麥棉周年秸稈還田對棉花生物量與養分吸收的影響

張凡 周其軍 關立 宋志均 楊春玲

摘要：本文旨在研究麥棉周年秸稈還田和施鉀對棉花產量、生物量和養分吸收的影響，對比分析秸稈還田鉀肥替代的可行性。試驗通過在棉花季設置小麥秸稈全量還田9000 kg/hm2、半量還田4500 kg/hm2、施鉀量K150和K300；小麥季只在兩個相應的秸稈還田處理上進行棉花秸稈還田7500 kg/hm2，不施鉀肥；以兩季均無秸稈和不施鉀處理為對照。結果表明，兩年試驗中，麥棉秸稈全量還田處理較對照顯著提高了棉花鈴數、單鈴重和皮棉產量，顯著提高了棉花生物量和氮磷鉀累積量，且全量還田處理的增產效果及促進養分吸收效應顯著大于半量還田，與K150處理效果相當，但顯著低于K300處理。秸稈還田對鉀吸收的促進效應大于氮磷。麥棉周年秸稈還田延緩了棉花生育后期因缺鉀引起的早衰，可以部分替代鉀肥的施用。

關鍵詞：秸稈還田；產量；生物量；養分

中圖分類號：S314文獻標志碼：A論文編號：cjas20191100264

Effects of Wheat-Cotton Cycled Straw Returning on Biomass and Nutrient Uptake of Cotton

Zhang Fan， Zhou Qijun， Guan Li， Song Zhijun， Yang Chunling

（Anyang City Academy of Agricultural Sciences， Anyang 455000， Henan， China）

Abstract： The aim is to define the effect of wheat-cotton cycled straw returning on yield， biomass and nutrients accumulation of cotton， and to reveal the feasibility of potassium replacement. The application rate of wheat straw was designed as 4500 and 9000 kg/hm2（W4500 and W9000） respectively in cotton season and the application rate of cotton straw was designed as 7500 kg/hm2in wheat reason. Additionally， K fertilizer rates were designed as K2O 150 and 300 kg/hm2（K150 and K300） only in cotton season. The control was designed without straw returning and K fertilizer in both seasons. Results showed that compared with control， cycled total wheat-cotton straw returning significantly increased boll number， boll weight and lint yield of cotton. Biomass and NPK absorption of cotton were also significantly improved. The total wheat-cotton straw returning was more effective in promoting yield and nutrient uptake than the half wheat-cotton straw returning treatment， and was equal to K150 treatment， but significantly less effective than K300 treatment. Cycled wheat-cotton straw returning promoted K absorption much greater than N and P absorption. Cycled wheat-cotton straw returning could delay the premature senescence of cotton with potassium deficiency. So， chemical potassium fertilizer could be partly replaced by it.

Keywords： Straw Returning； Yield； Biomass； Nutrient

0引言

鉀是植物正常生長所必需的大量營養元素之一[1]，在農業生產中具有重要作用[2]。棉花是一種喜鉀作物，生育后期常常因缺鉀而引起早衰，降低了棉花產量[3-4]。我國鉀礦資源又處于短缺狀態，鉀肥供應長期依賴進口[5]。而農作物秸稈數量龐大，養分含量高，但利用率低下[6-7]。因此，秸稈還田不僅成為了一種有效的秸稈利用方式，而且能夠為作物生長提供養分[8]。

麥棉兩熟是長江中下游地區主要種植模式[10]。有關秸稈還田與鉀肥提高作物產量與養分的研究已有大量報道[9，11-13]，而棉花秸稈還田在棉花上也表現出較大的增產效應[14-17]。李繼福等在湖北地區的研究表明，秸稈還田和施鉀可以提高水稻產量和地上部鉀素累積量，且在高鉀和中鉀土壤上，秸稈還田可不同程度地替代化學鉀肥施用[18]。白由路等在小麥-玉米輪作制度下有關秸稈還田與鉀肥的研究也得出相同結論，且小麥季施用化學鉀肥的鉀素利用率高于秸稈還田，玉米季呈相反趨勢[19]。然而目前關于長江流域麥棉周年秸稈還田對棉花產量及養分吸收的研究較少，尚未明確秸稈還田替代鉀肥的可行性及效果。本研究擬在棉花秸稈還田的基礎上設置不同的小麥秸稈還田量，研究麥棉周年秸稈還田對棉花生物量、養分與產量的影響，通過與化學鉀肥比較，探討其鉀肥替代的可行性，為提高秸稈資源利用率，延緩棉花早衰提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗設計

該試驗為長期定位試驗，于2011—2013年在江蘇省農業科學院試驗站（118°50 E， 32°02 N）進行，小麥棉花一年兩熟種植模式。供試土壤為黏土，2012年土壤全鉀含量為9.1 g/kg、速效鉀155 mg/kg；2013年土壤速效鉀平均含量為128 mg/kg。

