復(fù)合微生物肥對(duì)棉花生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響

呂 博，孟慶忠，張 成，曹 陽(yáng)，韓光明，張勝昔，房 健，易先達(dá)

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師農(nóng)科所，新疆雙河 833400；3.新疆雙河水控農(nóng)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，新疆雙河 833400)

0 引 言

【研究意義】棉花在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位[1]。新疆已成為我國(guó)最大的棉花基地和優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地[2]。2019年全國(guó)棉花種植面積333.92×104hm2(5 008.8×104畝)，棉花總產(chǎn)量588.9×104t，其中新疆地區(qū)棉花種植面積為54.05×104hm2(3 810.7×104畝)，棉花產(chǎn)量為500.2×104t，占全國(guó)棉花總產(chǎn)量的84.9%[3]。新疆棉區(qū)多數(shù)地區(qū)采用連作栽培模式進(jìn)行集約化大面積種植，常年大量施用化肥且地膜污染嚴(yán)重，導(dǎo)致棉田土壤耕性和肥料利用率下降，嚴(yán)重影響棉花產(chǎn)量，不利于棉花產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展[4-5]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】施用復(fù)合微生物肥能夠改善土壤理化性質(zhì)，平衡土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤養(yǎng)分從無(wú)效態(tài)向有效態(tài)轉(zhuǎn)化和釋放的效率，提升作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用，改善作物生長(zhǎng)勢(shì)，并在一定程度上提高作物的產(chǎn)量[6-7]。邵玉林等[8]通過(guò)微生物肥料多點(diǎn)對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)微生物肥料可使棉花結(jié)鈴數(shù)增多，單鈴重增加8.3%～12.7%，產(chǎn)量增長(zhǎng)幅度8.2%～25.5%。陸巖等[9]研究了2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合微生物菌肥對(duì)棉花生物學(xué)性狀和產(chǎn)量的影響，證實(shí)微生物肥能夠提高棉花結(jié)鈴率，增加干物質(zhì)積累，提高棉花的產(chǎn)量7.2%～7.7%。【本研究切入點(diǎn)】新疆棉區(qū)由于連作和施用化肥較多，導(dǎo)致棉田土壤耕性和肥料利用率下降，影響棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。在施肥效果的評(píng)價(jià)過(guò)程中，僅僅通過(guò)單一生長(zhǎng)指標(biāo)或產(chǎn)量指標(biāo)無(wú)法綜合確定最佳施肥量。研究復(fù)合微生物肥對(duì)棉花生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用主成分分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)降維和綜合分析。研究施用不同濃度復(fù)合微生物肥后對(duì)棉花株高、根長(zhǎng)、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，并利用棉花生長(zhǎng)與產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性和主成分分析，分析復(fù)合微生物肥對(duì)棉花生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響，為棉田復(fù)合微生物肥的精準(zhǔn)施用提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2019年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師金博種業(yè)中心試驗(yàn)基地內(nèi)進(jìn)行(E 82°34′94″，N 44°86′2″)，屬溫帶干旱荒漠氣候，干旱少雨，年均降水量90 mm，年蒸發(fā)量1 558 mm，年均氣溫10.8℃，年日照時(shí)數(shù)2 924 h以上，無(wú)霜期160 d。土壤類型以灰漠土為主，有部分粘土和砂土[12]。土壤有機(jī)質(zhì)為7.87 g/kg、堿解氮54.7 mg / kg、速效磷7.24 mg/kg，速效鉀304.91 mg/kg、pH為7.79。供試棉花H208-44，供試復(fù)合微生物肥為白龍珠(山西凱盛肥業(yè)有限公司生產(chǎn)，解淀粉芽孢桿菌有效活菌數(shù)≥2×108/g，N+P2O5+K2O=8.0%，有機(jī)質(zhì)≥40%)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：不施用復(fù)合微生物肥(T0)、施用復(fù)合微生物肥150 kg/hm2(T1)、300 kg/hm2(T2)、450 kg/hm2(T3)、600 kg/hm2(T4)。每小區(qū)2膜，小區(qū)長(zhǎng)10 m，寬4.5 m，每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組排列。在棉花播種前，將不同處理的復(fù)合微生物肥料作為底肥一次性施入。試驗(yàn)期間采用滴灌方式進(jìn)行適時(shí)適量灌水，且每個(gè)小區(qū)均采用相同的管理方式。5月25日至8月25日，共滴灌10次，隨滴灌追施尿素40 kg/667m2、大量元素水溶肥(N∶P2O5∶K2O=6∶30∶30)28 kg/667 m2。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

