硅鈣肥對膜下滴灌棉花冠層、光合作用、產(chǎn)量和土壤粒徑的影響

李志強(qiáng)，劉洪亮，田玲枝，劉曉偉，呂 軍，李 君，高英杰

（1石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，新疆 石河子 832000；2兵團(tuán)第八師一三三團(tuán)，新疆 石河子 832000）

0 引言

硅鈣肥是一種枸溶性礦物肥料，它富含硅、鈣、鎂、鉀、硫等對作物生長發(fā)育有益的元素?，F(xiàn)階段硅鈣肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要集中在水稻[1-3]、小麥[4]、玉米[5]、大豆[6-7]、甘蔗[8]、蔬菜[9-12]、水果[13-15]的生長發(fā)育及其應(yīng)用效果研究，對棉花長期施用后生長發(fā)育的研究較少，本文通過4年連續(xù)施用硅鈣肥，研究施用硅鈣肥對膜下滴灌棉花冠層、光合作用、養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和土壤粒徑的影響，為硅鈣肥在棉花上的利用以及該技術(shù)的大面積推廣提供科學(xué)依據(jù)與支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)地東6號地。供試土壤為灌耕灰漠土，土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)17.36 g/kg，速效氮22.33 mg/kg，速效磷11.72 mg/kg，速效鉀304.25 mg/kg，土壤pH值為8.17，電導(dǎo)率0.129 ms/cm。種植棉花品種為新陸早46號。硅鈣肥為硅鈣肥A（水淬渣硅鈣肥，領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司提供，有效硅（SiO2）≥25%，鈣（CaO）≥39%）和硅鈣肥B（鋼渣硅鈣肥，曲沃縣瑞豐硅肥廠提供，有效硅（SiO2）≥20%，鈣（CaO）≥16%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年至2017年在石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院進(jìn)行，試驗(yàn)分為3個(gè)處理，處理一：硅鈣肥A，施用量為720kg/hm2；處理二：硅鈣肥B，施用量為900 kg/hm2；硅鈣肥每年基施施用一次；處理三（對照）：常規(guī)施肥。試驗(yàn)采取小區(qū)處理，重復(fù)4次，每個(gè)小區(qū)面積6×6=36 m2，試驗(yàn)用地共計(jì)432 m2。

1.3 試驗(yàn)調(diào)查及采樣

每年棉花盛鈴期，用LAI-2000測定棉花冠層指數(shù)，Li-6400測定棉花光合參數(shù)，同時(shí)每個(gè)小區(qū)取3株棉花帶回實(shí)驗(yàn)室后洗凈，105℃殺青30min，75℃烘干粉碎，測定植株氮、磷、鉀、硅、鈣含量。

每年9月下旬調(diào)查棉花株高、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、棉花基部莖粗（子葉脫落部位上3cm）和每個(gè)小區(qū)棉花產(chǎn)量（實(shí)收計(jì)產(chǎn)）。10月初棉花收獲完成后，用土鉆每個(gè)小區(qū)取0—20 cm土壤1 kg左右，實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干過篩，用于測定土壤有效硅、有效鈣，進(jìn)行粒徑分析。

1.4 氮、磷、鉀、硅、鈣測定

植株氮磷鉀測定采用濃H2SO4—H2O2消解，全氮采用凱式定氮儀測定，全磷采用釩鉬黃比色法測定，全鉀采用火焰光度計(jì)測定；植株鈣采用鹽酸浸提—原子吸收分光光度法測定，土壤有效硅采用檸檬酸浸提—比色法測定，土壤交換性鈣采用乙酸銨交換—原子吸收分光光度法測定[16]。植株硅采用氫氧化鈉熔融—硅鉬藍(lán)比色法[17]，土壤粒徑組成采用吸管法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010作圖和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅鈣肥對土壤有效硅和交換性鈣的影響

圖1 硅鈣肥對土壤有效硅的影響Figure1 The effect of silicon calcium fertilizer on arail able silicon in soil

圖2 硅鈣肥對土壤交換性鈣的影響Figure2 The effect of silicon calcium fertilizer on exchangeable calcium

由圖1可知，施用硅鈣肥顯著增加土壤有效硅含量，并且隨著施用年限的增加而增加。從施用硅鈣肥第1年、第2年和第4年的數(shù)據(jù)來看，施用水淬渣硅鈣肥土壤有效硅分別比對照增加6.70%、12.91%和19.38%，4年平均增加13.00%；施用鋼渣硅鈣肥土壤有效硅分別比對照增加5.49%、9.81%和14.51%，4年平均增加9.94%。水淬渣硅鈣肥效果好于鋼渣硅鈣肥。

