小麥秸稈高量覆蓋對棉花生長發育及產量形成的影響

許冬 萬鵬 褚世海 李儒海

摘要：【目的】研究小麥秸稈高量覆蓋對長江流域棉田雜草防控及棉花產量形成的影響，為該區域棉田化肥和除草劑減量綜合技術模式構建提供理論依據。【方法】以Bt抗蟲棉GK19為試驗材料，以無秸稈覆蓋為對照（M0，CK），設3個小麥秸稈高量覆蓋處理[15000 kg/ha（M1）、20000 kg/ha（M2）和30000 kg/ha（M3）]，觀察棉田不同生育期內雜草防效、土壤含水量，以及棉花葉綠素含量、株高、果枝數、成鈴數等農藝性狀指標。【結果】小麥秸稈高量覆蓋對棉田整個生育期內雜草種群均有很好的防控效果。秸稈高量覆蓋可顯著提高土壤含水量（P<0.05），并隨秸稈覆蓋量的增加整體呈上升趨勢，其中，M0處理的棉田土壤含水量在棉花整個生育期基本維持在20.79%～21.70%，而小麥秸稈高量覆蓋棉田土壤含水量可達26.25%～35.65%。小麥秸稈高量覆蓋還可顯著促進棉花的快速生長及提高葉片葉綠素合成，但隨著秸稈覆蓋量的增加其增長幅度不顯著（P>0.05）。另外，小麥秸稈高量覆蓋對提高棉花的果枝數、蕾數和成鈴數也有顯著促進作用，M0處理在吐絮期的果枝數和成鈴數僅為8.0和10.7，而小麥秸稈不同高量覆蓋處理可達12.2～13.2和25.9～29.9。【結論】長江流域棉花定苗后，一次性覆蓋15000 kg/ha小麥秸稈可有效抑制全生育期內的棉田雜草，并對棉花生長及產量形成具有積極的調控作用，可有效降低化學除草劑及化肥的使用量。

關鍵詞： 小麥秸稈覆蓋;棉花;棉田雜草;土壤水分;生長發育;產量性狀

中圖分類號： S562? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）05-1191-07

Abstract：【Objective】The effects of high dosage of wheat straws on weed control and cotton yield formation in Yangtze River Basin were studied，these works provided theoretical basis for integrated technique model of chemical fertilizers and chemical herbicides reductions in cotton field. 【Method】Taking insect-resistant cotton variety GK19 as material，the experiment was conducted involving three wheat straw mulching rates[15000 kg/ha（M1），20000 kg/ha（M2） and 30000 kg/ha（M3）]，and no straw mulch was the control（M0， CK）. The effects of high dosages straw mulching on weed control，soil moisture content，chlorophyll content，plant height，numbers of bud and bolls during the seedling stage，flowering and boll stage and boll-opening stage were measured. 【Result】The results showed that high dosages of wheat straw mulching could inhibit the germination of weeds during the whole growth periods. Compared with the non-straw returning treatment，high dosage wheat straw mulching significantly increased the soil moisture（P<0.05），and increased with the increase of wheat straw mulching. The soil water content of M0 field maintained at 20.79%-21.70% during the whole growth period of cotton，while that of wheat straw mulching treatments reached 26.25%-35.65%. Wheat straw mulching could also significantly promote the rapid growth of cotton and improve the chlorophyll synthesis of leaves，but with the increase of straw mulching，there was no significant effect on them（P>0.05）. In addition，high dosage wheat straw mul-ching significantly increased the numbers of branches，buds and bolls. The number of branches and bolls of the M0 treatments were only 8.0 and 10.7 at the boll opening stage，while the treatments of wheat straw could reach 12.2-13.2 and 25.9-29.9. 【Conclusion】Wheat straw mulching contributes to weed control and regulating the growth and development of cotton and yield formation by one-time application for 15000 kg/ha after seedling thinning in Yangtze River Basin，which can reduce the input of chemical herbicide and chemical fertilizer.

