微生物菌劑對滴灌棉田土壤養(yǎng)分和棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

羅林毅,陳瑞杰,阮向陽,任曉輝,曲 奧,蘇海婷,冶 軍

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】農(nóng)田肥料施用量大、肥料不合理施用會(huì)造成耕地肥力下降、肥料利用率低等問題[1-2]。近20年來,新疆耕地土壤堿解氮和速效磷含量均呈增加趨勢,而土壤速效鉀含量有所下降[3]。施磷肥使土壤有效磷素含量增加,但磷肥當(dāng)季利用率很低,絕大部分的磷素以非有效態(tài)積累于土壤中,造成了磷素在土壤中富集[4];新疆大多數(shù)土壤處于富鉀狀態(tài),缺鉀土壤較少,但如果不注重對土壤鉀的補(bǔ)充或補(bǔ)充較少,會(huì)使區(qū)域耕地土壤速效鉀含量下降[5],且磷礦的分布不均勻[6-7]。研究微生物菌劑對土壤養(yǎng)分的活化作用,對于挖掘土壤潛在的養(yǎng)分,在一定程度上減少肥料施用,緩解資源緊缺具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】微生物在生長繁殖過程中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸、質(zhì)子、多糖等代謝產(chǎn)物,這些代謝產(chǎn)物會(huì)通過磨蝕、酸解等一系列作用使磷鉀礦粉分解并釋放出有效磷、速效鉀,對有機(jī)磷的礦化主要靠酶解作用,細(xì)菌生長對礦物表面產(chǎn)生機(jī)械蝕刻作用,也可以達(dá)到不溶性的離子變成可溶性離子[8-10]。微生物菌劑含有多種特定的生物活體,能夠豐富土壤微生物種類、優(yōu)化土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),其生命活動(dòng)過程中還能產(chǎn)生各類植物生長刺激素,刺激植物生長;此外,通過代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)化土壤中營養(yǎng)元素,抑制土壤有害物質(zhì),具有良好的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[11]。邱詩春等[12]研究發(fā)現(xiàn),增施微生物菌劑能明顯改善土壤理化性質(zhì),有效緩解土壤肥力下降問題,提高土壤養(yǎng)分含量,促進(jìn)水稻對養(yǎng)分的吸收,提高水稻產(chǎn)量及質(zhì)量構(gòu)成因子。微生物菌劑還能促進(jìn)植物的生長發(fā)育,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì),以及作物株高及莖粗等形態(tài)指標(biāo),章日亮等[13]在茄子、棉花上施用微生物菌劑,對增加茄子單果長度和單果重、提高棉花衣分和纖維長度等主要經(jīng)濟(jì)性狀具有良好的作用,明顯提高了作物產(chǎn)量。【本研究切入點(diǎn)】微生物菌劑能促進(jìn)棉花根系生長,使棉株莖粗發(fā)達(dá),從而增加棉花株高、莖粗、葉片數(shù)、果枝臺(tái)數(shù)和成鈴數(shù),促進(jìn)棉花由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)化,通過增加單位面積收獲株數(shù)和單株成鈴數(shù)來提高籽棉產(chǎn)量[14-15]。需研究不同微生物菌劑施用量對棉田土壤養(yǎng)分含量、棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】在棉花關(guān)鍵生育期施用微生物菌劑,活化土壤養(yǎng)分,提高土壤養(yǎng)分含量,滿足植株對養(yǎng)分的需求,從而提高產(chǎn)量和改善品質(zhì),為滴灌棉田施用微生物菌劑提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2021年在石河子大學(xué)農(nóng)試場二連(85°98′37.28″N,44°32′32.99″E)進(jìn)行,土壤類型為灰漠土,供試土壤pH 7.7,堿解氮38.5 mg/kg,速效磷22.4 mg/kg,速效鉀320.1 mg/kg,有效硅373.1 mg/kg。供試棉花品種為新陸早64號(hào),施用的微生物菌劑為阿耶多,由河北萌幫水溶肥料有限公司生產(chǎn)并提供,有效活菌數(shù)≥2.0×108/mL。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn):在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院土壤肥力與養(yǎng)分循環(huán)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,將石河子大學(xué)農(nóng)試場二連0～20 cm土壤取回室內(nèi),風(fēng)干,過2 mm孔篩備用。將風(fēng)干過篩的土壤放入培養(yǎng)盒(130 mm×190 mm×120 mm,每個(gè)培養(yǎng)盒500 g土),每個(gè)培養(yǎng)盒的土壤噴灑5 mL微生物菌劑并攪拌均勻,分別培養(yǎng)0、5、10、15和20 d,3個(gè)重復(fù)。避光放置培養(yǎng)箱中培養(yǎng),培養(yǎng)溫度為25℃,培養(yǎng)盒土壤持水量為20%。

