深松對覆膜滴灌棉田根腐病害發生及根區環境的影響

徐高羽，雷 斌，崔建平，李 進，王家勇，雷 蕾，爾 晨，張昊，湯秋香 ，林 濤,4

(1.新疆農業大學農學院/棉花教育部工程研究中心, 烏魯木齊 830052; 2.新疆農業科學院核技術生物技術研究所, 烏魯木齊 830091;3.新疆農業科學院經濟作物研究所, 烏魯木齊 830091;4.農業部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】長期連作等不合理栽培措施，會使棉田根腐病害逐年積累，已成為新疆植棉區限制棉花產量的主要因素之一[1]。研究表明，深松能打破堅硬的犁底層，實現土壤的耕作層與心土層之間水分的溝通和調解, 同時降低深層土壤容重, 改善土壤結構，增加土壤養分[2]。深松能有效地調節耕作層與心土層之間水、肥、氣、熱梯度的連通性[3]，改善土壤的通透性。有效降低土壤有害菌群的數量，棉花根腐病是棉田中存在的重要土傳病害。長期連作增加耕層病原微生物是根腐類病害加重的主要原因，深松耕能改善耕層結構，促進根系下扎，從而顯著降低土傳類病害的發生。針對棉花根腐病，研究深松對棉花根腐病的防治效果，對于提高棉花抗病性和提高產量有重要意義。【前人研究進展】誘發根腐病害的原因有很多。前人提出了許多防治措施，按照防治時期，可以分為播前處理和生長期處理，按照防治措施可以分為物理防治和化學防治。如：選取抗病良種，種子包衣，并播前曬種提高種子活力[4]。在發病初期噴施或者灌根化學殺菌劑[5](如：3%甲霜·惡霉靈、0.5%嘧菌酯·惡霉靈)可以控制根腐病的發病程度。在種植方式上通過輪作倒茬[6]、適期播種[6]、苗后中耕松土[7]等均可減輕田間病菌積累。深松是北方干旱、半干旱地區常用的耕作方式，具有打破犁底層改良耕層結構[3]、改善土壤理化性質、顯著降低土層容重，增加土壤通透性[8]、改善土壤微環境，提高土壤蓄水保墑能力，增加作物水分利用效率，提高土壤蓄滲與防蝕抗旱[9]可為地下根系生長發育營造良好的營養和水分條件，從而促進作物生長和提高產量的顯著優勢[6]。【本研究切入點】目前，通過化學藥劑處理防治棉花根腐病的研究報道較多，但有關深松措施對棉花根腐病害的防病機理研究鮮有報道。研究深松對覆膜滴灌棉田根腐病害發生及根區環境的影響。【擬解決的關鍵問題】設置3個深松梯度，研究不同深松深度對發病指數、產量、土壤含水量、棉花根系形態、根系活力等影響，分析覆膜滴灌棉田根腐病害發生特征與根區環境演變的關系，為防治棉花根腐病害提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年4～10月在新疆阿瓦提縣農科院試驗站(N 40°06', E 80°44', 海拔1 025 m)根腐病混生病田進行。該區年均降水量46.4 mm，年日照時數2 679 h，≥10℃年積溫為3 987.7℃，無霜期為211 d，屬于典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，試驗區土壤質地為沙質壤土，有機質含量8.3 g/kg，全氮0.5 g/kg，速效氮58.4 mg/kg，速效磷35.4 mg/kg，速效鉀130.7 mg/kg。

2018年棉花生育期劃分為苗期(4月23日～5月25日)，蕾期(5月26日～6月22日)，花鈴期(6月23日～8月17日)，吐絮期(8月18日～9月25日)。棉花于4月23日進入苗期(4月23日～5月5日)。參照當地傳統經驗，生育期灌溉11次，6月下旬開始，8月下旬結束，灌溉定額350 mm左右，灌溉間隔6～7 d，灌水定額21～41.5 mm。

在試驗棉田整個棉花生育期內，最高空氣溫度36.1℃，平均日溫20.6℃，平均溫度最高出現在7月底8月初。月平均降水24.7 mm，月平均灌溉量66.9 mm。圖1。

