有機肥替代化肥對棉花生長發育和產量的影響

孫桂蘭，馮克云，趙欣欣，王占彪，李亞兵

(1. 中國農業科學院棉花研究所，河南安陽 455000；2. 甘肅省農業科學院作物研究所，蘭州 730070)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國的主要經濟作物、纖維作物和油料作物之一[1]，施肥是棉花增產的重要途徑，施用化肥可增加棉花單株鈴數，降低蕾鈴脫落率，提高棉花產量[2-3]。棉花種植中需使用大量化肥，然而，化肥的大量施用會造成諸多環境問題[4-9]。長期施用化肥可能造成土壤養分流失、土壤氨揮發和溫室氣體排放量增加。研究棉田合理的施肥措施對減少化肥用量，提升棉田土壤質量，促進農業可持續發展具有重要意義。【前人研究進展】有機肥中含有大量的氨基酸和有機質，以及氮、磷、鉀等植物生長所需的養分，可以優化根際細菌，改善土壤的物理和化學性質，提高土壤的連續生產能力等，對環境的負面影響較小[10-11]。目前，有機肥主要分為糞尿肥、堆漚肥、雜肥以及野生綠肥和栽培綠肥4大類。我國農作物種植面積廣闊，產生的作物秸稈、栽培綠肥數量龐大。但是，我國秸稈、綠肥、商業有機肥等有機肥利用率較低[12]。有機肥替代化肥，能夠合理利用有機肥資源，是實現中國化肥零增長目標的重要途徑[13]。而生物有機肥是在普通有機肥的基礎上加入了菌群，除具有有機肥可對土壤增肥的效果外，還具有增菌的作用[14-15]。近年來，國內外關于有機肥對番茄、辣椒、馬鈴薯、小麥、水稻、豇豆等作物生長發育和產量的影響有諸多報道[14, 16-20]。【本研究切入點】關于有機肥對棉花生長發育和產量的影響鮮有報道。研究有機肥替代化肥對棉花生長發育和產量的影響?！緮M解決的關鍵問題】研究有機肥替代化肥對棉花生育期、各生育時期營養器官和生殖器官干重、葉面積指數、花鈴期光合速率、產量及其構成的影響，通過施用有機肥來替代化肥，實現化肥減量，為我國棉花生產的化肥減施與可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017年在甘肅省敦煌市肅州廟村(E 94.64°，N 40.18°)進行。試驗地屬甘肅河西走廊內陸棉區，該區地處黑河、疏勒河、石羊河流域，海拔低于1 300 m的內陸河灌區，屬于西北內陸特早熟棉區，該地區海拔1 138 m，年平均氣溫10.5℃，年平均降雨量39 mm，蒸發量2 486 mm，無霜期145 d，是典型的大陸干旱性氣候。試驗地土壤為灌淤土，各處肥力均勻。耕層土壤基礎理化性狀：有機質含量13.4 g/kg、全氮0.62 g/kg、堿解氮48 mg/kg、有效磷27.89 mg/kg、速效鉀191 mg/kg。供試作物棉花，品種為隴棉3號。列出供試肥料的種類。表1

表1 試驗所用肥料Table 1 Fertilizer used in the test

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗設置6個處理(T2處理的施肥用量為當地農戶施肥用量)，每個處理重復4次，共計24個小區，隨機區組分布排列。小區長8 m，寬4.8 m，小區面積38.4 m2。每小區種12行棉花，地膜覆蓋栽培，株距15 cm，行距40 cm，播種密度為16.7×104株/hm2。灌水及其它田間管理同當地大田。表2

表2 各處理中施肥種類及用量Table 2 Types and dosages of fertilizer applied in each treatment

1.2.2 測定指標

調查記載各處理生育期、葉面積等生育動態；調查各處理的產量及產量構成因子。

測量葉長和葉寬，按葉面積=葉長×葉寬× 0.75計算葉面積指數。

干物質重量將棉株分成營養器官和生殖器官兩部分，采用烘干法測定。

棉花產量測定：每小區選定中間2行，調查成鈴數。收獲10株絮鈴，測定鈴重和衣分，計算產量。

在花鈴期(7月10日)上午10:00利用開放式氣體交換LI-6400光合儀測定各處理主莖功能葉(倒3葉)的光合速率，每個小區連續測定5株，結果取平均值。

1.3 數據處理

數據處理和作圖均采用Excel 2013完成，用SPSS 19.0進行統計檢驗分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代化肥對棉花生育期的影響