在棉花季設置小麥秸稈全量還田9000 kg/hm2（W9000）和半量還田4500 kg/hm2（W4500）2個秸稈還田處理，施鉀量K150和K300 2個施鉀量處理，以不施鉀肥且無秸稈還田處理為對照（CK）；小麥季只在兩個相應的秸稈還田處理上進行棉花秸稈全量還田，還田量7500 kg/hm2，不施鉀肥，這樣形成了C-W9000、CW4500、K150、K300、CK共5個處理。完全隨機區組設計，3次重復，小區面積55 m2，行株距為1.0 m×0.3 m。

棉花品種為‘泗雜3號，4月25日進行營養缽育苗，6月5日移栽，棉花收獲后，秸稈進行粉碎還田、翻埋入土；然后進行小麥播種，氮磷肥正常施用，不施鉀肥。小麥品種為‘寧麥13，小麥收獲后，秸稈進行人工粉碎、稱量、還田，然后在棉花初花期（7月20日左右）進行翻埋入土，氮磷肥正常施用，不施鉀肥，秸稈含鉀量見表1。

1.2測定指標及方法

從7月15日起每15天取一次植株樣，每小區隨機取2株，共取樣5次。按生殖器官、營養器官進行分類，放于105℃烘箱中殺青30 min，再以80℃烘干至恒重，稱取生物量。然后將樣品進行粉碎，用連續流動分析儀測定植株全氮含量，用鉬銻抗吸光光度法測定植株全磷含量，用火焰光度計測定植株全鉀含量。在吐絮期選取10株棉花，調查單株鈴數，分別從下（1～5果枝）、中（6～10果枝）、上（11果枝以上）部果枝收取20個棉鈴測定單鈴重和衣分，計算平均值，算出產量。

1.3數據統計分析、秸稈含鉀量和氣象資料

用Excel進行數據處理和制作表格及制圖，用SPSS 17.0進行方差分析，用LSD法檢驗處理間差異顯著性。氣象數據來自中國氣象網（表2）。

2結果與分析

2.1產量與產量構成

與對照相比，麥棉周年秸稈還田和施鉀處理均顯著提高了棉花鈴數、單鈴重和皮棉產量，對衣分影響不顯著，兩年趨勢一致（表3）。2012年皮棉產量、鈴數和單鈴重四個處理均顯著高于CK，但四個處理間不顯著。2013年四個處理皮棉產量、鈴數和單鈴重均顯著高于對照，且K300皮棉產量、鈴數和單鈴重均顯著高于C-W4500和C-W9000，但與K150差異不顯著；K150的皮棉產量和單鈴重與C-W9000相當，但均顯著高于C-W4500。

2012年秸稈還田處理較對照平均增產111.2%，高于施鉀處理平均91.1%的增產幅度；而2013年秸稈還田處理較對照平均增產49.8%，低于施鉀處理平均82.7%的增產幅度。這可能與2013年棉花產量總體水平較高，對鉀供應強度的要求較高有關。

2.2生物量累積動態

2012年不同麥棉周年秸稈還田量和施鉀量處理間棉株生物量差異不顯著，但較對照顯著增加（圖略）；2013年，秸稈還田和施鉀處理與對照間差異增大，且不同秸稈還田量處理與施鉀量處理間差異顯著（圖1）。由圖1、2、3可知，秸稈還田和施鉀處理增加了棉株總生物量、生殖器官生物量和營養器官生物量，且隨移栽后天數增加差異逐漸增大，盛絮期達到最大值，處理間表現為K300>K150>C- W9000>C- W4500>CK，呈現顯著性差異，但C-W9000和含鉀量相當的K150處理差異不顯著。值得一看的為營養器官生物量累積動態（圖3），CK和C-W4500處理在棉株移栽后85天呈下降趨勢，而其它處理仍在持續上升，這也說明了棉株因缺鉀而引起的早衰現象。

2.3氮、磷、鉀累積與分配動態

2.3.1氮累積與分配與對照相比，麥棉周年秸稈還田和施鉀處理均顯著提高了棉株氮累積量，且隨生育進程的推進，處理間差異變大（圖4）。至盛絮期（移栽后100天）時，K300、K150、C-W9000和C-W4500處理棉株氮累積量較CK分別提高了137%、76.0%、105%和39.2%，達顯著性差異。CK和C-W4500棉株氮累積量從移栽后70天開始呈下降趨勢，而C-W9000和K300仍保持較高的氮累積速率。棉株生殖器官氮累積趨勢基本一致（圖5），至盛絮期（移栽后100天）時，K300、K150、和C-W9000生殖器官氮累積量較CK顯著增加，而C-W4500處理在棉株移栽后85天略有降低。隨移栽天數的增加，棉株氮向生殖器官分配的經濟系數趨勢一致（圖6），秸稈還田和施鉀處理均提高了棉株氮的經濟系數，促進了氮向生殖器官的轉移，提高了生殖器官氮養分吸收比例。這說明秸稈還田和施鉀處理均促進了棉株氮養分的吸收，維持了生長發育后期較高的養分吸收比例，有效延緩了后期早衰。

