硅钙肥对膜下滴灌棉花冠层、光合作用、产量和土壤粒径的影响

李志强，刘洪亮，田玲枝，刘晓伟，吕 军，李 君，高英杰

（1石河子农业科学研究院，新疆 石河子 832000；2兵团第八师一三三团，新疆 石河子 832000）

0 引言

硅钙肥是一种枸溶性矿物肥料，它富含硅、钙、镁、钾、硫等对作物生长发育有益的元素。现阶段硅钙肥在农业生产中主要集中在水稻[1-3]、小麦[4]、玉米[5]、大豆[6-7]、甘蔗[8]、蔬菜[9-12]、水果[13-15]的生长发育及其应用效果研究，对棉花长期施用后生长发育的研究较少，本文通过4年连续施用硅钙肥，研究施用硅钙肥对膜下滴灌棉花冠层、光合作用、养分吸收、产量和土壤粒径的影响，为硅钙肥在棉花上的利用以及该技术的大面积推广提供科学依据与支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于石河子农业科学研究院试验地东6号地。供试土壤为灌耕灰漠土，土壤养分含量：有机质17.36 g/kg，速效氮22.33 mg/kg，速效磷11.72 mg/kg，速效钾304.25 mg/kg，土壤pH值为8.17，电导率0.129 ms/cm。种植棉花品种为新陆早46号。硅钙肥为硅钙肥A（水淬渣硅钙肥，领先生物农业股份有限公司提供，有效硅（SiO2）≥25%，钙（CaO）≥39%）和硅钙肥B（钢渣硅钙肥，曲沃县瑞丰硅肥厂提供，有效硅（SiO2）≥20%，钙（CaO）≥16%）。

1.2 试验设计

试验于2014年至2017年在石河子农业科学研究院进行，试验分为3个处理，处理一：硅钙肥A，施用量为720kg/hm2；处理二：硅钙肥B，施用量为900 kg/hm2；硅钙肥每年基施施用一次；处理三（对照）：常规施肥。试验采取小区处理，重复4次，每个小区面积6×6=36 m2，试验用地共计432 m2。

1.3 试验调查及采样

每年棉花盛铃期，用LAI-2000测定棉花冠层指数，Li-6400测定棉花光合参数，同时每个小区取3株棉花带回实验室后洗净，105℃杀青30min，75℃烘干粉碎，测定植株氮、磷、钾、硅、钙含量。

每年9月下旬调查棉花株高、单株结铃数、单铃重、棉花基部茎粗（子叶脱落部位上3cm）和每个小区棉花产量（实收计产）。10月初棉花收获完成后，用土钻每个小区取0—20 cm土壤1 kg左右，实验室风干过筛，用于测定土壤有效硅、有效钙，进行粒径分析。

1.4 氮、磷、钾、硅、钙测定

植株氮磷钾测定采用浓H2SO4—H2O2消解，全氮采用凯式定氮仪测定，全磷采用钒钼黄比色法测定，全钾采用火焰光度计测定；植株钙采用盐酸浸提—原子吸收分光光度法测定，土壤有效硅采用柠檬酸浸提—比色法测定，土壤交换性钙采用乙酸铵交换—原子吸收分光光度法测定[16]。植株硅采用氢氧化钠熔融—硅钼蓝比色法[17]，土壤粒径组成采用吸管法测定。

1.5 数据分析

采用Excel 2010作图和数据分析。

2 结果与分析

2.1 硅钙肥对土壤有效硅和交换性钙的影响

图1 硅钙肥对土壤有效硅的影响Figure1 The effect of silicon calcium fertilizer on arail able silicon in soil

图2 硅钙肥对土壤交换性钙的影响Figure2 The effect of silicon calcium fertilizer on exchangeable calcium

由图1可知，施用硅钙肥显著增加土壤有效硅含量，并且随着施用年限的增加而增加。从施用硅钙肥第1年、第2年和第4年的数据来看，施用水淬渣硅钙肥土壤有效硅分别比对照增加6.70%、12.91%和19.38%，4年平均增加13.00%；施用钢渣硅钙肥土壤有效硅分别比对照增加5.49%、9.81%和14.51%，4年平均增加9.94%。水淬渣硅钙肥效果好于钢渣硅钙肥。