研究表明，在化肥減施條件下，配施普通有機肥和生物有機肥均能夠延長棉花全生育期，且生物有機肥用量越大，生育期越長。處理T6較不施肥T1和當地普通施肥T2，其全生育期延長6 d，較配施普通有機肥延長4 d。棉花生長前期，從播種期至現蕾期，除T5處理外，其他各處理所需天數一樣；棉花生長后期，現蕾期至吐絮期，處理T3、T4、T5和T6較不施肥處理T1和常規施肥處理T2分別延長了3、2、1和4 d。有機肥替代化肥對棉花生長前期的影響不大，但有利于棉花后期生長，同時使棉花全生育期延長。表3

2.2 有機肥替代化肥對棉花營養器官和生殖器官干重的影響

研究表明，不同處理對營養器官及生殖器官干重影響顯示，T6處理各生育時期的營養器官干重均顯著大于其他處理，盛花期和盛鈴期的生殖器官干重也均顯著大于其他處理。T6處理與T2處理(當地普通施肥)相比，棉花營養器官在盛花期、盛鈴期及吐絮期干重分別增加了693.0、346.5和1 526.2 kg/hm2，增幅分別為18.1%、8.0%和28.5%；生殖器官在盛花期和盛鈴期干重分別增加了32.9和363.0 kg/hm2，增幅為17.6%和28.7%。T6處理與T1處理(不施肥)相比，營養器官干重在各生育時期分別增加了688.5、276.3和3 531.0 kg/hm2，增幅分別為18.0%、6.3%和105.4%；生殖器官在盛花期和盛鈴期干重分別增加了76.7和684.8 kg/hm2，增幅為53.4%和72.5%。生物有機肥替代40%化肥對植物營養器官干物質的積累有促進作用，同樣對生殖器官干物質形成也具有促進作用。表4

表3 棉花生育期(月/日)Table 3 Cotton growth period statistics(M/D)

表4 不同肥料處理下不同生育時期棉花營養器官和生殖器官干重變化Table 4 Effects of different fertilizer treatments on dry weight of vegetative organs and reproductive organs in cotton at different growth stages

注：同列數據后標記不同小寫字母表示差異顯著(P< 0.05)
Note: Different lowercase letters behind data in the same column indicate significant difference (P< 0.05)

2.3 有機肥替代化肥對棉花葉面積指數的影響

研究表明，棉花的葉面積指數從苗期到花鈴期上升，花鈴期有最大值，隨后在吐絮期下降。在苗期與蕾期，T2處理的葉面積指數較其它處理葉面積指數高；在花鈴期，處理T3、T4、T5、T6的葉面積指數之間差異不顯著，處理T5與T1和T2之間差異顯著；在吐絮期，各處理葉面積指數差異不顯著。不施肥處理T1在各生育時期葉面積指數均較其他處理最低，施肥可以增加棉花葉面積指數。表5

2.4 有機肥替代化肥對棉花花鈴期光合速率的影響

研究表明，T1、T4光合速率最小，分別為27.2、27.5 μmol/(m2· s)，與其它處理差異達到顯著水平。配施生物有機肥條件下(T5和T6)，植株光合速率略高于當地普通施肥方式(T2)，但差異不顯著。圖1

圖1 不同肥料處理的棉花主莖功能葉光合速率
Fig.1 Leaf photosynthetic rate of main stems of different fertilizer treatments

表5 不同肥料處理下不同生育時期棉花葉面積指數變化Table 5 Effects of different fertilizer treatments on leaf area index of cotton in different growth stages

注：同列數據后標記不同小寫字母表示差異顯著(P< 0.05)
Note: Different lowercase letters behind data in the same column indicate significant difference (P< 0.05)

2.5 有機肥替代化肥對棉花產量及其構成影響

研究表明，對棉花產量構成調查顯示，當地常規施肥處理T2下單株鈴數最大，為10.7鈴/株；其次為配施生物有機肥處理T6，為10.3鈴/株，與其它處理T3、T4、T5差異達到顯著水平；不同施肥處理對單鈴重影響不大；T6處理下絨長最長，為29.6 mm，其次為T5和常規施肥T2；常規施肥處理T2條件下衣分最高，為40.2%。