2.3.2磷累積與分配棉株磷累積速率表現出前期慢（移栽后40～70天）、后期快（移栽后70～100天）的累積特點（圖7），處理間差異隨移栽后天數的增加而逐漸加大，至盛絮期時（移栽后100天），K300、K150、CW9000和C-W4500處理棉株磷累積量較CK分別提高了182.7%、39.6%、89.9%和61.2%。CK和C-W4500處理在移栽后85天累積速率略有降低，而其它處理仍保持較高的累積速率。生殖器官磷累積趨勢基本一致（圖8），累積速率前期慢（移栽后40～55天）、后期快（移栽后55～100天），移栽后85天，CK處理生殖器官磷累積量保持不變，至盛絮期（移栽后100天），生殖器官磷累積量處理間差異達到最大。秸稈還田和施鉀處理均促進了棉株磷向生殖器官的轉移（圖9），棉株移栽后40～70天，秸稈還田處理的磷經濟系數大于施鉀處理，移栽70天后，施鉀處理的磷經濟系數大于秸稈還田處理，這說明秸稈還田在較短時間內促進磷吸收的效果優于施鉀處理，但可持續性不及施鉀處理。

2.3.3鉀累積與分配由圖10可以看出，全生育期麥棉周年秸稈還田和施鉀處理植株鉀累積量均明顯高于CK，K300、K150和C-W9000處理一直保持較高的植株鉀累積速率，C-W4500處理在移栽后70天植株鉀累積量開始下降，至移栽后85天時基本保持不變，CK處理從移栽后55天開始，植株鉀累積量基本保持不變，在移栽后100天（盛絮期），K300、K150、C-W9000和CW4500植株鉀累積量較CK分別提高了355.2%、225.9%、189.0%和36.0%，差異顯著，秸稈還田促進鉀吸收的效果不及施鉀處理。生殖器官鉀累積模式與植株鉀累積趨勢相同（圖11）。CK處理的鉀經濟系數最高（圖12），這可能為CK處理營養器官早衰，導致生殖器官鉀分配比例升高所致。氮磷鉀對比發現，麥棉周年秸稈還田和施鉀處理對鉀吸收的促進效應大于氮磷。

3討論

3.1產量與產量構成

作物秸稈含有大量的營養元素及微量元素，秸稈還田不僅有利于作物產量的提高，而且有助于改善生態環境，促進農業的可持續發展[20]。關于秸稈還田與鉀肥增產效果的研究較多[9，17]，傅偉[21]、劉新梁等[22]研究認為秸稈還田配施鉀肥具有最好的增產效果，且化學鉀肥的增產效果好于秸稈還田。本研究也得出相似結論，且明確了長江中下游地區麥棉周年秸稈還田的增產效果，即棉花季產量隨小麥秸稈還田量的增加而增加，隨秸稈還田年限的延長不同秸稈還田量處理間差異愈顯著。但是在本研究的兩年試驗中，麥棉周年秸稈還田處理較對照處理皮棉產量分別增加111.2%、49.8%，高于張玉文等[23]在濱海粘質鹽化土壤上16.7%的增產幅度，這可能是因為本研究是在連續無秸稈和鉀肥施用的條件下進行的，土壤鉀素虧缺較為嚴重，棉花對缺鉀又較為敏感[24]，而張玉文等的研究是在正常施肥情況下進行的，且秸稈還田效果受土壤性狀和秸稈還田方式等影響較大[25]。與對照相比，麥秸稈全量還田在年際間的增產幅度降低，由114%的增產幅度降低至59.0%，這可能是因為2013年小麥秸稈和棉花秸稈的鉀含量降低所致，也可能與當年的降雨較多，不利于秸稈快速分解和養分釋放有關[25]。

3.2生物量與養分的累積分配

秸稈還田與施鉀可以提高作物生物量，促進養分吸收，進而提高作物產量。魏建林等[26]、張磊等[27]、董合林等[28]研究認為，秸稈還田及施用鉀肥均可不同程度地提高土壤速效鉀和緩效鉀含量，增加了地上部鉀素吸收量和作物產量。本研究也得出相同結果，麥棉周年秸稈還田與施鉀均可以保持棉株生育后期營養器官較高的生物量，顯著提高了棉株的氮磷鉀養分累積量，對鉀素養分吸收的促進效應大于氮磷，有效防止了轉基因抗蟲棉生育后期因缺鉀而引起的早衰。但吐絮后期棉鈴鉀經濟系數卻低于無秸稈和施鉀處理的對照，維持了營養器官較高的分配比例。這是否與延緩早衰有關，還有待進一步驗證。

4結論

在長江流域麥棉兩熟種植制度下，小麥秸稈還田在棉花季還田顯著提高了棉花鈴數、鈴重和皮棉產量，顯著提高了各生育時期棉花生物量和氮磷鉀養分累積量，對鉀吸收的促進效應大于氮磷。短期內，秸稈還田量和施鉀量處理沒有顯著差異，長期小麥秸稈半量還田不能滿足棉花生長對鉀的需求，出現早衰，影響其增產效果。因此，本研究認為麥棉秸稈全量還田可以替代鉀肥施用，但隨時間延長，需補充一定化學鉀肥。

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