由图2可知，施用硅钙肥能显著增加土壤交换性钙含量，并且随着施用年限的增加而增加。从施用硅钙肥第1年、第2年和第4年的数据来看，施用水淬渣硅钙肥土壤交换性钙分别比对照增加4.51%、5.53%和6.26%，4年平均增加5.44%；施用钢渣硅钙肥土壤交换性钙分别比对照增加1.27%、1.59%和2.51%，4年平均增加1.79%。水淬渣硅钙肥效果好于钢渣硅钙肥。

图3 硅钙肥对土壤粒径的影响Figure3 Relationship between silicon calcium fertilizer and soil structure

图4 硅钙肥对氮磷钾吸收的影响Figure4 Relationship between silicon calcium fertilizer and N P K absorption

2.2 硅钙肥对土壤粒径的影响

由图3可知，水淬渣硅钙肥和钢渣硅钙肥对土壤粒径都有影响，从施用硅钙肥第1年、第2年和第4年的数据来看，施用硅钙肥可增加土壤粒径小于0.02 mm土壤颗粒数量，减少土壤粒径大于0.02 mm土壤颗粒；施用水淬渣硅钙肥主要提高土壤0.020—0.002 mm和小于0.002 mm粒径的百分比，分别比对照增加5.41%、2.20%、2.00%和1.12%、1.10%、3.84%，4年平均分别为3.20%和2.02%；而施用钢渣硅钙肥主要提高土壤0.020—0.002 mm和小于0.002 mm粒径的百分比，分别比对照增加4.49%、0.40%、1.84%和2.43%、3.30%、3.98%，4年平均分别为2.24%和3.24%。土壤粒径大于0.02 mm土壤颗粒2种硅钙肥分别比对照减少4.42%和4.65%。同时也可以看出，水淬渣硅钙肥提高土壤0.020—0.002 mm土壤颗粒较多，而钢渣硅钙肥提高土壤小于0.002 mm土壤颗粒较多。

2.3 硅钙肥对植株养分吸收的影响

由图4可知，从施用硅钙肥第1年、第2年和第4年的数据来看，施用硅钙肥促进植株对氮、磷养分的吸收，水淬渣硅钙肥分别比对照增加2.76%、0.15%、7.06%和6.08%、3.36%、0.35%，4年平均分别为3.33%和3.26%；钢渣硅钙肥分别比对照增加1.96%、0.85%、2.95%和2.77%、0.57%、-2.35%，4年平均分别为1.92%和0.33%；其中水淬渣硅钙肥效果较好。水淬渣硅钙肥促进第1年和第4年钾的吸收，而钢渣硅钙肥第2年和第4年减少钾的吸收。

表1 硅钙肥对对棉花冠层参数的影响Table1 Effect of slicon calcium fertilizer on cotton canopy parameter

由图5可知，施用硅钙肥显著促进棉花对硅的吸收，并且随着施用年限的增加而增加。从施用硅钙肥第1年、第2年和第4年的数据来看，施用水淬渣硅钙肥棉花植株硅含量分别比对照增加12.80%、29.85%和60.49%，4年平均增加34.38%；施用钢渣硅钙肥棉花植株硅含量分别比对照增加2.75%、9.16%和35.89%，4年平均增加15.94%。水淬渣硅钙肥效果好于钢渣硅钙肥。

图5 硅钙肥对棉花硅吸收的影响Figure5 The effect of silicon calcium fertilizer on silicon absorption of cotton

由图6可知，施用硅钙肥显著促进棉花对钙的吸收，并且随着施用年限的增加而增加。从施用硅钙肥第1年、第2年和第4年的数据来看，施用水淬渣硅钙肥棉花植株钙含量分别比对照增加10.33%、11.44%和13.74%，4年平均增加11.84%；施用钢渣硅钙肥棉花植株钙含量分别比对照增加4.01%、4.72%和6.30%，4年平均增加5.01%。水淬渣硅钙肥效果好于钢渣硅钙肥。