注：Ta為氣溫，ave、max、min為平均、最大、最小

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組試驗設計。利用4齒鴨掌式深松犁，松耕30、40、50 cm(S30，S40，S50)以傳統翻耕20 cm為對照(CK)。在深松大區處理基礎上，劃定小區，每個小區3膜12行，小區寬6.9 m，長6.5 m，面積44.85 m2，重復4次。其他管理同大田。供試陸地棉品種為新陸中54號(新疆農業科學院經濟作物研究所提供)。采用2.05 m地膜覆蓋，“1膜2管6行”種植模式，滴灌帶間距76 cm，滴頭間距25 cm，滴頭流量2.1 L/h。株行配置[(10+66+10+66+10)+66]cm×11 cm，6 月中旬開始灌溉，8 月中旬結束灌溉，每 7 d 滴灌1次，灌溉定額均為 4 650 m3/hm2，灌水定額為灌溉定額的1/10。采用“1水1肥”的灌溉施肥方式進行追肥，追施尿素 600 kg/hm2，其他管理同大田。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 根腐病調查

5月10日三葉期開始調查，每小區對角線 5 點取樣，每點挖取 10 株，共50株，記錄總株數及各級病株數，每隔10 d調查1次，到9月10日病情穩定后結束調查，計算發病率和病情指數[10]如下。

(1)生長期調查分級標準

0級：外表無癥狀；

1級：病葉占總葉片數25%以下；

2級：病葉占總葉片數25%～50%；

3級：病葉占總葉片數50%～75%，少部蕾鈴脫落；

4級：病葉占總葉片數75%以上，大部分蕾鈴脫落。

(2)剖稈檢查分級標準

0級：維管束無變色；

1級：維管束變色面積占橫截面25%以下；

2級：維管束變色面積占橫截面25%～50%；

3級：維管束變色面積占橫截面50%～75%；

4級：維管束變色面積占橫截面75%以上。

1.2.2.2 產量

吐絮期各小區按 1%667 m2測定棉鈴數及株數，選取每小區長勢均勻且連續的棉株處選取150個棉鈴對其稱重，計算單鈴重，風干后軋花，用電子天平測定皮棉重，計算衣分率，折算產量。

1.2.2.3 土壤含水量

采用SMART土壤刨面水分探測儀對深松處理后土壤體積含水量的動態變化進行定位監測，在0～60 cm范圍，每10 cm土壤剖面水分的生長季動態變化數據。

1.2.2.4 土壤容重

采用環刀法測定土壤容重[11]

1.2.2.5 根系形態

采用根系雙向切片法獲取不同耕作處理收獲期0～60 cm垂直剖面的根系樣本，結合WINRHIZO Version Reg.2007 d(Regent Instrument Inc.CAN)根系分析系統獲取根系長度、面積、體積、直徑等重要形態參數[12]。

1.2.2.6 根系活力

采用TTC法測定根系活力[13]。

1.3 數據處理

采用DPS Version 7.05(Data Processing System Software, Inc.CHN)軟件進行統計與分析，采用最小顯著性差異LSD法進行顯著性測驗。采用Sigmaplot Version 12.5(Systat Software, Inc.USA)軟件對分析數據進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 深松對病情指數和產量的影響

研究表明，根腐病在6月上旬達到第一個發病高峰23.2%～34.6%，在8月中旬達到第二個發病高峰38.9%～47.8%。平均氣溫達到15℃開始發病，20～23℃發病速度最快，當氣溫>28℃時發病開始減輕。此外重茬次數越多，土壤中積累的菌量愈大，發病愈重，連作1～2年平均發病率是12.5%，連作3～4年平均發病率為24.7%，5～6年為39.7%[14]，重茬連作給土傳病造成了適宜的生長繁殖條件。深松能夠明顯降低病原菌，與S30、S50相比，S40處理對根腐病具有明顯的抑制作用。第一發病高峰未出現，發病過程緩慢，第二發病高峰病情指數較低，峰值出現時間較晚。

在5月10日至9月10日的13次調查期間，S40處理對應的棉花根腐病病情指數分別為6.0%、9.0%、12.8%、20.4%、23.2%、24.0%、28.0%、34.0%、37.0%、33%、38.9%、32.3%和29.8%。比CK處理降低了0.7%、3.8%、6.5%、15.6%、6.8%、5.0%、11.0%、7.0%、3.3%、12.0%、8.1%、16.7%和20.2%，深松耕對棉花根腐病的發生量具有較明顯的抑制作用。圖1

