連作障礙消減措施對(duì)棉花產(chǎn)量形成和化感自毒作用的影響

劉雪花，支金虎,柴朝暉,王德勝,姚永生,王 遠(yuǎn),唐 夢(mèng),宋傘傘,鄭森宇

(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.億利阿拉爾生態(tài)科技有限公司，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】到2017年，全國棉花種植面積3 194.73×103hm2，產(chǎn)量565.30×104d，而新疆棉花面積已達(dá)到2 217.47×103hm2、總產(chǎn)量達(dá)到456.600 0×104t，分別占到全國的69.41%和和80.71%[1]。棉花連作障礙，主要是由于棉花植株根系分泌物可以向土壤中釋放羥基苯甲酸、香草醛、阿魏酸和沒食子酸等化感物質(zhì)[2,3],棉花秸稈還田腐解后釋放出的4-羥基-4-甲基-2-戊酮、鄰苯二甲酸二丁酯、棕櫚酸、雙(1-甲基丙基)-琥珀酸甲酯、亞油酸、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)[4,5]，以及棉田腐殖質(zhì)中的軟脂酸、亞油酸和鄰苯二甲酸二丁酯等[4]化感物質(zhì)的存在而導(dǎo)致。棉花連作年限不斷增加，土壤中微生物總量有明顯的下降趨勢(shì)，會(huì)導(dǎo)致一定階段內(nèi)的土壤生物多樣性下降，使細(xì)菌和放線菌的降低、真菌數(shù)增加[6]。導(dǎo)致棉花生長(zhǎng)受抑、病蟲害加重，研究新疆塔里木盆地棉花在不同連作障礙消減措施下的化感自毒效應(yīng)和評(píng)價(jià)方式,對(duì)生產(chǎn)上減輕棉花連作障礙有實(shí)際意義。這被稱作棉花連作中的化感自毒作用。【前人研究進(jìn)展】多年連作后棉田土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和生物多樣性會(huì)發(fā)生顯著改變[7～10]，從而會(huì)對(duì)養(yǎng)分的吸收產(chǎn)生間接的影響。而生物炭施用則可以改變土壤中微生物群落的多樣性[11,12], 以此來調(diào)節(jié)棉田土壤微生物種群結(jié)構(gòu)，改善棉花連作障礙狀況。李銀平等[13]用小麥-綠肥-棉花、綠肥-棉花復(fù)播和直播的方法來驗(yàn)證綠肥對(duì)連作棉田的消減效果，不論哪種倒茬方式，都可以顯著提高土壤磷素和鉀素的含量，同時(shí)均可顯著提高棉花產(chǎn)量，綠肥倒茬經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季后，土壤中原有養(yǎng)分消耗會(huì)相對(duì)減少?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，研究者們?nèi)匀辉谕ㄟ^各種措施消減棉花連作障礙和化感自毒作用，其中間作、輪作是緩解棉花連作自毒作用的重要方法，但作用大小和機(jī)理則與種植作物有關(guān)。如孫新展等[14]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，棉花-孜然間作、棉花-小麥輪作可顯著降低土壤中總酚、阿魏酸和羥基苯甲酸的含量，從而降低棉花化感自毒作用。針對(duì)棉花化感作用的研究主要集中在棉花植株浸提液對(duì)其它植物種子發(fā)芽的低促高抑機(jī)制[15～18]及其它植株浸提液和分泌物對(duì)棉花種子發(fā)芽的化感作用機(jī)制[19,20]，而對(duì)田間土壤浸提液對(duì)棉花的化感作用方面的研究則相對(duì)較少。研究新疆塔里木盆地 棉花在不同連作障礙消減措施下的化感自毒效應(yīng)和評(píng)價(jià)方式?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用田間小區(qū)試驗(yàn),研究不同消減措施對(duì)塔里木盆地棉花土壤養(yǎng)分凈變化、植株生長(zhǎng)、產(chǎn)量、種子發(fā)芽的化感自毒效應(yīng),為生產(chǎn)上減輕棉花連作障礙提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2017～2018年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師阿拉爾市農(nóng)科所試驗(yàn)地進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)地處塔里木盆地西緣投，屬暖溫帶極端荒漠區(qū)。試驗(yàn)地棉花連作超過10年，耕層土壤全氮含量0.72 g/kg、有機(jī)質(zhì)含量12.16 g/kg、pH值7.6、總鹽含量為3.14 g/kg、土壤堿解氮含量44.33 mg/kg、速效磷含量23.07 mg/kg、速效鉀含量157.32 mg/kg。