由圖2可知，施用硅鈣肥能顯著增加土壤交換性鈣含量，并且隨著施用年限的增加而增加。從施用硅鈣肥第1年、第2年和第4年的數(shù)據(jù)來看，施用水淬渣硅鈣肥土壤交換性鈣分別比對照增加4.51%、5.53%和6.26%，4年平均增加5.44%；施用鋼渣硅鈣肥土壤交換性鈣分別比對照增加1.27%、1.59%和2.51%，4年平均增加1.79%。水淬渣硅鈣肥效果好于鋼渣硅鈣肥。

圖3 硅鈣肥對土壤粒徑的影響Figure3 Relationship between silicon calcium fertilizer and soil structure

圖4 硅鈣肥對氮磷鉀吸收的影響Figure4 Relationship between silicon calcium fertilizer and N P K absorption

2.2 硅鈣肥對土壤粒徑的影響

由圖3可知，水淬渣硅鈣肥和鋼渣硅鈣肥對土壤粒徑都有影響，從施用硅鈣肥第1年、第2年和第4年的數(shù)據(jù)來看，施用硅鈣肥可增加土壤粒徑小于0.02 mm土壤顆粒數(shù)量，減少土壤粒徑大于0.02 mm土壤顆粒；施用水淬渣硅鈣肥主要提高土壤0.020—0.002 mm和小于0.002 mm粒徑的百分比，分別比對照增加5.41%、2.20%、2.00%和1.12%、1.10%、3.84%，4年平均分別為3.20%和2.02%；而施用鋼渣硅鈣肥主要提高土壤0.020—0.002 mm和小于0.002 mm粒徑的百分比，分別比對照增加4.49%、0.40%、1.84%和2.43%、3.30%、3.98%，4年平均分別為2.24%和3.24%。土壤粒徑大于0.02 mm土壤顆粒2種硅鈣肥分別比對照減少4.42%和4.65%。同時(shí)也可以看出，水淬渣硅鈣肥提高土壤0.020—0.002 mm土壤顆粒較多，而鋼渣硅鈣肥提高土壤小于0.002 mm土壤顆粒較多。

2.3 硅鈣肥對植株養(yǎng)分吸收的影響

由圖4可知，從施用硅鈣肥第1年、第2年和第4年的數(shù)據(jù)來看，施用硅鈣肥促進(jìn)植株對氮、磷養(yǎng)分的吸收，水淬渣硅鈣肥分別比對照增加2.76%、0.15%、7.06%和6.08%、3.36%、0.35%，4年平均分別為3.33%和3.26%；鋼渣硅鈣肥分別比對照增加1.96%、0.85%、2.95%和2.77%、0.57%、-2.35%，4年平均分別為1.92%和0.33%；其中水淬渣硅鈣肥效果較好。水淬渣硅鈣肥促進(jìn)第1年和第4年鉀的吸收，而鋼渣硅鈣肥第2年和第4年減少鉀的吸收。

表1 硅鈣肥對對棉花冠層參數(shù)的影響Table1 Effect of slicon calcium fertilizer on cotton canopy parameter

由圖5可知，施用硅鈣肥顯著促進(jìn)棉花對硅的吸收，并且隨著施用年限的增加而增加。從施用硅鈣肥第1年、第2年和第4年的數(shù)據(jù)來看，施用水淬渣硅鈣肥棉花植株硅含量分別比對照增加12.80%、29.85%和60.49%，4年平均增加34.38%；施用鋼渣硅鈣肥棉花植株硅含量分別比對照增加2.75%、9.16%和35.89%，4年平均增加15.94%。水淬渣硅鈣肥效果好于鋼渣硅鈣肥。

圖5 硅鈣肥對棉花硅吸收的影響Figure5 The effect of silicon calcium fertilizer on silicon absorption of cotton

由圖6可知，施用硅鈣肥顯著促進(jìn)棉花對鈣的吸收，并且隨著施用年限的增加而增加。從施用硅鈣肥第1年、第2年和第4年的數(shù)據(jù)來看，施用水淬渣硅鈣肥棉花植株鈣含量分別比對照增加10.33%、11.44%和13.74%，4年平均增加11.84%；施用鋼渣硅鈣肥棉花植株鈣含量分別比對照增加4.01%、4.72%和6.30%，4年平均增加5.01%。水淬渣硅鈣肥效果好于鋼渣硅鈣肥。