田間小區(qū)試驗(yàn):設(shè)置4個(gè)處理:CK(不施微生物菌劑)、T1(施微生物菌劑75 L/hm2)、T2(施微生物菌劑150 L/hm2)、T3(施微生物菌劑300 L/hm2),每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。栽培模式為1膜3管6行,小區(qū)面積為33.5 m×21.5 m,膜寬2.05 m。菌劑分3次(蕾期、花期、鈴期)隨滴灌施入,其他管理措施參照當(dāng)?shù)孛尢锕芾泶胧?/p>

室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn):分別將培養(yǎng)0、5、10、15和20 d的土壤,2等份自然風(fēng)干,過1和2 mm孔篩,測定土壤有效硅、有效磷、速效鉀。

田間小區(qū)試驗(yàn):第3次施微生物菌劑后,在各小區(qū)的兩側(cè)、中部靠近棉株部位,用土鉆取土法隨機(jī)采集3個(gè)0～60 cm的混合土壤樣品,取回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干,過1和2 mm孔篩,測定土壤有效硅、有效磷、速效鉀。

土壤有效硅采用檸檬酸浸提—硅鉬藍(lán)比色法測定,土壤有效磷采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定,土壤速效鉀采用火焰光度法測定[16]。

產(chǎn)量:在棉花收獲期統(tǒng)計(jì)各小區(qū)的株數(shù)、有效鈴數(shù),計(jì)算單株鈴數(shù);分別摘取各小區(qū)部分正常吐絮棉株上層(第7果枝以上)、中層(4～6果枝)和下層(1～3果枝)棉鈴33、33 和34個(gè),用電子天平稱重,最后實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

品質(zhì):棉纖維送至中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所品質(zhì)指標(biāo)測定(上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率、反射率、黃度、紡紗均勻性指數(shù))。

1.2.3 馬克隆值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]

馬克隆值分為A、B、C三級(jí),B為標(biāo)準(zhǔn)級(jí),A級(jí)取值范圍為3.7～4.2,品質(zhì)最好;B級(jí)取值范圍為3.5～3.6和4.3～4.9;C級(jí)取值范圍為3.4及以下和5.0及以上,品質(zhì)最差。B級(jí)分成B1(3.5～3.6)和B2(4.3～4.9)兩個(gè)檔次,C級(jí)分成C1(3.4及以下)和C2(5.0及以上)兩個(gè)檔次。

記得當(dāng)初蔡大姐曾經(jīng)跟我說過曾局長他們的動(dòng)作，我就覺得曾局長的動(dòng)作太危險(xiǎn)了，如果哪天東窗事發(fā)那可真是吃不了兜著走。只不過現(xiàn)在東窗事發(fā)了，卻要讓曾局長一個(gè)人兜著走，曾局長的后面雖然有個(gè)當(dāng)副市長的舅老爺，但官場的潛規(guī)則就是到了危險(xiǎn)的時(shí)刻，最后的一著棋就是丟卒保車，這次市里、省里的動(dòng)靜很大，曾局長這個(gè)小卒子不死哪個(gè)死？

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與制圖使用Microsoft Excel 2016進(jìn)行整理,應(yīng)用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析,方差分析達(dá)到顯著性水平后(P<0.05),采用Duncan法進(jìn)行處理間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同培養(yǎng)時(shí)間對土壤有效硅、有效磷、速效鉀含量的影響

研究表明,土壤中有效硅、有效磷、速效鉀含量隨著培養(yǎng)時(shí)間呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在培養(yǎng)第5 d時(shí)土壤中有效硅、有效磷、速效鉀含量達(dá)到峰值,從培養(yǎng)第5至20 d土壤有效硅含量、有效磷、速效鉀含量逐步降低。培養(yǎng)5、10、15、20 d與培養(yǎng)0 d相比,土壤有效硅含量分別增加33.8%、20.8%、23.0%、21.8%,均差異顯著;土壤有效磷含量分別增加58.2%、43.2%、42.1%、25.3%,均差異顯著;土壤速效鉀含量分別增加19.2%、13.8%、11.2%、11.3%,均差異顯著。圖1