采用田間小區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，棉花栽培方式為一膜6行，栽培品種為新陸中49號(hào)。保持冬春灌，灌溉方式為滴灌?；A(chǔ)肥料為農(nóng)戶常規(guī)方案：基肥60 kg (為20-20-10的三元顆粒復(fù)混肥)，追肥為尿素+磷酸一銨(比例為1∶2)，隨水滴施，每次帶肥6 kg,共計(jì)追肥10次。所有小區(qū)基礎(chǔ)肥料用量和方案保持一致。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)不同處理。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)5個(gè)處理，分別是CC(棉花連作)、CM(連作棉花+微生物肥料)、CRR(油菜-棉輪作)、CRI(棉花-油菜間作)、RIM(棉花油菜間作+微生物肥料)，其中CC為對(duì)照，其它四個(gè)為消減措施處理。油菜品種為飼油二號(hào)，微生物菌肥為新洋豐海藻菌肥(有效活菌數(shù)>5億個(gè)，N、P2O5、K2O總養(yǎng)份量5%)，生物菌肥與基肥一次性施入,每畝用量30 kg。小區(qū)面積55 m2,重復(fù)3次。

1.2 方 法

1.2.1 土壤養(yǎng)分樣品采集與測(cè)定

實(shí)驗(yàn)前采集試驗(yàn)地塊測(cè)定土壤基礎(chǔ)肥力，施肥和種植結(jié)束后3 d內(nèi)按小區(qū)再次采集離播種行距離5 cm的土壤樣品測(cè)定土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量。棉花成熟期(9月下旬)采集距離棉株5 cm的土壤測(cè)定堿解氮、速效磷、速效鉀含量。采樣深度為40 cm，每20 cm為一層。每個(gè)小區(qū)每層按S布點(diǎn)采集混合樣，風(fēng)干后測(cè)定速效養(yǎng)分(參照《土壤農(nóng)化分析》[21]),堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，速效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-分光光度法，速效鉀測(cè)定采用中性醋酸銨浸提-火焰光度法。

1.2.2 株高及產(chǎn)量指標(biāo)

株高：在棉花生長(zhǎng)的花鈴盛期(8月中旬)，每個(gè)小區(qū)選擇生長(zhǎng)均勻的3行棉花，每行選擇連續(xù)的10株，從子葉節(jié)開始到最頂端的高度作為株高。

產(chǎn)量：量以理論測(cè)定產(chǎn)量作為試驗(yàn)結(jié)果, 測(cè)定方法如下[22]:

籽棉產(chǎn)量(kg/hm2)

平均單株鈴數(shù):每小區(qū)測(cè)定30株的成鈴數(shù), 求出平均單株鈴數(shù)作為結(jié)果(其中幼鈴和花蕾不計(jì)算在內(nèi))。

單鈴籽棉重:每小區(qū)定點(diǎn)30株棉株, 從吐絮后定期采收, 多次采收后將各小區(qū)每次收集到籽棉的重量累加, 得到30株棉花籽棉重, 之后計(jì)算出每株單鈴重, 除以單株鈴數(shù)后則為平均單鈴籽棉重。

行距:每點(diǎn)數(shù)11 行(10個(gè)行距), 量其寬度總和, 再除以10即得。株距測(cè)定:每點(diǎn)在一行內(nèi)取21株(20個(gè)株距), 量其總長(zhǎng)度, 再除以20即得。行距和株距在每個(gè)小區(qū)測(cè)定三個(gè)樣點(diǎn), 求平均值作為結(jié)果。

1.2.3 化感作用效應(yīng)指數(shù)的測(cè)定

在棉花生長(zhǎng)的蕾期，用抖落法采集各處理棉花根際土壤鮮樣，每個(gè)小區(qū)按行采取，每行10株選連續(xù)的10株棉花。土樣采回后放置于-20℃中儲(chǔ)存待用。試驗(yàn)時(shí)取出一部分新鮮土樣自然融化后用烘干法測(cè)定含水量，之后取另一部折算質(zhì)量后用蒸餾水按1∶5土液比(質(zhì)量比)對(duì)土壤進(jìn)行浸提。浸提液作為母液，之后分別稀釋到1∶10、1∶50、1∶100、1∶200、1∶500后對(duì)棉花種子(光種)進(jìn)行發(fā)芽測(cè)試。測(cè)試時(shí)將棉花種子用高錳酸鉀和次氯酸鈉消毒、無菌水清洗、晾干，在一次性消毒培養(yǎng)皿底部墊2層滅菌后的濾紙，加入上述母液及稀釋后的水提液20 mL,將處理過的棉花種子播于濾紙上,蓋蓋子后在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。3 d后測(cè)定發(fā)芽勢(shì)，第8 d測(cè)定發(fā)芽率并用直尺量出幼苗長(zhǎng)。最后以對(duì)照小區(qū)土壤浸提液處理后的棉花種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗長(zhǎng)作為對(duì)照值，其它小區(qū)土壤浸提液處理后得到的結(jié)果作為處理值，計(jì)算以各參數(shù)計(jì)算的化感作用效應(yīng)指數(shù)(RI)。同時(shí)在薛啟(2017)的方法[23]基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化，以發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)的算術(shù)平均數(shù)作為綜合化感指數(shù)(RIs)。

