棉田不同种植模式的环境生物学效应

来源:用户上传      作者:

　　摘要：通过对油菜-棉花、小麦-棉花和马铃薯-棉花3种种植模式下的直播棉生育进程、干物质积累与分配、产量及效益的分析，明确了播期早晚对直播棉产量影响较大，随播期推迟，子棉日均减产18.75 kg/hm2，棉田收益马铃薯-棉花模式最高，小麦-棉花模式最低。与小麦前茬相比，油菜秸秆还田改善土壤环境效果好，土壤磷酸酶和脲酶活性高，容重低。土壤真菌多样性检测结果表明，油菜-棉花、小麦-棉花和马铃薯-棉花3种模式OTU数分别为976、803、715个;3种模式共有OTU数为208个。
　　关键词：棉花;种植模式;环境生物学效应
　　中图分类号：S562         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2019）24-0031-03
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.24.008           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Study of different planting patterns on eco-environmental effect of cotton
　　ZHANG Jiao-hai1，WU Yong-gang2，WANG Xiao-gang1，BIE Shu1，XIA Song-bo1
　　（1.Economic Crop Institute/Key Laboratory of Cotton Biology and Breeding in the Middle Reaches of Yangtze River，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430070，China;2.Agricultural Technology Extension Center of Gong’an County，Gong’an 434300，Hubei，China）
　　Abstrct： The cotton growing process，dry matter accumulation and distribution，yield and comprehensive benefit of cotton field all decreased with the delay of seeding times through the study on eco-environmental effect of three planting patterns，wheet-cotton，rapeseed-cotton and potato-cotton. With the delay of seedlings dates，the yield decreased 18.75 kg/hm2. The economic income of potato-cotton is the highest，and that of wheet-cotton is the lowest. Compared with wheet-cotton， in straw returning，rapeseed-cotton reduced soil bulk density and significantly improved soil structure， the activity of soil phosphatase and urease. The results of soil fungal diversity test showed that the OTU in three patterns of rapeseed-cotton， wheat-cotton and potato-cotton is 976，803，715， respectively. The number of total OTU in three modes is 208.
　　Key words： cotton; different planting patterns; eco-environmental effect
　　由于棉花生產成本刚性上涨和粮棉争地的直接影响，加上粮食生产农艺简单、机械化程度高、用工少、补贴多的间接影响，中国三大棉区植棉面积不同程度缩减[1]，特别是机械化水平低、劳动力成本高的长江流域和黄河流域棉区下降幅度更大。发展棉田轻简化种植模式，加快提高机械化植棉水平是促进内陆棉区原棉产能供给的重要途径[2-4]。湖北省是产棉用棉大省，湖北纺织服装业年主营收入3 000亿元以上，纱产量300万t以上，原棉需求量大。近年来，随着棉花种植面积大幅下滑，产不足需的矛盾突现。为适应新常态，推动棉花供给侧结构性改革，维持基本产能，促进棉花产业提质增效，棉农增产增收，从棉田种植模式上优化创新，提高棉田整体效益很有必要。改传统麦（油）套栽棉花为麦（油）后移栽或直播棉花，既有利于前作机械化收获和棉田机械化管理，还能促进粮棉双丰收，是近年来湖北省棉区逐步发展的棉田种植模式，加上瓜套棉、棉花马铃薯连作等，成为湖北省棉田目前主要的种植模式。本研究选择油后直播棉、麦后直播棉和马铃薯棉花连作3种模式，探析不同模式对直播棉生长发育的影响及其对棉田养分和真菌微生物多样性的影响。
　　1  材料与方法
　　1.1  试验设计
　　试验于2017—2018年在湖北省公安县进行。设置3个种植模式：麦后直播棉（小麦-棉花）、油后直播棉（油菜-棉花）和马铃薯收后直播棉（马铃薯-棉花）。小区面积各66.7 m2，4次重复（含1个取样区）。供试棉花品种为CN01，由湖北省农业科学院经济作物研究所提供。 　　1.2  棉花干物质积累与分配测定
　　分别在苗期、蕾期、花铃期和吐絮期每小区选择代表性植株5株，烘干称重，叶面积和叶面积系数用S1500A2AF型扫描仪扫描叶片后通过叶面积分析软件imageI分析计算。
　　1.3  土壤容重和酶活测定
　　油菜、马铃薯、小麦、棉花播种前和收获后，采用烘干法测定土壤容重。油菜-棉花模式和小麦-棉花模式，前作机械收获后秸秆经旋耕粉碎还田，为了解秸秆还田后棉田氮和磷养分变化特点，在播种后每20 d取一次土样测定脲酶和磷酸化酶活性，分小麦留茬和小麦无茬处理、油菜留茬和无茬处理，无茬处理为小麦或油菜收获后拔除并清理了残茬。土壤磷酸化酶和脲酶活性采用北京索莱宝科技有限公司试剂盒测定。