Key words： wheat straw mulching; cotton; weed in cotton field; soil moisture; growth and development; yield trait

Foundation item： National Key Research and Development Program of China（2017YDF0201900）; Agricultural Science and Technology Innovation Center Project of Hubei（2016-620-000-001-018）

0 引言

【研究意義】江漢平原是湖北省最大的棉花主產區和優質棉生產基地，也是我國長江中下游地區重要的商品糧基地。近年來，隨著我國農業生產技術和水平的不斷提高，小麥等作物產量逐年上升，秸稈作為農業生產中的一項重要副產品，其數量規模也隨之持續增大（孫通等，2017）。有數據顯示，2015年我國可收集利用秸稈總量高達6.41億t，除大部分被用于秸稈還田、工業原料及生活燃料外，仍有1.5億t秸稈資源被遺棄在田間地頭或就地焚燒（崔蜜蜜等，2016）。因此，在我國農業生產中，作物秸稈資源化利用，特別是作物秸稈還田仍有較大的空間潛力。此外，江漢平原在棉花和小麥種植過程中存在盲目施肥、農藥施用過量現象，長此以往，秸稈與農藥、化肥資源的利用不當勢必會影響棉花的產量和品質，加劇該區域農業面源污染，嚴重阻礙該區域農業的可持續發展（段小麗等，2012;鄭春風等，2019）。因此，開展小麥秸稈高量覆蓋研究，不僅可進一步挖掘小麥秸稈的資源化利用潛力，還有助于該區域作物減肥減藥綜合技術模式的構建。【前人研究進展】秸稈覆蓋技術是國家近年來大力推廣的一項農業實用技術，也是保護性耕作最關鍵的技術之一（黃婷等，2011）。實施秸稈覆蓋免耕可有效減緩農田土壤風蝕，對土壤蓄水保墑、提高水分利用效率等也具有積極作用（Anyanzwa et al.，2010;Yan et al.，2017）。當秸稈進入土壤后，營養物質經腐解釋放會對土壤有機質含量、土壤容重及微生物群落產生重要影響，對促進植株生長和提高作物產量有積極調控作用（Yousaf et al.，2017;殷堯翥等，2019）。研究顯示，秸稈覆蓋對作物生長的影響多為正向效應，其通過調節土壤水熱條件，并提供額外的養分供應，有利于作物根系的形成，同時，還能顯著提高葉片的光合速率和葉綠素含量，并延緩作物功能葉的光合時間（白偉等，2017;張文可等，2018）。但秸稈覆蓋對產量的影響仍存在一定爭議，其影響程度與秸稈自身的投入水平有很大關系。游來勇等（2015）研究指出，秸稈全量覆蓋還田對于作物產量的提高優于秸稈半量還田。但Tao等（2015）研究認為，秸稈投入對作物的增產效益并不會隨秸稈投入量的增加而顯著提高，50%秸稈還田對黃淮海平原春玉米的增產效應顯著高于全量秸稈覆蓋。目前，秸稈還田量一般在4500～10000 kg/ha范圍（何生寶，2001），對成倍增加秸稈用量的研究較少。已有的研究顯示，當切碎秸稈增至18000 kg/ha還田時，土壤速效磷、鉀等養分含量較全量還田會顯著提高，土壤肥力質量能維持較長時間（徐萌等，2012;叢萍等，2019），對于作物產量來說可能會形成有利影響。另外，研究還顯示秸稈覆蓋還田可有效抑制田間雜草生長，與化學除草劑使用具有協同防草作用，可顯著降低化學除草劑的使用量（冒宇翔等，2014）。【本研究切入點】目前，對于秸稈覆蓋還田的研究主要集中在作物產量、土壤理化和生物學性質等響應特征及作用機制方面，但使用的秸稈覆蓋量多為半量及全量還田（馬宗斌等，2004;鄭曙峰等，2011），對秸稈高量覆蓋的研究相對較少。同時，前人在研究秸稈覆蓋對免耕作物產量的影響結論也存在不一致現象。因此，需進一步明確高量秸稈覆蓋的作物產量效應、除草效果以及作用機制。【擬解決的關鍵問題】采用大田試驗，探討小麥秸稈高量覆蓋還田對棉田雜草及棉花生長、產量形成的影響，進一步挖掘小麥秸稈的資源化利用潛力，為長江流域棉田化肥和除草劑減量綜合技術模式構建提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試品種為Bt抗蟲棉GK19，由中國農業科學院棉花研究所提供。