化感指數(shù)RI借鑒Williamson et al.(1988)提出的方法[24]進(jìn)行計(jì)算。

其中，RI為化感作用效應(yīng)指數(shù)，C為對(duì)照值，T為處理值，當(dāng)RI>0時(shí)為促進(jìn)作用，RI<0時(shí)為抑制作用，絕對(duì)值的大小與作用強(qiáng)度的大小相一致。

RIs為綜合化感效應(yīng)指數(shù)，定義為各化感效應(yīng)指數(shù)的算術(shù)平均值，計(jì)算方法為：

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010處理，SAS軟件進(jìn)行ANOVA分析和DUNCAN多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作障礙消減措施對(duì)棉田土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 不同消減措施下連作棉田土壤養(yǎng)分變化

基礎(chǔ)值為基肥施用后測(cè)定值，占到全程施肥量的50%，在剩余的50%肥料以追肥形式施入，經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季后，土壤速效氮、磷、鉀均比基礎(chǔ)值要降低，降低的幅度等于全程施肥量和作物吸收量之差。研究表明，不同消減措施下土壤速效養(yǎng)分有一定差異。對(duì)于堿解氮和速效鉀來講無論哪個(gè)處理，成熟期0～20 cm土層含量均比20～40 cm土層高，而速效磷則因處理不同而不同。在五種處理下，0～20 cm土層堿解氮成熟期測(cè)定值差異不顯著，20～40 cm土層中堿解氮為連作處理(CC)最高，而間作(CRI)最低，平均比連作對(duì)照處理低9.5%; 0～20 cm土層速效磷含量是間作處理(CRI)下最高而油菜輪作處理(CRR)最低,CRI處理比連作對(duì)照處理高7.8%，CRR處理比連作對(duì)照低12.88%，20～40 cm土層則是油菜輪作處理(CRR)最高，其次是連作處理(CC)，CRR比CC高4.78%，而其它三個(gè)處理間差異不顯著，它們比對(duì)照低8.45%；0～20 cm土層速效鉀是輪作處理(CRR)和間作處理(CRI)最高，CRI比對(duì)照處理高12.16%，但加微肥后(RIM)反而結(jié)果最低，20～40 cm土層中除RIM處理，其它處理間差異不顯著。表1

2.1.2 不同消減措施下棉田土壤速效養(yǎng)分的凈變化

將成熟期剩余值和基礎(chǔ)值之差作為速效養(yǎng)分的凈變值(NCV)。

研究表明，不同處理、不同土層中堿解氮、速效磷、速效鉀的凈變化差異均顯著。對(duì)堿解氮而言，0～20 cm土層中連作處理(CC)、連作棉花+微生物肥料處理(CM)凈變化最小，而棉花-油菜間作處理(CRI)則最大，按凈減少量來算，不同處理間堿解氮凈變化大小順序?yàn)長(zhǎng)2≈L1>RIM>CRR>CRI, CRI處理比連作對(duì)照低100%，RIM比對(duì)照低14.6%。20～40 cm土層中CC處理最小而CRI處理最大，CRI處理比連作對(duì)照低766.6%，各處理凈變化大小為L(zhǎng)1>RIM>CRR> L2>CRI。對(duì)速效磷來講，0～20 cm土層中連作+微生物肥料處理(CRI)凈變化最大，相對(duì)對(duì)照凈減少量多9.3%，輪作處理(CRR)凈變化最小，相對(duì)對(duì)照凈減少了大44.07%，各處理凈變化大小順序?yàn)長(zhǎng)4>RIM≈CC> L2>CRR。20～40 cm土層中CM處理凈變化最大，而輪作處理L3則最小，比對(duì)照處理減少量多248.3%，各處理凈變化大小順序?yàn)長(zhǎng)2>CC>CRI≈ L5>CRR。對(duì)速效鉀來講，0～20 cm土層中間作處理(L4)凈變化為正值，原因可能為試驗(yàn)誤差導(dǎo)致，凈變化最小的為間作+微生物肥料(RIM)，比對(duì)照處理小113.2%，各處理凈變化大小順序?yàn)長(zhǎng)4>CRR>CM> L1>RIM。20～40 cm土層中凈變化最大的為連作+微生物肥料(L2),減少量比對(duì)照少68.75%，凈變化最小的為間作+微生物肥料(RIM)，減少量比對(duì)照多355%，各處理凈變化大小順序?yàn)長(zhǎng)2>CRI≈CRR> L1>RIM。表2