图6 硅钙肥对钙吸收的影响Figure6 The effect of silicon calcium fertilizer on silicon absorption of cotton

2.4 硅钙肥对棉花冠层和光合参数的影响

从表1施用硅钙肥第1年、第2年和第4年的数据来看，施用硅钙肥增加棉花叶面积指数。施用水淬渣硅钙肥的叶面积指数与对照相比分别增加16.33%、15.90%、4.85%，4年平均增加12.36%；施用钢渣硅钙肥的叶面积指数与对照相比分别增加0.19%、12.97%、3.57%，4年平均为5.58%。

无截取散射值表明，探头可见的天空部分的比例，范围0（全叶片）—1（无叶片）之间；由表1可知，施用水淬渣硅钙肥第1年、第2年和第4年的无截取散射值与对照相比分别降低了33.98%、34.41%和17.47%，4年平均降低28.62%；而施用钢渣硅钙肥与对照相比在施用第1年无截取散射值增加2.59%，在施用第2年、第4年分别比对照降低23.68%和13.24%。2种硅钙肥之间，水淬渣硅钙肥的无截取散射值显著低于钢渣硅钙肥，表明施用河北硅钙肥叶片遮蔽性高于山西硅钙肥。如果所有叶片都是水平的，那么平均叶倾角就是0°，若都是垂直的，则为90°，一般平均叶倾角处于30°（水平叶片占优势）—60°（垂直叶片占优势）度之间。由表1可知，施用两种硅钙肥4年均可增加叶片平均叶倾角角度，平均叶倾角越大证明植株越紧凑，有利于增加下部叶片光照，提高植株利用光能效率。

图7 硅钙肥对棉花光合参数的影响Figure7 The effect of silicon calcium fertilizer on cotton photosynthesis

由图7A可知，施用硅钙肥显著提高棉花叶片净光合速率，并且随着施用年限的增加增长率有减少趋势；施用水淬渣硅钙肥的棉花叶片净光合速率与对照相比分别增加3.26%、2.32%、1.78%，4年平均增加2.45%；施用钢渣硅钙肥的净光合速率与对照相比分别增加2.56%、1.10%、1.04%，4年平均增加1.57%。由图7B、7C、7D可知，施用水淬渣硅钙肥第1年、第2年棉花叶片气孔导度和蒸腾速率比对照分别增加9.73%、4.05%和10.11%、2.64%，第1年、第2年、第4年胞间二氧化碳浓度比对照分别增加0.10%、1.97%和1.01%；与对照相比，在施用第4年棉花气孔导度、蒸腾速率均分别降低了9.09%、1.87%。施用钢渣硅钙肥第1年、第2年棉花叶片气孔导度和胞间二氧化碳浓度比对照分别减少6.19%、4.67%和1.88%、0.20%；与对照相比，在施用第4年棉花气孔导度、胞间二氧化碳浓度分别增加了1.26%、0.93%；叶片胞间二氧化碳浓度第1年比对照增加6.85%，而第2年、第4年比对照减少1.48%和0.09%。

表2 硅钙肥对棉花产量构成要素的影响Table2 The effect of silicon calcium fertilizer on yield component factors

2.5 硅钙肥对棉花产量和品质的影响

由表2可知，通过4年试验，施用水淬渣硅钙肥可以增加棉花植株果枝台数、单株成铃数、单铃重和棉花茎秆直径。施用水淬渣硅钙肥果枝台数第1年、第2年和第4年比对照分别增加2.59%、2.55%和3.10%，4年平均增加2.75%。单株成铃数第1年、第2年和第4年比对照分别增加34.55%、1.52%和10.53%，4年平均增加15.53%。单铃重第1年、第2年、第4年比对照分别增加4.37%、1.56%和5.93%，4年平均为3.95%。棉花茎秆基部茎粗第1年、第2年、第4年比对照分别增加3.63%、0.89%和0.81%，4年平均为1.78%。施用钢渣硅钙肥可以增加棉花单株成铃数、单铃重和棉花茎秆直径。施用钢渣钙肥单株成铃数第1年、第2年和第4年比对照分别增加1.82%、6.06%和3.51%，4年平均为3.80%。单铃重第1年、第2年、第4年比对照分别增加4.04%、2.51%和9.42%，4年平均为5.32%。棉花茎秆基部茎粗第1年、第2年、第4年比对照分别增加1.47%、1.25%和3.39%，4年平均为2.04%。果枝台数第1年、第2年比对照分别减少0.14%、0.99%，而第4年增加2.15%。