棉花吐絮期在各個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)(長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的地段)定點(diǎn)選20株調(diào)查株高、根長(zhǎng)、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)，并測(cè)定棉花單鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用WPS Office Excel 2019軟件對(duì)各處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，利用SPSSv19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析、相關(guān)性分析和主成分分析[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用復(fù)合微生物肥對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響

研究表明，各處理株高表現(xiàn)為T2>T3>T1>T4>T0，不施用復(fù)合微生物肥的對(duì)照處理T0與T1、T2、T3、T4比較差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，其中T2和T3處理的株高顯著高于其它處理，分別達(dá)到77.89和76.65 cm，比對(duì)照分別提高9.17%和7.44%。各處理根長(zhǎng)表現(xiàn)為T2>T4>T0>T3>T1，T1～T4處理的根長(zhǎng)與對(duì)照處理T0無(wú)顯著差異。各處理果枝數(shù)表現(xiàn)為T2>T3>T4>T1>T0，其中T2和T3處理的果枝數(shù)顯著高于其它處理，分別為9.13和9.10，比對(duì)照分別增加9.60%和9.20%。各處理單株鈴數(shù)表現(xiàn)為T3>T4>T2>T1>T0，其中T2、T3和T4處理的單株鈴數(shù)顯著高于對(duì)照，分別為7.12、7.25和7.17，增長(zhǎng)幅度分別達(dá)到4.91%、6.88%和5.65%。表1

2.2 施用復(fù)合微生物肥對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

研究表明，T3>T2>T4>T0>T1，其中T3處理顯著高于其它處理，單鈴重為5.27 g，比對(duì)照處理增加4.98%。各處理籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)為T3>T2>T4>T1>T0，其中T2，T3和T4處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于對(duì)照，分別為6 293.75、6 475.75和6 136.05 kg/hm2，比對(duì)照處理分別增加11.06%、14.28%和8.28%。各處理皮棉產(chǎn)量表現(xiàn)為T3>T2>T4>T1>T0，其中T2和T3處理的皮棉產(chǎn)量顯著高于對(duì)照，分別為2 718.60和2 804.70 kg/hm2，比對(duì)照處理分別增加13.06%和16.64%。均值由高到低T3>T2>T4>T1>T0，而各處理間在P<0.05水平上沒(méi)有顯著差異。表2

2.3 棉花生長(zhǎng)與產(chǎn)量指標(biāo)的相關(guān)性和主成分

研究表明，株高與單鈴重和衣分均無(wú)顯著相關(guān)性，而與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；果枝數(shù)分別與單鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；單株鈴數(shù)與單鈴重和衣分均無(wú)顯著相關(guān)性，而與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；棉花根長(zhǎng)與單鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量均無(wú)顯著相關(guān)性。表3

表3 棉花生長(zhǎng)與產(chǎn)量指標(biāo)的相關(guān)性Table 3 Correlation analysis of cotton growth and yield indexes

從6個(gè)分析指標(biāo)中提取的主成分F1和F2累計(jì)貢獻(xiàn)率大于95%，能夠充分反映指標(biāo)變量的絕大部分信息。依據(jù)主成分系數(shù)、主成分得分計(jì)算各處理綜合得分，T1、T2、T3和T4處理的綜合得分均高于T0處理，綜合得分排名依次為T3>T2>T4>T1>T0，其中T3處理綜合得分最高，分值為2.309 8，而T0處理綜合得分最低，分值為-2.949 4。復(fù)合微生物肥施用量為450 kg/hm2時(shí)，對(duì)棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量的綜合促進(jìn)效果最佳。表4

表4 各處理主成分得分與綜合得分Table 4 Principal component score and comprehensive score of each treatment