表1 不同消減措施下連作棉田土壤養(yǎng)分差異

Table 1 Varieties of soil nutrients in continuous cropping cotton fields under different alleviating measures

土壤深度Soil depth(cm)處理Trentments堿解氮Hydrolyzable N(mg/kg)速效磷R(shí)eadily available P(mg/kg)速效鉀Readily available K(mg/kg)0^20 cm基礎(chǔ)值51.3±241.3±5.1273.2±15.1CC47.3±7.6a29.5±3.7ab245.9±44.3bCM47.3±1.7a27±1.3c260.7±83.5abCRR46.1±2.7a25.7±1.9d270.8±35.8aCRI43.2±2.7a31.8±3.6a275.8±10.5aRIM46.7±6.1a28.4±2.4b215±13.3c20^40 cm基礎(chǔ)值46.7±6.129±2.1237.8±16.9CC46.1±4.4a27.2±8.4b229.8±21.5aCM43.2±2.7c28.5±3.9a235.3±36.4aCRR44.9±5.3bc24.9±4.5c231±17.5aCRI41.4±4d24.9±1.8c232.5±13.5aRIM45.5±4.6ab24.6±1.2c201.4±16.6b

注：小寫字母不同表示差異達(dá)到0.05顯著水平，字母相同表示處理間差異不顯著

Note: Lowercase letters indicate the significant differences at 5% level (LSD.P<0.05)in the same soil depth among different treatments

表2 不同消減措施下棉田土壤速效養(yǎng)分凈變化

Table 2 Net changes of available nutrients in cotton soil under different alleviating measures

土壤深度Soil depth(cm)處理Trentments堿解氮Hydrolyzable N(mg/kg)速效磷R(shí)eadily available P(mg/kg)速效鉀Readily available K(mg/kg)0^20 cmCC-4.1a-11.8b-27.3dCM-4.1a-14.2c-12.5cCRR-5.3c-17d-2.4bCRI-8.2d-9.5a2.7aRIM-4.7b-12.9bc-58.2e20^40 cmCC-0.6a-3.1b-8cCM-3.5d-0.5a-2.5aCRR-1.8c-10.8d-6.83bcCRI-5.2e-4.1c-5.4bRIM-1.2b-4.4c-36.4d

注：小寫字母不同表示差異達(dá)到0.05顯著水平，字母相同表示處理間差異不顯著

Note: Lowercase letters indicate the significant differences at 5% level (LSD.P<0.05)in the same soil depth among different treatments

2.2 不同消減措施對(duì)棉花株高和產(chǎn)量的影響

2.2.1 不同消減措施處理下棉花株高和產(chǎn)量差異

研究表明，在五個(gè)處理中，輪作油菜只考慮土壤養(yǎng)分變化情況和化感作用情況，不考慮棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量。對(duì)于其它四個(gè)處理，間作+微生物肥料(RIM)處理下的株高最高，而棉花-油菜間作(CRI)、輪作油菜(CRR)、連作棉花+微生物肥料(CM)、連作棉花(CC)之間差異不顯著，間作+微生物菌肥(RIM)促進(jìn)棉花植株生長(zhǎng)效果最為明顯，RI=0.039。對(duì)于產(chǎn)量構(gòu)成要素果枝臺(tái)數(shù)來說，CM處理和CRI、RIM之間差異不顯著，但與其它兩個(gè)處理間差異顯著，CRI和CC處理間差異不顯著而CRR和CC間差異顯著，總體來講，連作+微生物肥料處理(CM, RI=0.161)和間作+微生物肥料(RIM,RI=0.119)有利于增加棉花果枝臺(tái)數(shù)，微生物肥料具有促進(jìn)果枝臺(tái)數(shù)形成的關(guān)鍵作用。對(duì)單鈴重來講，間作+微生物肥料(RIM)最大,RI=0.154，與其它幾個(gè)處理間差異顯著，而其它幾個(gè)處理下的單鈴重則沒有顯著差異。利用測(cè)產(chǎn)方法得到籽棉產(chǎn)量顯示，間作+微生物肥料(RIM)處理下籽棉產(chǎn)量最高，RI=0.321,輪作(CRR)和連作(CC)差異不顯著，其中RIM產(chǎn)量可以達(dá)到6 774.2 kg/hm2。表3