1. 2 試驗方法

試驗在湖北省農業科學院金水農場進行。試驗采取隨機區組設計，3次重復。棉花種子于2019年4月25日開溝穴播，每穴播3～4粒，行距100 cm、株距30 cm，每小區面積40 m2。棉花前茬作物為小麥，麥收后保留麥樁高度10 cm以下。所用小麥秸稈為聯合收割機粉碎，長度2～3 cm，待棉花定苗后，將小麥秸稈一次性覆蓋在棉苗上。鑒于長江流域小麥秸稈全量覆蓋約為7500 kg/ha（王幸等，2017），本研究以不覆蓋小麥秸稈為對照（M0，CK），設3個小麥秸稈高量覆蓋處理，分別為小麥秸稈高量覆蓋15000 kg/ha（M1）、20000 kg/ha（M2）和30000 kg/ha（M3）。

1. 3 測定項目及方法

1. 3. 1 雜草種群調查 分別于花蕾期（8月6日）和吐絮期（9月20日），采取對角線取樣法調查不同秸稈覆蓋量處理棉田優勢雜草種群及數量，每小區選取5個點，每點調查面積0.11 m2（長0.33 m、寬0.33 m），重復3次。

1. 3. 2 土壤含水量測定 分別于苗期（6月25日）、花蕾期（8月20日）和吐絮期（9月20日），利用土壤水分速測儀TDR350測定棉田土層下10 cm的含水量，每個小區選取5個點。

1. 3. 3 葉綠素含量測定 利用Opti-Sciences CCM-200儀測定棉花倒4葉相對葉綠素含量（CCI值）。測定時間同1.3.2，每小區連續測定5株棉花，每株葉片分別取3個點測定，取平均值。

1. 3. 4 農藝性狀指標測定 分別于苗期（6月25日）、花蕾期（8月6日）和吐絮期（9月20日）定株調查棉花的株高、果枝數、蕾數和成鈴數等農藝性狀指標，每小區連續取10株棉花，重復3次。

1. 4 統計分析

采用Excel 2003分析數據和制作表格，用SPSS 17.0進行方差分析，用LSD法檢驗處理間平均值的差異顯著性。

2 結果與分析

2. 1 不同小麥秸稈覆蓋量對棉田雜草發生量的影響

從表1可知，不覆蓋小麥秸稈M0處理的棉田雜草物種數較豐富，優勢雜草以碎米莎草、鱧腸、旱稗和馬唐等為主，其在棉花花蕾期和吐絮期的密度分別達1119.0和1296.0株/m2，而小麥秸稈高量覆蓋M1、M2和M3處理棉田在同時期均未調查到任何雜草。可見，小麥秸稈高量覆蓋對棉田整個生育期的雜草均有較好的防控作用。

2. 2 不同小麥秸稈覆蓋量對棉田土壤含水量的影響

從圖1可看出，不覆蓋小麥秸稈對照M0處理棉田土壤含水量從苗期到吐絮期基本維持在20.79%～21.70%，而小麥秸稈高量覆蓋棉田的土壤含水量在26.25%～35.65%，均與M0處理間差異顯著（P<0.05，下同）。可見，與不覆蓋秸稈M0處理相比，小麥秸稈高量覆蓋在棉花整個生育期內均可有效抑制水分的蒸發散失。從小麥秸稈不同覆蓋量處理來看，棉田土壤含水量在苗期隨秸稈覆蓋量的增加呈上升趨勢，M1、M2和M3處理在苗期的土壤含水量分別為30.14%、31.53%和35.65%，處理間差異顯著;但在花蕾期和吐絮期，M1、M2和M3處理間差異不顯著（P>0.05，下同）。表明小麥秸稈高量覆蓋還田可顯著提高棉田土壤的蓄水供水能力，但其變化趨勢還受覆蓋量及棉花生育期等因素影響。