圖2. 深松處理下棉田根腐病發病指數變化

深松處理能夠改善單鈴重、單株結鈴數，提高棉花產量。隨著深松深度的增加，單株結鈴數遞增，尤其S40較S30遞增明顯并有顯著差異。皮棉產量隨著深松深度的增加而增加。深松40 cm時產量最高，皮棉產量分別較CK、S30、S50增加了22.2%、15.7%、2.5%，S40與CK和S30皮棉產量差異顯著。深松處理S40單株結鈴數和單鈴重最高且與CK處理和S30處理均差異顯著。表1

表1 深松深度下棉花產量及構成因素變化

2.2 深松對土壤含水量的影響

研究表明，深松可顯著改善土壤水分狀況，不同覆蓋量對土壤水分的影響效果不同。

棉花生長初期，不同土層內各處理土壤水分變化規律不同，在0～30 cm土層內，以S40處理土壤含水率最高，CK處理土壤含水率最低，各土層間越往下土壤含水量增加。30 cm土層以下，CK處理土壤含水量明顯增大，其他處理土壤水分含量波動較大。進入花鈴期，0～60 cm土層，各處理間土壤水分含量變化差異更明顯，且不同處理變化規律與蕾期一致，30 cm土層以上，處理間土壤含水量呈S40>S50>S30>CK的變化趨勢。30～60 cm土層CK處理較其他處理含水量增加明顯。到吐絮期，各處理表層土壤含水量顯著降低，隨土層深度增加，土壤含水量逐漸增大，且仍以S40處理土壤含水量最大。在0～30 cm土層，各生育時期S40處理土壤含水量顯著高于其他處理，CK處理最低，在30～60 cm土層，CK處理土壤含水量明顯增大，深松處理有利于蓄水保墑，可提高深層土壤的水分利用率，以S40處理保水性能最好。圖3

圖3 不同深松深度下土壤含水率的變化

2.3 深松深度對土壤容重的影響

研究表明，不同深松深度對各生育時期棉田土壤容重的影響規律，蕾期0～60 cm土層深度內，各處理土壤容重呈先增大后減小的變化趨勢，不深松處理(CK)土壤容重均明顯高于其他深松處理，0～30 cm土層深度內，不同處理間土壤容重變化表現為S40

圖4 不同深松深度下土壤容重的變化

2.4 深松對棉花根系形態和根系活力的影響

研究表明，棉花主要根系形態指標隨松耕深度的增加而趨向合理。隨著深松深度增加，棉花根系長度、根系表面積和根系體積也隨之增加，深松深度越深各根系形態指標增加幅度越明顯。其中，S40處理與CK處理相比，S40處理能顯著增加根系長度31.1%，增加根系表面積28.5%，增加根系體積32.9%；與CK處理相比，S50處理能顯著增加根系長度34.6%，增加根系表面積44.8%，增加根體積40.6%。表2

表2 深松下根系形態變化(0～60 cm土壤刨面)

研究表明，蕾期沒有深松的CK處理在0～60 cm土層內，根系活力均小于其他處理。其中0～20 cm內S40處理的根系活力顯著高于其他處理，呈現S40>S50>S30>CK的規律；20～40 cm土層中呈現S40>S30>S50>CK的規律；40～60 cm土層呈現S50>S40>S30>CK的規律，由于深松打破了犁底層，有助于根系生長，從而提高根系活力，因此，該土層深松50 cm的處理根系活力最強。花鈴期根系活力較蕾期整體有所降低，但沒有深松的CK處理的根系活力仍然低于其他處理，整體也表現為S40處理根系活力最高。吐絮期0～60 cm土層各處理的根系活力均隨著土層的增加而增加，0～60 cm土層中，沒有深松的CK處理根系活力仍然低于其他處理，但S30、S40和S503個處理的根系活力在此時差別不大。圖5