圖1 不同培養(yǎng)時(shí)間下土壤養(yǎng)分含量變化

0～20 cm、20～40 cm土層,土壤有效硅含量隨著微生物菌劑施用的增加而增加。T1、T2處理與CK的有效硅含量無顯著差異, T3處理的有效硅含量較CK分別增加3.1%、2.7%,且差異顯著。40～60 cm土層,各處理與CK的有效硅含量無顯著差異。圖2

注：CK(不施微生物菌劑)、T1(施微生物菌劑75 L/ hm2)、T2(施微生物菌劑150 L/hm2)、T3(施微生物菌劑300 L/ hm2),P<0.05,下同

0～20 cm、20～40 cm土層,土壤有效磷含量隨著微生物菌劑施用量的增加而增加。0～20 cm土層,T1處理與CK的土壤速效磷含量無顯著差異,T2、T3處理較CK的有效磷含量分別增加21.7%、15.7%,且差異顯著。20～40 cm土層,T1、T2和T3較CK有效磷含量分別增加22.0%、43.4%、51.8%,且差異顯著。40～60 cm土層,各處理與CK有效磷含量無顯著差異。圖3

圖3 不同微生物菌劑下土壤速效磷含量變化

0～20 cm、20～40 cm土層,土壤速效鉀含量隨著微生物菌劑施用量的增加而增加。0～20 cm土層,T1、T2、T3處理較CK的速效鉀含量分別增加9.7%、9.3%、9.4%,且差異顯著。20～40 cm土層,T1、T2、T3處理較CK的速效鉀含量分別增加9.7%、10.5%、7.5%,且差異顯著。40～60 cm土層,各處理與CK的土壤速效鉀含量無顯著差異。圖4

圖4 不同微生物菌劑下土壤速效鉀含量變化

2.2 不同微生物菌劑對棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

研究表明,T1、T2和T3處理的棉花單株鈴數(shù)與CK差異不顯著。T1、T2處理與CK的單鈴重?zé)o顯著差異,T3處理較CK的單鈴重增加8.7%,差異顯著。T1、T2、T3處理較CK的產(chǎn)量分別高9.5%、12.9%、14.6%,差異顯著。表1

表1 不同微生物菌劑下棉花產(chǎn)量 和構(gòu)成因素變化

2.3 不同微生物菌劑對品質(zhì)的影響

研究表明,對于上部鈴,各處理的棉纖維絨長、斷裂比強(qiáng)度、整齊度指數(shù)、伸長率、黃度、紡紗均勻性指數(shù)較CK相比均有提升的趨勢,各處理的馬克隆值和反射率與CK相比呈降低趨勢。其中,T3處理下的伸長率較CK增加3.4%,差異顯著。T2、T3處理下的黃度較CK分別增加6.0%、7.8%,差異顯著。T3處理下的紡紗均勻性指數(shù)較CK增加9.0%,差異顯著。T2、T3處理下的馬克隆值較CK分別降低5.2%、7.2%,且差異顯著。

對于中部鈴,整體上各處理的棉纖維伸長率度和黃度較CK有提升趨勢,各處理的絨長、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、整齊度、反射率、紡紗均勻性指數(shù)較CK均呈下降趨勢。其中,T3處理下的伸長率與較CK增加3.7%,差異顯著。T1、T2處理下的絨長較CK分別降低2.8%、5.6%,差異顯著。T2處理下的斷裂比強(qiáng)度較CK降低7.7%,差異顯著。T2、T3處理下的整齊度較CK分別降低1.1%、2.2%,差異顯著。T2、T3處理下的紡紗均勻性指數(shù)較CK分別降低3.5%、4.0%,且差異顯著。

對下部鈴,各處理的棉纖維絨長、伸長率、紡紗均勻性指數(shù)等指標(biāo)均有提升的趨勢。T1、T3處理下的絨長比CK分別增加1.9%、4.0%,差異顯著。T1、T2、T3處理下的馬克隆值較CK分別減少6.6%、6.6%、14.1%,差異顯著。T3處理下的紡紗均勻性指數(shù)較CK增加10.5%,且差異顯著。表2