2. 3 不同小麥秸稈覆蓋量對棉花株高的影響

從圖2可看出，小麥秸稈高量覆蓋可顯著促進棉花的生長。在吐絮期，不覆蓋對照M0處理的棉花株高為93.3 cm，而小麥秸稈高量覆蓋M1、M2和M3處理的株高分別為110.1、111.3和113.9 cm，較對照分別增加18.01%、19.29%和22.08%，差異達顯著水平。從小麥秸稈各高量覆蓋處理的株高來看，除了苗期M1和M3處理間存在顯著差異外，其他生育期M1、M2和M3處理間均無顯著差異，說明小麥秸稈2倍全量覆蓋（15000 kg/ha）條件下，進一步增加覆蓋量對棉花株高無顯著促進作用。

2. 4 不同小麥秸稈覆蓋量對棉葉葉綠素含量的影響

從圖3可看出，小麥秸稈高量覆蓋可顯著提高棉花葉片葉綠素含量。其中，不覆蓋秸稈M0處理在棉花苗期、花蕾期和吐絮期的CCI值為19.9～26.5，而M1、M2和M3處理的CCI值分別為26.6～33.9、28.1～35.2和29.4～37.0，小麥秸稈高量覆蓋處理的CCI值在各生育期內均顯著高于M0處理。對于小麥秸稈不同覆蓋量處理來說，M1、M2和M3的CCI值在棉花苗期差異顯著，但在花蕾期和吐絮期均差異不顯著。

2. 5 不同小麥秸稈覆蓋量對棉花產量形成指標的影響

從表2可知，3個小麥秸稈高量覆蓋處理的果枝數和蕾數在棉花花蕾期顯著高于M0處理，其中小麥秸稈M1、M2和M3處理的蕾數分別為29.8、29.0和29.6，而M0處理僅為11.5。至吐絮期時，M0處理的果枝數和成鈴數分別為8.0和10.7，而小麥秸稈高量覆蓋處理的果枝數和成鈴數分別為12.2～13.2和25.9～29.9，前者顯著低于后者。從小麥秸稈不同覆蓋量處理來看，吐絮期棉花果枝數和成鈴數基本隨秸稈覆蓋量的增加呈上升趨勢，但處理間差異基本不顯著，僅表現為M3處理的成鈴數顯著高于M1處理，較M1處理提高15.4%。

3 討論

秸稈覆蓋可通過化感作用及物理屏蔽阻礙或抑制雜草的萌發生長，提升作物和雜草的競爭力（Webster et al.，2013;李茹等，2018）。因此，利用秸稈覆蓋對雜草的生態抑制作用，探索棉田化學除草劑減施控效技術具有良好的實用性和可操作性。已有研究顯示，小麥秸稈覆蓋量為2500～10000 kg/ha時對稻田優勢雜草種群田間占比具有明顯影響，且隨著秸稈覆蓋量的增加，雜草的田間防控效果也顯著增加（付佑勝等，2019）。本研究結果顯示，小麥秸稈高量覆蓋為15000、20000和30000 kg/ha時，均可有效控制江漢平原麥后直播棉田雜草，在全程生育期內無需再施用任何除草劑。究其原因可能是由于覆蓋15000 kg/ha小麥秸稈已對雜草形成完全封閉的物理隔離環境，完全阻止了雜草的萌發及對光的有效競爭，從而加速雜草種子的腐爛。另外，小麥秸稈腐解產生的水楊酸、酚酸類等化感物質可能也是影響雜草種子萌發的關鍵因素。