圖5 不同深松深度下根系活力的變化

2.5 土壤含水率、土壤容重和根系活力與病情指數的回歸分析

研究表明，土壤容重在蕾期和吐絮期在0.01水平顯著，在花鈴期0.05水平顯著；根系活力在蕾期0.05水平顯著，土壤含水率在3個時期均不顯著。土壤容重對3個主要生育時期棉花病情指數影響都較大，3個時期的土壤含水率和根系活力線性回歸系數都較小，和根腐病病情指數不具有一次曲線關系。在二項曲線回歸分析(一元非線型回歸模型)結果中，土壤容重大和根系活力與3個生育時期的病情指數擬合度相對較高，土壤含水率對花鈴期病情指數無顯著影響。表3

表3 土壤含水率、土壤容重和根系活力與病情指數的回歸分析

3 討 論

根腐病的發生與土壤的土層結構、容重、水分等狀況具有顯著的相關性。研究中深松能降低土壤容重，增加透水通氣性能，促進根系生長從而降低棉花根腐病病情指數。

從整個生育期各處理土壤含水率變化情況來看，在0～30 cm土層內，CK處理土壤含水率都較低。30 cm土層以下，CK處理土壤含水量明顯增大，其他處理土壤水分含量波動較大。這可能是由于深松打破土壤犁底層[15]，深層土壤水分向上移動造成，而不深松處理下層土壤水分不能向上移動，故含水量增加。S40處理，土壤擴庫增容效果明顯，儲水能力較強，水分含量變化趨勢較為平緩，深層水消耗比例小。在生長中后期，植株不容易受干旱和高溫的脅迫，一定程度上降低了病原菌的種群密度。在土壤含水率和病情指數回歸分析中，其花鈴期和吐絮期二項曲線回歸系數均達到了極顯著水平(P<0.01)，二者擬合度較高，變化趨勢相近，即在蕾期和吐絮期中土壤含水率對病情指數影響較大。土壤含水率相對應的深松處理S40能有效降低根腐病病情指數。

從整個生育期各處理土壤容重變化情況來看，0～60 cm土層內，均以不深松處理土壤容重最大，且30 cm以上土層則以S40處理土壤容重最小。深松改變了土壤結構，易創造深厚疏松的耕層土壤環境[16]，隨深松深度增加，土壤容重逐漸減小，并以S40處理效果最好。在土壤容重對棉花根腐病病情指數進行回歸分析，其線性回歸系數和二項曲線回歸系數均達到了顯著水平(P<0.05)，土壤容重在蕾期、吐絮期對棉花根腐病發病情況影響較大，深松處理S40降低病情指數效果最好。

從整個生育時期棉株根系活力和根系結構變化來看。深松可以促進作物根系的延伸, 增加作物的根長、根系體積、根系表面積和根系干重密度, 進而實現作物增產, 與前人研究結果一致。土壤的物理性狀對作物的根系生長發育有較大影響[17], 而深松可以改善土壤孔隙狀況, 增加土壤通透性, 有利于根系下扎, 促進根系生長[18]。作物的根系干重密度、根系體積隨土層深度加深呈遞減的趨勢[19], 深松可以促進作物根系特別是下層根系干物質密度的增加, 增加根系縱深分布[17], 并提高作物的根系活性。綜合分析表明，在不同的深松深度中, 深松 40 cm 處理的棉花根長、根系體積和根系表面積值增長幅度最大。各個生育時期0～60 cm土層沒有深松的處理根系活力均低于深松處理，深松的3個處理根系活力基本表現為S40>S50>S30的規律。在根系活力與病情指數的回歸分析中，在蕾期和花鈴期其二項曲線回歸系數都較大且達到極顯著水平(P<0.01)，在吐絮期達到顯著水平(P<0.05)，根系活力也對病情指數有極顯著的影響，在根系活力對病情指數的影響中，根系活力相對應的深松處理 S40能有效降低根腐病病情指數。

4 結 論

深松對棉花根腐病的發生量具有較明顯的抑制作用。與S30、S50相比，S40處理對根腐病具有明顯的抑制作用。深松處理能夠改善單鈴重、單株結鈴數，提高棉花產量。深松 40 cm時產量最高。深松處理有利于蓄水保墑，可提高深層土壤的水分利用率，能有效降低土壤容重，以S40處理保水性能最好。深松能使棉花根系長度、根系表面積和根系體積增加，使根系形態指標趨于合理，且各生育時期0～60 cm土層沒有深松的處理根系活力均低于深松處理。深松能降低棉花根腐病病情指數，且深松S40處理效果最好。