圖6 硅鈣肥對鈣吸收的影響Figure6 The effect of silicon calcium fertilizer on silicon absorption of cotton

2.4 硅鈣肥對棉花冠層和光合參數(shù)的影響

從表1施用硅鈣肥第1年、第2年和第4年的數(shù)據(jù)來看，施用硅鈣肥增加棉花葉面積指數(shù)。施用水淬渣硅鈣肥的葉面積指數(shù)與對照相比分別增加16.33%、15.90%、4.85%，4年平均增加12.36%；施用鋼渣硅鈣肥的葉面積指數(shù)與對照相比分別增加0.19%、12.97%、3.57%，4年平均為5.58%。

無截取散射值表明，探頭可見的天空部分的比例，范圍0（全葉片）—1（無葉片）之間；由表1可知，施用水淬渣硅鈣肥第1年、第2年和第4年的無截取散射值與對照相比分別降低了33.98%、34.41%和17.47%，4年平均降低28.62%；而施用鋼渣硅鈣肥與對照相比在施用第1年無截取散射值增加2.59%，在施用第2年、第4年分別比對照降低23.68%和13.24%。2種硅鈣肥之間，水淬渣硅鈣肥的無截取散射值顯著低于鋼渣硅鈣肥，表明施用河北硅鈣肥葉片遮蔽性高于山西硅鈣肥。如果所有葉片都是水平的，那么平均葉傾角就是0°，若都是垂直的，則為90°，一般平均葉傾角處于30°（水平葉片占優(yōu)勢）—60°（垂直葉片占優(yōu)勢）度之間。由表1可知，施用兩種硅鈣肥4年均可增加葉片平均葉傾角角度，平均葉傾角越大證明植株越緊湊，有利于增加下部葉片光照，提高植株利用光能效率。

圖7 硅鈣肥對棉花光合參數(shù)的影響Figure7 The effect of silicon calcium fertilizer on cotton photosynthesis

由圖7A可知，施用硅鈣肥顯著提高棉花葉片凈光合速率，并且隨著施用年限的增加增長率有減少趨勢；施用水淬渣硅鈣肥的棉花葉片凈光合速率與對照相比分別增加3.26%、2.32%、1.78%，4年平均增加2.45%；施用鋼渣硅鈣肥的凈光合速率與對照相比分別增加2.56%、1.10%、1.04%，4年平均增加1.57%。由圖7B、7C、7D可知，施用水淬渣硅鈣肥第1年、第2年棉花葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率比對照分別增加9.73%、4.05%和10.11%、2.64%，第1年、第2年、第4年胞間二氧化碳濃度比對照分別增加0.10%、1.97%和1.01%；與對照相比，在施用第4年棉花氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均分別降低了9.09%、1.87%。施用鋼渣硅鈣肥第1年、第2年棉花葉片氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度比對照分別減少6.19%、4.67%和1.88%、0.20%；與對照相比，在施用第4年棉花氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度分別增加了1.26%、0.93%；葉片胞間二氧化碳濃度第1年比對照增加6.85%，而第2年、第4年比對照減少1.48%和0.09%。

表2 硅鈣肥對棉花產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響Table2 The effect of silicon calcium fertilizer on yield component factors

2.5 硅鈣肥對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表2可知，通過4年試驗(yàn)，施用水淬渣硅鈣肥可以增加棉花植株果枝臺數(shù)、單株成鈴數(shù)、單鈴重和棉花莖稈直徑。施用水淬渣硅鈣肥果枝臺數(shù)第1年、第2年和第4年比對照分別增加2.59%、2.55%和3.10%，4年平均增加2.75%。單株成鈴數(shù)第1年、第2年和第4年比對照分別增加34.55%、1.52%和10.53%，4年平均增加15.53%。單鈴重第1年、第2年、第4年比對照分別增加4.37%、1.56%和5.93%，4年平均為3.95%。棉花莖稈基部莖粗第1年、第2年、第4年比對照分別增加3.63%、0.89%和0.81%，4年平均為1.78%。施用鋼渣硅鈣肥可以增加棉花單株成鈴數(shù)、單鈴重和棉花莖稈直徑。施用鋼渣鈣肥單株成鈴數(shù)第1年、第2年和第4年比對照分別增加1.82%、6.06%和3.51%，4年平均為3.80%。單鈴重第1年、第2年、第4年比對照分別增加4.04%、2.51%和9.42%，4年平均為5.32%。棉花莖稈基部莖粗第1年、第2年、第4年比對照分別增加1.47%、1.25%和3.39%，4年平均為2.04%。果枝臺數(shù)第1年、第2年比對照分別減少0.14%、0.99%，而第4年增加2.15%。