　　1.4  土壤真菌多样性分析
　　播种后10 d，取3种模式0～20 cm土壤，每处理3个样点，由上海派森诺生物科技有限公司进行高通量测序。
　　2  结果与分析
　　2.1  不同种植模式对棉花产量、效益的影响
　　由表1可知，马铃薯-棉花、油菜-棉花、小麦-棉花3种种植模式前茬收获时间分别为5月10、14、24日。小麦、油菜为机械收获并秸秆还田旋耕后直播棉花，马铃薯为人工收获后旋耕直播棉花。生育进程上，小麦-棉花模式分别比油菜-棉花模式和马铃薯-棉花模式迟7、12 d。马铃薯-棉花模式棉花产量比油菜-棉花模式增产5.4%，差异显著（P<0.05），比小麦-棉花模式增产13.3%，差异极显著（P<0.01），油菜-棉花模式与小麦-棉花模式相比，棉花产量差异极显著（P<0.01），分析还表明播种每推迟1 d，子棉日均减产18.75 kg/hm2。在纯收益方面，马铃薯-棉花模式分别比油菜-棉花模式和小麦-棉花模式多6 675、8 205元/hm2。
　　2.2  不同种植模式对棉花干物质与叶面积的影响
　　由表2可知，从3种种植模式看，马铃薯-棉花模式各期干物质积累量均为最大，其次为油菜-棉花模式、小麦-棉花模式，说明播期越早，棉花营养器官建成越快，光能利用的越多，积累的干物质越多，产量越高。蕾期到花铃期正值棉花营养生长和生殖生长并进期，是棉花干物质积累最多、叶面积扩大最快的时期，生产上应注重肥水合理运筹与调控，搭建丰产架子，减少蕾铃脱落率，以达到多现蕾、多开花、多结铃的目的。
　　2.3  不同种植模式对棉田土壤脲酶和磷酸化酶活性的影响
　　脲酶能够水解尿素，产生氨和碳酸。土壤脲酶活性与土壤的微生物数量、有机物质含量、全氮和速效氮含量呈正相关[5，6]。土壤脲酶活性反映土壤的氮素状况。从表3可以看出，棉花播种后60 d内，土壤脲酶活性无茬处理大部分比留茬处理高;60 d后留茬处理比无茬处理高，小麦-棉花模式和油菜-棉花模式变化趋势一致。
　　土壤磷酸化酶是一类催化土壤有机磷化合物矿化的酶，其活性的高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性，是评价土壤磷素生物转化方向与强度的指标。不同茬口处理土壤磷酸化酶活性大部分在播后60 d达到最高值。小麦留茬处理土壤磷酸化酶活性除棉花播后60 d略低于无茬处理外，其余时期均高于无茬处理;油菜-棉花模式则在播后0～60 d留茬低于对照，此后留茬处理高于无茬处理。
　　测定不同种植模式棉花播前和收获后土壤容重，马铃薯收后直播棉田为1.32、1.27 g/cm3、麦后直播棉田为1.51、1.37 g/cm3、油后直播棉田为1.52、1.48 g/cm3，收获后均小于收获前，同期不同模式间马铃薯-棉花模式<小麦-棉花模式<油菜-棉花模式。
　　2.4  3种种植模式棉田真菌多样性特征
　　在微生物生态学领域，OTU（Operational Taxonomic Unit，可操作分类单元）通常是指根据某一人为设定的序列相似度阈值，将来自一个或多个样本的序列进行归并，彼此间相似度高于该阈值的序列都将归并为一个OTU[7]。通过序列归并和OTU划分，既简化数据结构，也更有利于在某一确定的分类水平对不同来源的微生物群落样本进行互相比较。目前，大多数基于16S rRNA基因的菌群结构多样性研究中，通常以97%的序列相似度作为OTU划分阈值，该阈值大致相当于分类学中物种水平的序列差异。土壤样品检测OTU数（2018年）结果（图1）表明，油菜-棉花、小麦-棉花和马铃薯-棉花3种模式OTU数分别为976、803、715个;3种模式相同OTU数为208个;油菜-棉花模式和小麦-棉花模式相同OTU数为401个，油菜-棉花模式和马铃薯-棉花模式相同OTU数为360个;马铃薯-棉花模式和小麦-棉花模式相同OTU数为295个。
　　3  小结与讨论
　　通过棉田3种种植模式比较试验，播期对棉花产量影响较大，子棉日均减产18.75 kg/hm2。马铃薯-棉花模式整体效益高，棉田肥力基础好，播期较早，棉花产量最高，油菜-棉花模式播期稍迟，加上油菜机械收获损失较大，造成油菜再生苗多，形成草害，棉苗迟发;小麦因收获期比油菜迟10 d，棉花迟播迟发，产量减幅最大。不同模式干物质积累和叶面积增长动态也反映了3种种植模式的产量趋势。此外，试验中还发现油菜-棉花模式出苗率低，发病率高，其原因需进一步研究。
　　小麦、油菜秸秆还田能明显提高中后期棉田的脲酶和磷酸化酶活性，以满足棉花开花结铃期对氮、磷的需求。不同种植模式微生物多样性分析结果表明，油菜-棉花模式土壤真菌微生物最多，为976个;油菜-棉花模式和小麦-棉花模式相同OTU数为401个。不同模式真菌门、科、目、属、种水平的多样性差异特征及其与苗期病害发生规律相关性需进一步分析。
　　参考文献：
　　[1] 李培良，魏晓文.我国棉花生产成本与收益分析[J].中国棉花，2017，44（2）：1-6.
　　[2] 张雯丽，沈贵银，曹  慧.“十三五”时期我国重要农产品消费趋势、影响与对策[J].农业经济问题，2016（3）：11-16.
　　[3] 喻树迅，张  雷，冯文娟.棉花生产规模化、机械化、信息化、智能化和社会服务化发展战略研究[J].中國工程科学，2016（1）：137-142.
　　[4] 纪从亮.让“四化”助圆“快乐植棉”之梦—记长江、黄河两大棉区机采棉跨出可喜的一步[J].中国棉花，2014，41（10）：4-6.
　　[5] 李  军，孙宏德.黑土的酶活性与施肥和产量的相关分析[J].土壤通报，1986，17（7）：37-41.
　　[6] 李博文，杜孟庸，刘树庆，等.冀中冲积平原潮土的酶活性[J].河北农业大学学报，1991，14（4）：33-36.
　　[7] BLAXTER M，MANN J，CHAPMAN T，et al. Defining operational taxonomic units using DNA barcode data[J].Philos Trans R Soc B Biol Sci，2005，360：1935-1943.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15106950.htm