以抵消或減弱高濃度物質對種子發芽的化感抑制作用。在1∶10浸提濃度下的化感促進作用非常顯著，四個消減措施都能顯著促進棉花的發芽勢、發芽率、幼苗長，其中又以RIM處理效果最好，分別比對照高107.9%、74.4%、19.8%，化感效應指數分別達到0.52、0.43、0.17。1∶50浸提濃度下，除輪作處理(CRR)下發芽勢低于對照外，其它個處理的在發芽勢和發芽率上都表現出顯著的化感促進作用，最高的為連作+微生物肥料(CM)和RIM，發芽勢和發芽率比對照高35.5%、30.8%和40.9%、31.7%,在幼苗長上除間作處理(CRI)表現出抑制作用外，其它幾個處理與對照間差異不顯著。1∶100浸提濃度下，RIM在發芽勢和發芽率上顯示出比對照顯著的化感促進作用，而在幼苗長上與對照差異不顯著，其它幾個消減措施處理下在發芽勢、發芽率、幼苗長上則表現出與對照差異不顯著或一定的化感抑制作用。1∶200浸提濃度下，除RIM顯示抑制作用外，其它處理發芽勢與對照無顯著差異，CRI和CM在發芽率上顯示出促進作用而其它兩個處理顯示出抑制作用，除CM在幼苗長上顯示促進作用外，其它處理幼苗長與對照差異不顯著。在低濃度1∶500下，L3在發芽勢、發芽率和幼苗長均表現出顯著的化感促進作用，而從發芽率和幼苗長角度看，CM和RIM的化感促進作用則最為顯著，比對照高12.1%、9.6%和31.7%、24.6%，低濃度下也顯示出微生物肥料的良好效果。表4

表4 不同消減措施下棉花種子發芽的自毒作用

Table 4 Autotoxicity of cotton seed germination under alleviating measures

浸提土液比處理發芽勢(%)RIp發芽率(%)RIr幼苗長(cm)RIl1∶5CC50±5.8a55.6±5.1a14.4±1.4bcCM42.2±15.8b-0.1653.3±17.6a-0.0415±1.7b0.04CRR34.4±5.1c-0.3137.8±1.9b-0.3214.6±1.4bc0.01CRI36.7±3.3c-0.2738.9±5.1b-0.3013.9±1.1c-0.03RIM53.3±17.1a0.0653.3±37.1a-0.0416.1±2.1a0.111∶10CC27.8±15d34.4±16.8d12.6±2.8cCM42.2±16.8c0.3446.7±12c0.2616.1±1a0.22CRR48.9±13.5b0.4354.4±17.1b0.3713.7±2b0.08CRI50±12b0.4464.4±10.2a0.4713.8±2.1b0.09RIM57.8±35.6a0.5260±37.1a0.4315.1±1.8a0.171∶50CC46.7±12b48.9±10.2d14.6±1.6aCM63.3±12a0.368.9±20.4a0.2915.5±2.1a0.06CRR41.1±16.8c-0.153.3±8.8c0.0814.8±1.3a0.01CRI50±13.3b0.158.9±9.6b0.1713.3±1.5b-0.09RIM61.1±25.2a0.264.4±22.2a0.2414.7±4.2a0.011∶100CC50±28.9b0.0757.8±22.7b0.0816.1±2.2a0.11CM43.3±10c-0.0747.8±13.9c-0.1014.5±3.1ab0.01CRR52.2±31b0.1158.9±26.9b0.1013.5±2.6b-0.06CRI37.8±10.7d-0.1945.6±10.2c-0.1414.7±4.1ab0.03RIM63.3±12a0.2668.9±20.4a0.2915.5±2.1a0.061∶200CC46.7±3.3ab53.3±8.8b14.3±1.2bCM50±28.9a0.0757.8±22.7a0.0816.1±2.2a0.11CRR43.3±10b-0.0747.8±13.9c-0.1014.5±3.1b0.01CRI52.2±31a0.1158.9±26.9a0.1013.5±2.6b-0.06RIM37.8±10.7c-0.1945.6±10.2c-0.1414.7±4.1b0.031∶500CC46.7±29.6c45.6±22.2b12.6±1bCM28.9±9.6d-0.3851.1±24.6a0.1116.6±1.4a0.24CRR64.4±20.4a0.2751.1±10.7a0.1115.3±3.3a0.18CRI47.8±25.2c0.0252.2±24.6a0.1313.7±0.8b0.08RIM53.3±20.3b0.1250±14.5a0.0915.7±1.7a0.20

注：小寫字母不同表示差異達到0.05顯著水平，字母相同表示處理間差異不顯著。計算RI時以連作結果作為對照C，其它結果作為處理T,其中RIp為以發芽勢計算的化感效應指數，RIr為以發芽率計算的化感效應指數，RIl是以幼苗長計算的化感效應指數

Note: Lowercase letters indicate the significant differences at 5% level (LSD.P<0.05)of every index in the different treatments.RIp, RIr, RIl are allelopathy indexes of germination potential, germination rate and seedling length, respectively, calculated according to allelopathy effect index formula

2.4 不同消減措施對棉花化感自毒作用的影響評價

研究表明，除相對而言的高浸提濃度(1∶5)下的輪作(CRR)、浸提濃度為1∶100下的棉花-油菜間作(CRI)及浸提濃度為1∶200下的輪作(CRR)，其它各處理均表現出一定的化感促進作用,化感綜合指數RIs為正值。整體評價各濃度下的化感作用，浸提濃度為1∶10時的化感促進作用最強，整體評價各消減措施下的化感作用，棉花-油菜間作+微生物肥料處理(RIM)下的RIs最大，其中浸提濃度為1∶10時的RIs最大，達到0.25。表5