表3 不同消減措施處理下棉花株高和產(chǎn)量差異

Table 3 The difference of cotton plant height and yield under different alleviating measures

處理Treatments株高Plant eight(cm)RIh果枝臺(tái)數(shù)Branches numberRIb單鈴重Boll weight(g)RIw籽棉產(chǎn)量Seed cotton yield(kg/hm2)RIyCC54.7±6.1ab5.2±0.9b5.5±0.6b5 925±966.2bCM54.6±9.1ab-0.002 6.2±1.4a0.161 5.3±1.7b-0.036 4 703.8±690.6c0.306 CRR54.4±7.2ab-0.005 5±1b-0.038 5.2±0.6b-0.05 5 839.16±607.8b0.194 CRI52.6±5.6b-0.038 5.9±1.5ab-0.038 5.4±0.4b-0.018 4 801±152.7c0.020 RIM56.9±8.2a0.039 5.9±1.5ab0.119 6.5±1a0.154 6774.2±889.6a0.321

注：小寫字母不同表示差異達(dá)到0.05顯著水平，字母相同表示處理間差異不顯著。計(jì)算RI時(shí)以連作結(jié)果作為對(duì)照C，其它結(jié)果作為處理T,其中RIh為以株高計(jì)算的化感效應(yīng)指數(shù)，Rib為以果枝臺(tái)數(shù)計(jì)算的化感效應(yīng)指數(shù)，RIw是以單鈴重計(jì)算的化感效應(yīng)指數(shù)，RIy是以籽棉產(chǎn)量計(jì)算的化感效應(yīng)指數(shù)

Note: Lowercase letters indicate the significant differences at 5% level (LSD.P<0.05)of every index in the different treatments.RIh, RIb, RIw, RIy are allelopathy indexes of plant height, branch number, boll weight and seed cotton yield, respectively, calculated according to allelopathy effect index formula

2.2.2 不同消減措施下近根區(qū)土壤養(yǎng)分凈變值與棉花產(chǎn)量相關(guān)性

研究表明,土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的凈變值和棉花產(chǎn)量之間的擬合方程，通過多種方式擬合，得出速效養(yǎng)分凈變值和棉花產(chǎn)量之間呈一定程度的線性、指數(shù)和二項(xiàng)式相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性各有不同。0～20 cm土壤堿解氮凈變值和產(chǎn)量之間相關(guān)性不顯著但顯示出一定的正相關(guān)關(guān)系，20～40 cm土壤中堿解氮凈變值和產(chǎn)量之間相關(guān)性較好，呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。其中線性關(guān)系和指數(shù)關(guān)系達(dá)到0.05顯著水平(擬合方程分別為y= 536.49x+ 7 262.3(R2= 0.865 1*)和y= 737 3e0.093 6x,(R2= 0.857 1*)，二次多項(xiàng)式則達(dá)到0.01顯著水平(y= 105.56x2+ 1 156.3x+ 7 839.7，R2= 0.914 7**)。0～20 cm土壤速效磷凈變值和棉花產(chǎn)量之間在線性、指數(shù)和二次多項(xiàng)式方面都達(dá)到極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)方程分別為y= 151.16x+ 7 023.6(R2= 0.903 6**)、y= 7 064.8e0.026 4x(R2= 0.909 7**)和y= 4.839 4x2+ 234.58x+ 7 170.4(R2= 0.916 8**)，而20～40 cm 土壤與產(chǎn)量則不具有顯著的相關(guān)關(guān)系。0～20 cm土壤中速效鉀的凈變值和棉花產(chǎn)量之間相關(guān)關(guān)系不顯著，而20～40 cm土壤中則只有二次多項(xiàng)式達(dá)到顯著相關(guān)(y= -12.273x2- 549x+ 3 067.9，R2= 0.793 9*)?？梢杂?0～40 cm土層中的堿解氮、速效鉀的凈變值來預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)棉花產(chǎn)量，且二次多項(xiàng)式的準(zhǔn)確性相對(duì)較高，也可用0～20 cm土層中速效磷的凈變值預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)棉花產(chǎn)量，二次多項(xiàng)式、直線式和指數(shù)式都具有較高的準(zhǔn)確性。堿解氮的凈變值與棉花籽棉產(chǎn)量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而速效磷和速效鉀的凈變值則與棉花籽棉產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。圖1

圖1 不同深度土壤速效養(yǎng)分凈變值和棉花產(chǎn)量關(guān)系

Fig.1 The correlation between the readily available nutrients and cotton yield in different soil depth