表2 不同微生物菌劑下不同部位棉花品質(zhì)變化

3 討 論

3.1微生物菌劑具有調(diào)節(jié)作物生理代謝、促進(jìn)作物生長、促產(chǎn)增益等作用,同時(shí)微生物菌劑中有益微生物在生命活動(dòng)中產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物及營養(yǎng)物質(zhì)能夠改善土壤理化性質(zhì),增加土壤養(yǎng)分含量[18]。微生物主要通過酸解、酶解、多糖絡(luò)合溶解、機(jī)械侵刻作用等方式對土壤礦物進(jìn)行分解,釋放養(yǎng)分[19-22]。

植物生長所需要的養(yǎng)分主要來源土壤中的營養(yǎng)元素,土壤中單硅酸、有效磷、速效鉀是能夠被植物直接吸收的營養(yǎng)元素[23-25]。研究通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)和田間小區(qū)試驗(yàn)得出,施入微生物菌劑,能提高土壤有效硅、有效磷、速效鉀的有效含量,與前人[26-27]研究結(jié)果相似。黃志浩等[28]通過施用微生物MB35-5解硅菌處理的溶液中硅含量較空白CK增加251.4%,驗(yàn)證了解硅菌有極強(qiáng)的解硅能力。張成凱等[29]通過篩選得到的2株高效解硅菌還具有解磷、解鉀、降解纖維素和促生功能,與研究結(jié)果相似。

3.2在棉花蕾期、花期、鈴期施入微生物菌劑,滿足棉花在關(guān)鍵生育期對養(yǎng)分供應(yīng)的需求,促進(jìn)了棉花生長發(fā)育,利于增產(chǎn)[30]。微生物菌劑在為棉花生長提供所需養(yǎng)分的同時(shí)還含有大量活菌,如赤霉素(GA)、細(xì)胞分裂素(CTK)和吲哚乙酸(IAA)等促進(jìn)植株生長的植物生長調(diào)節(jié)劑以及各類維生素、氨基酸和有機(jī)酸類物質(zhì),這些代謝產(chǎn)物對植物生長發(fā)育具有一定的調(diào)節(jié)促進(jìn)作用[31-32]。此外,微生物菌劑能增加棉花鈴數(shù)、單鈴重和衣分,從而使得產(chǎn)量增加[33-34],與研究結(jié)果基本一致。

3.3絨長、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、整齊度、生長率、反射率、黃度、紡紗均勻性指數(shù)是反映棉花品質(zhì)的重要指標(biāo)[35-36]。呂冬青等[37]研究發(fā)現(xiàn),微生物菌劑不僅能促進(jìn)植株對養(yǎng)分的吸收,還有利于養(yǎng)分向生殖器官的轉(zhuǎn)運(yùn),能夠提高棉花絨長、斷裂比強(qiáng)度和整齊度指數(shù),研究發(fā)現(xiàn)微生物菌劑對棉花的上部鈴與下部鈴有較為明顯的影響,對上部鈴、下部鈴,隨著微生物菌劑用量的增加,棉纖維的絨長、整齊度指數(shù)、伸長率、紡紗均勻性指數(shù)等指標(biāo)均有提升的趨勢,與呂冬青等[37]的研究結(jié)果一致。對于上部鈴,CK與T1的處理僅能達(dá)到C2級(jí),而T2、T3處理下的馬克隆值與CK存在顯著差異,達(dá)到了B2級(jí)[17],對于下部鈴,各處理的馬克隆值較CK均達(dá)到B2級(jí),不利的方面是均增加了棉纖維的黃度。隨著結(jié)鈴部位的提升,棉纖維的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)有下降的趨勢,可能是因脫葉劑的作用而非自然成熟所導(dǎo)致。

4 結(jié) 論

微生物菌劑對石河子棉田的土壤養(yǎng)分具有顯著的活化效應(yīng)。微生物菌劑施入土壤的第5 d,土壤有效硅、有效磷、速效鉀的有效含量達(dá)到峰值。隨著菌劑施用量增加,微生物菌劑對土壤養(yǎng)分活化效率逐步提高。0～40 cm土層,各處理的土壤有效硅、有效磷、速效鉀含量較CK均有所增加,施用量為300 L/hm2的效果最顯著,40～60 cm土層差異不顯著。此外,微生物菌劑通過增加單鈴重進(jìn)而提高產(chǎn)量,其中施用量為300 L/hm2的最顯著。微生物菌劑能顯著增加棉纖維的絨長、黃度、紡紗均勻性指數(shù),馬克隆值由C2達(dá)到B2級(jí),品質(zhì)顯著提高,施用量為300 L/hm2的最顯著。