表5 不同消減措施下棉花化感作用的綜合效應

Table 5 The comprehensive effect of cotton allelopathic under different abatement measures

土液比 1∶5消減措施CMCRRCRIRIM化感綜合指數(RIs)0.04 -0.07 -0.10 0.11 1∶10CMCRRCRIRIM0.18 0.14 0.13 0.25 1∶50CMCRRCRIRIM0.15 0.01 0.01 0.16 土液比 1∶100處理CMCRRCRIRIM 1∶200CMCRRCRIRIM 1∶500CMCRRCRIRIM化感綜合指數(RIs)0.04 0.04 -0.05 0.18 0.10 -0.01 0.01 0.05 0.06 0.09 0.02 0.15

3 討 論

試驗發現，經過一個生長季后，0～20 cm土壤中速效氮、磷、鉀含量總體要比20～40 cm土壤中要高，其中速效鉀的差異最大。在同一土層中，除堿解氮在0～20 cm下差異不顯著，其它養分在不同處理下差異均顯著，這與作物在不同處理下對養分的消耗量有關。

RIM和CM對棉花株高、果枝臺數、籽棉產量都具有顯著的促進作用，RIM對棉花單鈴重具有顯著的促進作用，簡單輪作對果枝臺數增加具有良好的的促進作用。不論是連作+微生物肥料還是間作+微生物肥料，從結果可以發現，微生物肥料起到了重要的作用。總結發現，對棉花生長、產量形成和籽棉產量而言，處理RIM(間作+微生物肥料)是最佳的選擇，RI(果枝臺數)=0.161，RI(單鈴重)=0.154，籽棉產量可以達到6 774.2 kg/hm2。

研究中把成熟期土壤速效養分測定值和基肥施入后土壤速效養分測定值之差定義為速效養分的凈變值。連作棉花后土壤中堿解氮凈變值最大，說明養分消耗量最少，而此時的產量并不高，這也間接說明連作條件下養分利用效率差；間作后土壤中堿解氮凈變值最小，此時氮素養分吸收完全，產量也相對較高。磷素凈變值則與氮有不同，輪作處理后土壤速效磷減少量最大。而速效鉀則是RIM(棉花-油菜間作+微生物肥料處理)下減少量最大，不論是0～20 cm土層還是20～40 cm土層均是如此。對堿解氮凈變值來講，0～20 cm土層中,CRI處理的比連作對照低100%，RIM則比對照低14.6 %，20～40 cm土層中CC處理最小而CRI處理最大，CRI處理比連作對照低766.6 %。對速效磷凈變值來講，0～20 cm土層中CRI凈變化最大，相對對照凈減少量多9.3 %，CRR凈變化最小，相對對照凈減少了大44.07 %，對速效鉀來講，0～20 cm土層中凈變化最小的為間作+微生物肥料(RIM)，比對照處理小113.2 %，而20～40 土層中L2的減少量比對照少68.75 %。堿解氮的凈變值與棉花籽棉產量之間呈負相關關系，而速效磷和速效鉀的凈變值則與棉花籽棉產量呈負相關關系，其中二次多項式達到顯著或極顯著水平，相關方程分別為y= 4.839 4x2+ 234.58x+ 7 170.4(R2= 0.916 8**)和y= -12.273x2- 549x+ 3 067.9(R2= 0.793 9*)。浸提濃度較高(1∶5)時，RIM處理發芽勢、發芽率與對照處理間差異不顯著，但幼苗長則差異顯著。在濃度為1∶10時，所有消減措施處理下的發芽勢、發芽率、幼苗長則均顯著高于對照，1∶50、1:200時則表現出CM與其它處理差異顯著，浸提濃度較低(1∶500)時，幾個消減措施處理下的發芽率、幼苗長基本都顯著高于對照，但除了CRI(間作)下的幼苗長外均無顯著差異。其中CM和RIM的化感促進作用最為顯著，比對照高12.1 %、9.6 %和31.7 %、24.6 %。通過將選擇的各指標按公式進行RIs計算和比較，不論是哪種浸提濃度，各處理措施都能表現出一定的化感促進作用，其中以RIM處理(棉花-油菜間作+微生物肥料)下的RIs最大，化感促進作用最強，而不同浸提濃度下則以1∶10表現的最佳，RIs均為正值且化感綜合指數最大，達到0.25。

單一作物長期連作,由于作物專性吸收而引起土壤某些養分虧缺或比例失衡是連作的主要障礙因子之一[25,26],會引起土壤理化性質變化[27,28]并降低作物產量[28]。目前的研究已經證明了添加生物炭、施用有機肥和輪作可通過影響根系形態或生理特征來提高根系功能的發揮，有利于養分的高效利用[29],當然，間作也是減少棉花連作障礙的良好方法，如間作洋蔥、間作孜然和輪作小麥處理能增加棉花根際土壤的細菌群落的物種豐富度，改善棉花根際土壤微生物群落結構組成[30]。因此，采用適當的輪作、間作作物和種植方式，利用微生物肥料來直接改變棉花根區土壤微生物群落結構，是完全可以減少連作過程中的自毒作用的，不但可以改變土壤微生物區系狀況，還可以調控棉花抗黃萎病的效應[31]。當然，在各種措施下連作障礙消減的效果可以用化感作用來評價，有研究者用小麥、苜蓿秸稈浸提液對棉花種子進行化感測試[19,20]，也有研究者用棉花植株浸提液對受體植物種子進行化感測試[14], 由于棉花的根系分泌物釋放到根際土中的濃度較低[32]，測試結果可能會顯示出較小的差異。

4 結 論

選用合適的指標計算化感效應指數，總結出一個包括種子發芽狀況、植株生長狀況和產量的化感綜合指數來評價棉花化感自毒作用或連作障礙消減措施效果，顯得更為客觀和全面。