圖8 硅鈣肥對棉花產(chǎn)量的影響Figure8 The effect of silicon calcium fertilizer on cotton yield

由圖8可知，通過這4年試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣肥能提高棉花產(chǎn)量。施用水淬渣硅鈣肥棉花產(chǎn)量第1年、第2年和第4年比對照分別增加6.62%、2.11%和5.94%，4年平均為4.89%。施用鋼渣硅鈣肥棉花產(chǎn)量第1年、第2年和第4年比對照分別增加5.08%、1.19%和5.85%，4年平均為4.04%。水淬渣硅鈣肥效果好于鋼渣硅鈣肥。

3 討論

劉鳴達(dá)[18-19]等研究發(fā)現(xiàn)，鋼渣施用量的增加或粒度變細(xì)土壤水溶性硅含量增加；寧東峰[20]等研究發(fā)現(xiàn)，將鋼渣磨細(xì)做成粉末狀產(chǎn)品能提高硅的利用效率。本文研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)4年施用硅鈣肥可增加土壤有效硅和交換性鈣的含量，并且隨著施用年限的增加而增加，這可能是與硅鈣肥是枸溶性礦物肥料以及其含有的有效硅和鈣含量較高有關(guān)。本文研究還發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣肥能夠增加土壤直徑小于0.020 mm顆粒百分比，水淬渣硅鈣肥提高土壤0.020—0.002 mm土壤顆粒較多，而鋼渣硅鈣肥提高土壤小于0.002mm土壤顆粒較多。硅鈣肥提高土壤細(xì)顆粒的原因有可能是與硅鈣肥的物理構(gòu)成有關(guān)。

賀立源等研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣肥促進(jìn)小麥對氮、磷、鉀、硅、鈣、鎂等元素的吸收；程鳳嫻等[11]研究發(fā)現(xiàn)，鉀硅鈣肥促進(jìn)茄子氮的積累和磷鉀元素的吸收；張麗陽等[5]研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣肥增加爆粒玉米硅和鈣的含量；邢穎等[21]研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣磷肥可促進(jìn)甘蔗莖中氮、鉀養(yǎng)分積累；本文研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣肥促進(jìn)棉花對氮、磷、硅和鈣的吸收，并且植株硅和鈣的吸收隨著施用年限的增加而增加。

李志強(qiáng)[22]研究發(fā)現(xiàn)，施用含硅礦渣可促進(jìn)水稻、玉米的產(chǎn)量和光合作用，減少植株葉夾角；張麗陽等[5]研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣肥增加玉米光合作用、葉面積指數(shù)和產(chǎn)量；林蔚剛等[7]研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣肥可增加大豆葉面積，提高大豆產(chǎn)量；還有一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣肥促進(jìn)水稻[1-3]、小麥[4]、甘蔗[8]、苜蓿[23]蔬菜[9-12]等作物生長和提高產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)4年施用硅鈣肥增加棉花葉面積指數(shù)、減少地面無截取散射值和增加葉傾角、葉片凈光合速率、單株成鈴數(shù)、單鈴重和棉花莖稈直徑，提高棉花產(chǎn)量。硅鈣肥能促進(jìn)棉花生長和提高棉花產(chǎn)量的原因有可能是施用硅鈣肥提高了土壤硅和鈣的含量，促進(jìn)棉花對硅、鈣等養(yǎng)分的吸收，使棉花植株直立緊湊，增加了棉田葉面積指數(shù)，減少了地面光的散射，促進(jìn)了棉花的光合作用。

4 結(jié)論

（1）水淬渣硅鈣肥和鋼渣硅鈣肥都可以顯著增加土壤有效硅和交換性鈣的含量，提高棉花葉面積指數(shù)、葉傾角和光合速率，促進(jìn)棉花對氮、磷、鈣、硅元素的吸收。（2）水淬渣硅鈣肥和鋼渣硅鈣肥都可以顯著促進(jìn)棉花生長，增加了棉花單株成鈴數(shù)、單鈴重和棉花莖稈直徑，棉花產(chǎn)量4年平均分別增加4.89%和4.04%。水淬渣硅鈣肥效果好于鋼渣硅鈣肥。

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