2.3 不同消減措施下棉花種子萌發(fā)的化感作用

研究表明，1∶5濃度下,幾種消減措施在發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率上并沒有表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，雖然產(chǎn)生顯著差異，但化感指數(shù)基本都為負(fù)值，顯示了顯著的抑制作用，而間作+微生物菌肥處理(RIM)在幼苗長(zhǎng)上則表現(xiàn)出了促進(jìn)作用(RIl=0.11)，比對(duì)照(CC)增加了11.8%，微生物肥料可以抵消或減弱高濃度物質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽的化感抑制作用。在1∶10浸提濃度下的化感促進(jìn)作用非常顯著，四個(gè)消減措施都能顯著促進(jìn)棉花的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗長(zhǎng)，其中又以RIM處理效果最好，分別比對(duì)照高107.9%、74.4%、19.8%，化感效應(yīng)指數(shù)分別達(dá)到0.52、0.43、0.17。1∶50浸提濃度下，除輪作處理(CRR)下發(fā)芽勢(shì)低于對(duì)照外，其它個(gè)處理的在發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率上都表現(xiàn)出顯著的化感促進(jìn)作用，最高的為連作+微生物肥料(CM)和RIM，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率比對(duì)照高35.5%、30.8%和40.9%、31.7%,在幼苗長(zhǎng)上除間作處理(CRI)表現(xiàn)出抑制作用外，其它幾個(gè)處理與對(duì)照間差異不顯著。1∶100浸提濃度下，RIM在發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率上顯示出比對(duì)照顯著的化感促進(jìn)作用，而在幼苗長(zhǎng)上與對(duì)照差異不顯著，其它幾個(gè)消減措施處理下在發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗長(zhǎng)上則表現(xiàn)出與對(duì)照差異不顯著或一定的化感抑制作用。1∶200浸提濃度下，除RIM顯示抑制作用外，其它處理發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照無顯著差異，CRI和CM在發(fā)芽率上顯示出促進(jìn)作用而其它兩個(gè)處理顯示出抑制作用，除CM在幼苗長(zhǎng)上顯示促進(jìn)作用外，其它處理幼苗長(zhǎng)與對(duì)照差異不顯著。在低濃度1∶500下，L3在發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和幼苗長(zhǎng)均表現(xiàn)出顯著的化感促進(jìn)作用，而從發(fā)芽率和幼苗長(zhǎng)角度看，CM和RIM的化感促進(jìn)作用則最為顯著，比對(duì)照高12.1%、9.6%和31.7%、24.6%，低濃度下也顯示出微生物肥料的良好效果。表4

表4 不同消減措施下棉花種子發(fā)芽的自毒作用

Table 4 Autotoxicity of cotton seed germination under alleviating measures

浸提土液比處理發(fā)芽勢(shì)(%)RIp發(fā)芽率(%)RIr幼苗長(zhǎng)(cm)RIl1∶5CC50±5.8a55.6±5.1a14.4±1.4bcCM42.2±15.8b-0.1653.3±17.6a-0.0415±1.7b0.04CRR34.4±5.1c-0.3137.8±1.9b-0.3214.6±1.4bc0.01CRI36.7±3.3c-0.2738.9±5.1b-0.3013.9±1.1c-0.03RIM53.3±17.1a0.0653.3±37.1a-0.0416.1±2.1a0.111∶10CC27.8±15d34.4±16.8d12.6±2.8cCM42.2±16.8c0.3446.7±12c0.2616.1±1a0.22CRR48.9±13.5b0.4354.4±17.1b0.3713.7±2b0.08CRI50±12b0.4464.4±10.2a0.4713.8±2.1b0.09RIM57.8±35.6a0.5260±37.1a0.4315.1±1.8a0.171∶50CC46.7±12b48.9±10.2d14.6±1.6aCM63.3±12a0.368.9±20.4a0.2915.5±2.1a0.06CRR41.1±16.8c-0.153.3±8.8c0.0814.8±1.3a0.01CRI50±13.3b0.158.9±9.6b0.1713.3±1.5b-0.09RIM61.1±25.2a0.264.4±22.2a0.2414.7±4.2a0.011∶100CC50±28.9b0.0757.8±22.7b0.0816.1±2.2a0.11CM43.3±10c-0.0747.8±13.9c-0.1014.5±3.1ab0.01CRR52.2±31b0.1158.9±26.9b0.1013.5±2.6b-0.06CRI37.8±10.7d-0.1945.6±10.2c-0.1414.7±4.1ab0.03RIM63.3±12a0.2668.9±20.4a0.2915.5±2.1a0.061∶200CC46.7±3.3ab53.3±8.8b14.3±1.2bCM50±28.9a0.0757.8±22.7a0.0816.1±2.2a0.11CRR43.3±10b-0.0747.8±13.9c-0.1014.5±3.1b0.01CRI52.2±31a0.1158.9±26.9a0.1013.5±2.6b-0.06RIM37.8±10.7c-0.1945.6±10.2c-0.1414.7±4.1b0.031∶500CC46.7±29.6c45.6±22.2b12.6±1bCM28.9±9.6d-0.3851.1±24.6a0.1116.6±1.4a0.24CRR64.4±20.4a0.2751.1±10.7a0.1115.3±3.3a0.18CRI47.8±25.2c0.0252.2±24.6a0.1313.7±0.8b0.08RIM53.3±20.3b0.1250±14.5a0.0915.7±1.7a0.20