图8 硅钙肥对棉花产量的影响Figure8 The effect of silicon calcium fertilizer on cotton yield

由图8可知，通过这4年试验发现，施用硅钙肥能提高棉花产量。施用水淬渣硅钙肥棉花产量第1年、第2年和第4年比对照分别增加6.62%、2.11%和5.94%，4年平均为4.89%。施用钢渣硅钙肥棉花产量第1年、第2年和第4年比对照分别增加5.08%、1.19%和5.85%，4年平均为4.04%。水淬渣硅钙肥效果好于钢渣硅钙肥。

3 讨论

刘鸣达[18-19]等研究发现，钢渣施用量的增加或粒度变细土壤水溶性硅含量增加；宁东峰[20]等研究发现，将钢渣磨细做成粉末状产品能提高硅的利用效率。本文研究发现，连续4年施用硅钙肥可增加土壤有效硅和交换性钙的含量，并且随着施用年限的增加而增加，这可能是与硅钙肥是枸溶性矿物肥料以及其含有的有效硅和钙含量较高有关。本文研究还发现，施用硅钙肥能够增加土壤直径小于0.020 mm颗粒百分比，水淬渣硅钙肥提高土壤0.020—0.002 mm土壤颗粒较多，而钢渣硅钙肥提高土壤小于0.002mm土壤颗粒较多。硅钙肥提高土壤细颗粒的原因有可能是与硅钙肥的物理构成有关。

贺立源等研究发现，施用硅钙肥促进小麦对氮、磷、钾、硅、钙、镁等元素的吸收；程凤娴等[11]研究发现，钾硅钙肥促进茄子氮的积累和磷钾元素的吸收；张丽阳等[5]研究发现，施用硅钙肥增加爆粒玉米硅和钙的含量；邢颖等[21]研究发现，施用硅钙磷肥可促进甘蔗茎中氮、钾养分积累；本文研究发现，施用硅钙肥促进棉花对氮、磷、硅和钙的吸收，并且植株硅和钙的吸收随着施用年限的增加而增加。

李志强[22]研究发现，施用含硅矿渣可促进水稻、玉米的产量和光合作用，减少植株叶夹角；张丽阳等[5]研究发现，施用硅钙肥增加玉米光合作用、叶面积指数和产量；林蔚刚等[7]研究发现，施用硅钙肥可增加大豆叶面积，提高大豆产量；还有一些学者研究发现，施用硅钙肥促进水稻[1-3]、小麦[4]、甘蔗[8]、苜蓿[23]蔬菜[9-12]等作物生长和提高产量。本研究发现，连续4年施用硅钙肥增加棉花叶面积指数、减少地面无截取散射值和增加叶倾角、叶片净光合速率、单株成铃数、单铃重和棉花茎秆直径，提高棉花产量。硅钙肥能促进棉花生长和提高棉花产量的原因有可能是施用硅钙肥提高了土壤硅和钙的含量，促进棉花对硅、钙等养分的吸收，使棉花植株直立紧凑，增加了棉田叶面积指数，减少了地面光的散射，促进了棉花的光合作用。

4 结论

（1）水淬渣硅钙肥和钢渣硅钙肥都可以显著增加土壤有效硅和交换性钙的含量，提高棉花叶面积指数、叶倾角和光合速率，促进棉花对氮、磷、钙、硅元素的吸收。（2）水淬渣硅钙肥和钢渣硅钙肥都可以显著促进棉花生长，增加了棉花单株成铃数、单铃重和棉花茎秆直径，棉花产量4年平均分别增加4.89%和4.04%。水淬渣硅钙肥效果好于钢渣硅钙肥。

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