水肥利用效率是衡量農田生產力的一項重要指標。對于水分利用效率而言，秸稈還田對作物生育期耗水模式具有調節作用，在生育前期主要是抑制土壤水分的無效蒸發，生育后期則增強植株的蒸騰作用，促進干物質的形成（翟夏斐等，2014）;另外，秸稈還田還可顯著提高土壤儲水量，促使水分利用效率顯著提高（He et al.，2016）。本研究結果顯示，小麥秸稈高量覆蓋在棉花整個生育期內均可顯著提高土壤含水量，且棉花苗期時小麥秸稈不同高量覆蓋處理間差異顯著。究其原因可能是小麥秸稈高量覆蓋對土壤表層形成隔斷層，減弱或阻擋了土壤與外界環境的聯系，降低了水蒸氣向大氣傳導的擴散速率，從而利于土壤的蓄水保墑（謝成俊等，2019）。小麥秸稈不同高量覆蓋處理在棉花各生育期對土壤含水量的差別影響，一方面可能與江漢平原氣候有關，其棉花苗期處于梅雨季節，而花蕾期和吐絮期處于高溫缺水階段，兩個時期的蒸發量和降雨量存在明顯差異，從而導致前后土壤含水量的差別;另一方面，與棉花各生育期內對水分的需求量有關，棉花在生育后期為了滿足營養生長及產量形成，對水分的需求量會顯著增大，從而導致不同處理間土壤含水量的差異變小。

光合作用為作物生長發育和產量形成提供物質基礎，作物產量的提高均是通過直接或間接改善作物光合特性實現的（彭芹等，2012）。有研究顯示，適當的玉米秸稈覆蓋可有效提高小麥葉綠素含量和光合速率（吳曉麗等，2015）。本研究結果表明，小麥秸稈高量覆蓋可顯著提高棉花葉片葉綠素含量。其原因可能是小麥秸稈覆蓋提高了土壤含水量，在相對充足的土壤水分條件下，秸稈會逐漸分解釋放出化感物質和營養成分，從而保證氮素向棉花植株供應，促進地上部的快速生長，進而提高棉花葉片的葉綠素合成量。

合理施用秸稈可提高作物產量，但目前關于產量提高幅度的研究結果差異較大（Reiter et al.，2008）。有研究顯示，在長江流域麥棉兩熟制條件下，相比對照和半量還田，秸稈全量還田處理可顯著提高棉花的鈴數、鈴重和皮棉產量（張凡等，2014）。油菜秸稈覆蓋對水稻的影響研究也表明，覆蓋還田可促進水稻分蘗，提高磷肥利用效率及水稻產量，其中秸稈還田量越大時水稻產量越高，但過量還田會導致稻田成穗率降低（胡瑤等，2018）。本研究結果顯示，小麥秸稈高量覆蓋顯著提高棉花的果枝數、蕾數和成鈴數等產量形成指標，且M3處理在吐絮期的成鈴數顯著高于M0和M1處理，說明小麥秸稈2倍全量以上高量覆蓋有利于棉花產量形成。其原因可能是小麥秸稈高量覆蓋調節了土壤的水熱條件，并通過腐解提供額外的有機質等營養物質，有利于棉花根系的生長。而根系的良好發育又利于生物量的提高，可促進地上部植株生物量增加。其通過為地上部提供水分和養分，顯著提高葉片的光合速率和葉綠素含量，進而促進棉花生育后期干物質的積累及產量形成，延緩早衰，降低蕾鈴脫落率，從而實現棉花增產增效。

棉花的高產穩產需建立在科學的栽培技術、品種篩選、施肥用藥管理技術和輕簡化技術的基礎上，協調集成各技術為一體化是目前科研的重點。本研究僅從棉田雜草防效和棉花產量形成方面分析秸稈高量覆蓋帶來的影響，下一步將結合土壤肥力、水肥利用效率等進行深入研究，為提升棉花種植技術提供依據。

4 結論

長江流域棉花定苗后，一次性覆蓋15000 kg/ha小麥秸稈即可有效抑制全生育期內的棉田雜草，并對棉花生長及產量形成具有積極的調控作用，可有效降低化學除草劑及化肥的使用量。

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（責任編輯 王 暉）