注：小寫字母不同表示差異達(dá)到0.05顯著水平，字母相同表示處理間差異不顯著。計(jì)算RI時(shí)以連作結(jié)果作為對(duì)照C，其它結(jié)果作為處理T,其中RIp為以發(fā)芽勢(shì)計(jì)算的化感效應(yīng)指數(shù)，RIr為以發(fā)芽率計(jì)算的化感效應(yīng)指數(shù)，RIl是以幼苗長(zhǎng)計(jì)算的化感效應(yīng)指數(shù)

Note: Lowercase letters indicate the significant differences at 5% level (LSD.P<0.05)of every index in the different treatments.RIp, RIr, RIl are allelopathy indexes of germination potential, germination rate and seedling length, respectively, calculated according to allelopathy effect index formula

2.4 不同消減措施對(duì)棉花化感自毒作用的影響評(píng)價(jià)

研究表明，除相對(duì)而言的高浸提濃度(1∶5)下的輪作(CRR)、浸提濃度為1∶100下的棉花-油菜間作(CRI)及浸提濃度為1∶200下的輪作(CRR)，其它各處理均表現(xiàn)出一定的化感促進(jìn)作用,化感綜合指數(shù)RIs為正值。整體評(píng)價(jià)各濃度下的化感作用，浸提濃度為1∶10時(shí)的化感促進(jìn)作用最強(qiáng)，整體評(píng)價(jià)各消減措施下的化感作用，棉花-油菜間作+微生物肥料處理(RIM)下的RIs最大，其中浸提濃度為1∶10時(shí)的RIs最大，達(dá)到0.25。表5

表5 不同消減措施下棉花化感作用的綜合效應(yīng)

Table 5 The comprehensive effect of cotton allelopathic under different abatement measures

土液比 1∶5消減措施CMCRRCRIRIM化感綜合指數(shù)(RIs)0.04 -0.07 -0.10 0.11 1∶10CMCRRCRIRIM0.18 0.14 0.13 0.25 1∶50CMCRRCRIRIM0.15 0.01 0.01 0.16 土液比 1∶100處理CMCRRCRIRIM 1∶200CMCRRCRIRIM 1∶500CMCRRCRIRIM化感綜合指數(shù)(RIs)0.04 0.04 -0.05 0.18 0.10 -0.01 0.01 0.05 0.06 0.09 0.02 0.15

3 討 論

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季后，0～20 cm土壤中速效氮、磷、鉀含量總體要比20～40 cm土壤中要高，其中速效鉀的差異最大。在同一土層中，除堿解氮在0～20 cm下差異不顯著，其它養(yǎng)分在不同處理下差異均顯著，這與作物在不同處理下對(duì)養(yǎng)分的消耗量有關(guān)。

RIM和CM對(duì)棉花株高、果枝臺(tái)數(shù)、籽棉產(chǎn)量都具有顯著的促進(jìn)作用，RIM對(duì)棉花單鈴重具有顯著的促進(jìn)作用，簡(jiǎn)單輪作對(duì)果枝臺(tái)數(shù)增加具有良好的的促進(jìn)作用。不論是連作+微生物肥料還是間作+微生物肥料，從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，微生物肥料起到了重要的作用。總結(jié)發(fā)現(xiàn)，對(duì)棉花生長(zhǎng)、產(chǎn)量形成和籽棉產(chǎn)量而言，處理RIM(間作+微生物肥料)是最佳的選擇，RI(果枝臺(tái)數(shù))=0.161，RI(單鈴重)=0.154，籽棉產(chǎn)量可以達(dá)到6 774.2 kg/hm2。