T2、T3、T4、T5籽棉產量差異不顯著，普通有機肥和生物有機肥替代復合肥和尿素，能夠獲得與常規施肥T2相應的產量。T6處理下籽棉產量和皮棉產量均最高，與其它處理差異達到顯著水平。其中，與當地常規施肥T2處理相比，籽棉產量和皮棉產量分別增加了33.0和8.2 kg/667 m2，增幅為10.3%和6.4%；與不施肥T1處理相比，籽棉產量和皮棉產量分別增加了92.9和37.7 kg/667 m2，增幅為35.8%和38.1%，用生物有機肥替代40%的化肥，能夠顯著提高棉花產量。表6

表6 棉花產量及其構成Table 6 Cotton yield and its composition

注：同列數據后標記不同小寫字母表示差異顯著(P< 0.05)
Note: Different lowercase letters behind data in the same column indicate significant difference (P< 0.05)

3 討 論

研究中，棉花生長前期，從播種期至現蕾期，除T5處理外，其他各處理所需天數一樣；棉花生長后期，現蕾期至吐絮期，普通有機肥和生物有機肥替代化肥的處理均較不施肥處理T1和常規施肥處理T2延長了。另外，從棉花盛花期、盛鈴期和吐絮期來看，化肥減施而增加生物有機肥用量的情況下，棉花3個生育時期的營養器官和生殖器官的干重均較其它處理大，達到顯著水平。這表明，化肥減量條件下配施有機肥可以增加肥效時間，有利于棉花后期的生長，可促進棉花生長后期的干物質積累，同時使棉花全生育期延長。與柏瓊芝等[17]的研究結果相似。段慶博[21]研究發現37.5%有機肥替代化肥處理的棉花在盛花期、盛玲期和吐絮期與常規施肥相比，均有較大的葉面積指數。研究中，40%普通有機肥和生物有機肥替代化肥的處理在棉花的花鈴期和吐絮期的葉面積指數均比常規施肥大。這表明，施用有機肥可促進棉花生育后期的生長。

張睿等[22]研究表明，氮磷肥與有機肥配合施用, 對提高不同莖蘗功能葉光合速率效應比單獨施用化肥或有機肥效果更好。研究發現，施肥增加了花鈴期棉花主莖功能葉光合速率，但不同有機肥替代化肥處理的棉花主莖功能葉光合速率差異不顯著，這可能是因為研究年限較短，沒有表現出所致。

研究結果表明，利用生物有機肥替代化肥提高了單鈴重和絨長，顯著提高了籽棉產量和皮棉產量，且生物有機肥用量越大，增產效果越明顯，這與張燕等[23]的研究結果一致。可能是因為生物有機肥是一種將生物肥、有機肥和化學肥料結合起來的肥料,這種肥料具有生物肥的長效性, 微量元素的增效性和化學肥料的速效性[24]，使用過程中可以發揮3種肥料的整體優勢。施用生物有機肥后，不僅可以改善土壤結構和質量，提高土壤肥力，而且可以為作物的生長提供氮、磷、鉀等多種養分，提高作物的產量和養分吸收[25-26]。這可能是生物有機肥替代部分化肥使作物產量增加的重要原因之一。

研究對有機肥與化肥不同配施比例對棉花生育期、營養器官和生殖器官干重、葉面積指數、花鈴期光合速率、產量及其構成的影響進行了探究。但未探究參試肥料中含有的枯草芽孢桿菌等微生物對棉田的作用機制，還需考慮微生物對棉田棉花根部的影響，來進一步探究有機肥對棉花增產的機制。

4 結 論

普通有機肥和生物有機肥替代化肥延長了棉花生育期，且生物有機肥量越多，生育期越長；部分有機肥替代，能夠有效增加棉花群體營養器官和生殖器官干物質積累，其中T6處理，即生物有機肥替代40%的化肥，效果最明顯；與單施化肥相比，普通有機肥和生物有機肥替代，均能增加或不減少籽棉產量，其中生物有機肥替代40%化肥條件下，棉花籽棉產量增加10.3%，皮棉產量增加6.4%，能較容易實現化肥零增長的目標。