3 討 論

復(fù)合微生物肥與普通肥料相比，不僅富含有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素，而且含有功能性有益微生物菌，可改良土壤環(huán)境，活化土壤養(yǎng)分，提高養(yǎng)分利用率，促進(jìn)多種作物的生長(zhǎng)[10-14]。盧照龍等[15]通過(guò)比較不同時(shí)期增施微生物肥對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)微生物肥能夠促進(jìn)水稻根系生長(zhǎng)，加快幼苗分蘗，增強(qiáng)植株長(zhǎng)勢(shì)，并在生育后期增加成穗率6.5%～14.3%，提高結(jié)實(shí)率2.2%～3.6%，增產(chǎn)幅度達(dá)到4.9%～12.2%。張志鵬等[16]通過(guò)設(shè)置施用復(fù)合微生物菌肥、復(fù)合肥、基質(zhì)和不施肥4種處理，比較不同處理下小麥在拔節(jié)期和灌漿期的株高、干物重以及收獲后產(chǎn)量，結(jié)果表明，施用復(fù)合微生物菌肥能夠使小麥株高增加3.7%～5.9%，干物重增加7.1%～10.8%，產(chǎn)量提高12.0%～13.1%。陳恒山等[17]通過(guò)在棉花上增施微生物菌肥，發(fā)現(xiàn)其對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的調(diào)節(jié)和促進(jìn)作用，能夠使棉花生育期縮短3～4 d，果枝數(shù)增加14.0%，衣分含量增加2.5%，皮棉產(chǎn)量增長(zhǎng)10.6%。研究中，施用復(fù)合微生物肥能夠使植株高度增加4.0%～9.2%，果枝數(shù)增加2.3%～9.6%，結(jié)鈴數(shù)增加3.5%～6.9%，單鈴重和皮棉產(chǎn)量增幅分別達(dá)5.0%和16.6%，與前人研究結(jié)果相似。而施用復(fù)合微生物肥后的棉花根長(zhǎng)與對(duì)照相比沒(méi)有顯著差異，仍需進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)對(duì)根部干物質(zhì)積累進(jìn)行測(cè)定和比較，明確復(fù)合微生物肥對(duì)根部生長(zhǎng)的影響。

馬曉梅等[18]通過(guò)逐步回歸分析獲得了早熟陸地棉產(chǎn)量與株型性狀之間的最優(yōu)回歸模型，證明株高、鈴數(shù)、果枝始節(jié)位對(duì)產(chǎn)量性狀有顯著的直接作用，果枝臺(tái)數(shù)對(duì)產(chǎn)量有顯著間接作用。田琴等[19]對(duì)新陸早系列棉花品種產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析后，發(fā)現(xiàn)衣分、單株鈴數(shù)、衣指和株高是皮棉產(chǎn)量的決定因素。研究對(duì)不同處理下，棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)分別與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與前人報(bào)道基本一致，試驗(yàn)獲得的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)重復(fù)性良好，有利于增強(qiáng)主成分分析的可靠性。運(yùn)用主成分分析法對(duì)棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，施用濃度為450 kg/hm2的復(fù)合微生物肥的綜合得分最高，與對(duì)照處理相比，能夠分別在株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴重、皮棉產(chǎn)量等方面起到顯著的促進(jìn)作用。

有益微生物菌在土壤改良和促進(jìn)作物生長(zhǎng)的作用往往需要一定時(shí)間的積累才能表現(xiàn)出來(lái)，而施用復(fù)合微生物肥后的當(dāng)年，對(duì)棉花植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量已經(jīng)有了顯著的影響，與傳統(tǒng)肥料相比，復(fù)合微生物肥不但能夠提供豐富的有機(jī)質(zhì)，也能快速轉(zhuǎn)化釋放土壤中的速效養(yǎng)分，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育[20-21]。隨著棉田連作年限的延長(zhǎng)，復(fù)合微生物肥中的有益微生物菌群對(duì)土壤的改良作用可能產(chǎn)生疊加效應(yīng)，而是否能夠?qū)γ藁ǖ纳L(zhǎng)及產(chǎn)量起到更高水平的促進(jìn)效果還需要進(jìn)一步驗(yàn)證[22]。研究認(rèn)為復(fù)合微生物肥不僅能夠促進(jìn)棉花生長(zhǎng)、提高棉花產(chǎn)量，還具有持續(xù)培肥地力、防止土壤板結(jié)的潛在優(yōu)勢(shì)，對(duì)改良棉田土壤生態(tài)環(huán)境、提高植棉經(jīng)濟(jì)效益有良好的應(yīng)用前景[23-24]。

4 結(jié) 論

施用復(fù)合微生物肥能夠改善土壤微生物環(huán)境，提高棉花對(duì)養(yǎng)分的利用率，促進(jìn)棉花生長(zhǎng)發(fā)育，顯著提升棉花的株高、果枝數(shù)和單株鈴數(shù)，并對(duì)棉花單鈴重和皮棉產(chǎn)量起到正相關(guān)的促進(jìn)作用。當(dāng)施用復(fù)合微生物肥濃度為450 kg/hm2時(shí)，對(duì)棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量的綜合促進(jìn)效果最佳。