研究中把成熟期土壤速效養(yǎng)分測(cè)定值和基肥施入后土壤速效養(yǎng)分測(cè)定值之差定義為速效養(yǎng)分的凈變值。連作棉花后土壤中堿解氮凈變值最大，說明養(yǎng)分消耗量最少，而此時(shí)的產(chǎn)量并不高，這也間接說明連作條件下養(yǎng)分利用效率差；間作后土壤中堿解氮凈變值最小，此時(shí)氮素養(yǎng)分吸收完全，產(chǎn)量也相對(duì)較高。磷素凈變值則與氮有不同，輪作處理后土壤速效磷減少量最大。而速效鉀則是RIM(棉花-油菜間作+微生物肥料處理)下減少量最大，不論是0～20 cm土層還是20～40 cm土層均是如此。對(duì)堿解氮凈變值來講，0～20 cm土層中,CRI處理的比連作對(duì)照低100%，RIM則比對(duì)照低14.6 %，20～40 cm土層中CC處理最小而CRI處理最大，CRI處理比連作對(duì)照低766.6 %。對(duì)速效磷凈變值來講，0～20 cm土層中CRI凈變化最大，相對(duì)對(duì)照凈減少量多9.3 %，CRR凈變化最小，相對(duì)對(duì)照凈減少了大44.07 %，對(duì)速效鉀來講，0～20 cm土層中凈變化最小的為間作+微生物肥料(RIM)，比對(duì)照處理小113.2 %，而20～40 土層中L2的減少量比對(duì)照少68.75 %。堿解氮的凈變值與棉花籽棉產(chǎn)量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而速效磷和速效鉀的凈變值則與棉花籽棉產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中二次多項(xiàng)式達(dá)到顯著或極顯著水平，相關(guān)方程分別為y= 4.839 4x2+ 234.58x+ 7 170.4(R2= 0.916 8**)和y= -12.273x2- 549x+ 3 067.9(R2= 0.793 9*)。浸提濃度較高(1∶5)時(shí)，RIM處理發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率與對(duì)照處理間差異不顯著，但幼苗長(zhǎng)則差異顯著。在濃度為1∶10時(shí)，所有消減措施處理下的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗長(zhǎng)則均顯著高于對(duì)照，1∶50、1:200時(shí)則表現(xiàn)出CM與其它處理差異顯著，浸提濃度較低(1∶500)時(shí)，幾個(gè)消減措施處理下的發(fā)芽率、幼苗長(zhǎng)基本都顯著高于對(duì)照，但除了CRI(間作)下的幼苗長(zhǎng)外均無顯著差異。其中CM和RIM的化感促進(jìn)作用最為顯著，比對(duì)照高12.1 %、9.6 %和31.7 %、24.6 %。通過將選擇的各指標(biāo)按公式進(jìn)行RIs計(jì)算和比較，不論是哪種浸提濃度，各處理措施都能表現(xiàn)出一定的化感促進(jìn)作用，其中以RIM處理(棉花-油菜間作+微生物肥料)下的RIs最大，化感促進(jìn)作用最強(qiáng)，而不同浸提濃度下則以1∶10表現(xiàn)的最佳，RIs均為正值且化感綜合指數(shù)最大，達(dá)到0.25。

單一作物長(zhǎng)期連作,由于作物專性吸收而引起土壤某些養(yǎng)分虧缺或比例失衡是連作的主要障礙因子之一[25,26],會(huì)引起土壤理化性質(zhì)變化[27,28]并降低作物產(chǎn)量[28]。目前的研究已經(jīng)證明了添加生物炭、施用有機(jī)肥和輪作可通過影響根系形態(tài)或生理特征來提高根系功能的發(fā)揮，有利于養(yǎng)分的高效利用[29],當(dāng)然，間作也是減少棉花連作障礙的良好方法，如間作洋蔥、間作孜然和輪作小麥處理能增加棉花根際土壤的細(xì)菌群落的物種豐富度，改善棉花根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成[30]。因此，采用適當(dāng)?shù)妮喿?、間作作物和種植方式，利用微生物肥料來直接改變棉花根區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，是完全可以減少連作過程中的自毒作用的，不但可以改變土壤微生物區(qū)系狀況，還可以調(diào)控棉花抗黃萎病的效應(yīng)[31]。當(dāng)然，在各種措施下連作障礙消減的效果可以用化感作用來評(píng)價(jià)，有研究者用小麥、苜蓿秸稈浸提液對(duì)棉花種子進(jìn)行化感測(cè)試[19,20]，也有研究者用棉花植株浸提液對(duì)受體植物種子進(jìn)行化感測(cè)試[14], 由于棉花的根系分泌物釋放到根際土中的濃度較低[32]，測(cè)試結(jié)果可能會(huì)顯示出較小的差異。

4 結(jié) 論

選用合適的指標(biāo)計(jì)算化感效應(yīng)指數(shù)，總結(jié)出一個(gè)包括種子發(fā)芽狀況、植株生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量的化感綜合指數(shù)來評(píng)價(jià)棉花化感自毒作用或連作障礙消減措施效果，顯得更為客觀和全面。