复合微生物肥对棉花生长与产量的影响

吕 博，孟庆忠，张 成，曹 阳，韩光明，张胜昔，房 健，易先达

(1.湖北省农业科学院经济作物研究所/农业部长江中游棉花生物学与遗传育种重点实验室，武汉 430070；2.新疆生产建设兵团第五师农科所，新疆双河 833400；3.新疆双河水控农业发展集团有限公司，新疆双河 833400)

0 引 言

【研究意义】棉花在我国国民经济中占有十分重要的地位[1]。新疆已成为我国最大的棉花基地和优质棉生产基地[2]。2019年全国棉花种植面积333.92×104hm2(5 008.8×104亩)，棉花总产量588.9×104t，其中新疆地区棉花种植面积为54.05×104hm2(3 810.7×104亩)，棉花产量为500.2×104t，占全国棉花总产量的84.9%[3]。新疆棉区多数地区采用连作栽培模式进行集约化大面积种植，常年大量施用化肥且地膜污染严重，导致棉田土壤耕性和肥料利用率下降，严重影响棉花产量，不利于棉花产业的健康可持续发展[4-5]。【前人研究进展】施用复合微生物肥能够改善土壤理化性质，平衡土壤微生物菌群结构，增加土壤有机质含量，促进土壤养分从无效态向有效态转化和释放的效率，提升作物对营养元素的吸收和利用，改善作物生长势，并在一定程度上提高作物的产量[6-7]。邵玉林等[8]通过微生物肥料多点对比试验，发现微生物肥料可使棉花结铃数增多，单铃重增加8.3%～12.7%，产量增长幅度8.2%～25.5%。陆岩等[9]研究了2个试验点复合微生物菌肥对棉花生物学性状和产量的影响，证实微生物肥能够提高棉花结铃率，增加干物质积累，提高棉花的产量7.2%～7.7%。【本研究切入点】新疆棉区由于连作和施用化肥较多，导致棉田土壤耕性和肥料利用率下降，影响棉花生产的可持续发展。在施肥效果的评价过程中，仅仅通过单一生长指标或产量指标无法综合确定最佳施肥量。研究复合微生物肥对棉花生长与产量的影响。【拟解决的关键问题】采用主成分分析法进行数据降维和综合分析。研究施用不同浓度复合微生物肥后对棉花株高、根长、果枝数、单株结铃数、单铃重、衣分和皮棉产量等指标进行测定，并利用棉花生长与产量相关指标数据进行相关性和主成分分析，分析复合微生物肥对棉花生长与产量的影响，为棉田复合微生物肥的精准施用提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2019年在新疆生产建设兵团第五师金博种业中心试验基地内进行(E 82°34′94″，N 44°86′2″)，属温带干旱荒漠气候，干旱少雨，年均降水量90 mm，年蒸发量1 558 mm，年均气温10.8℃，年日照时数2 924 h以上，无霜期160 d。土壤类型以灰漠土为主，有部分粘土和砂土[12]。土壤有机质为7.87 g/kg、碱解氮54.7 mg / kg、速效磷7.24 mg/kg，速效钾304.91 mg/kg、pH为7.79。供试棉花H208-44，供试复合微生物肥为白龙珠(山西凯盛肥业有限公司生产，解淀粉芽孢杆菌有效活菌数≥2×108/g，N+P2O5+K2O=8.0%，有机质≥40%)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验共设5个处理：不施用复合微生物肥(T0)、施用复合微生物肥150 kg/hm2(T1)、300 kg/hm2(T2)、450 kg/hm2(T3)、600 kg/hm2(T4)。每小区2膜，小区长10 m，宽4.5 m，每个处理3次重复，共15个小区，采用随机区组排列。在棉花播种前，将不同处理的复合微生物肥料作为底肥一次性施入。试验期间采用滴灌方式进行适时适量灌水，且每个小区均采用相同的管理方式。5月25日至8月25日，共滴灌10次，随滴灌追施尿素40 kg/667m2、大量元素水溶肥(N∶P2O5∶K2O=6∶30∶30)28 kg/667 m2。

1.2.2 指标测定

棉花吐絮期在各个试验小区内(长势均匀一致的地段)定点选20株调查株高、根长、果枝数、单株铃数，并测定棉花单铃重、衣分、籽棉产量和皮棉产量。

1.3 数据处理

采用WPS Office Excel 2019软件对各处理试验数据进行统计整理，利用SPSSv19.0软件对数据进行差异显著性分析、相关性分析和主成分分析[13]。

2 结果与分析

2.1 施用复合微生物肥对棉花生长的影响

研究表明，各处理株高表现为T2>T3>T1>T4>T0，不施用复合微生物肥的对照处理T0与T1、T2、T3、T4比较差异达到显著水平(P<0.05)，其中T2和T3处理的株高显著高于其它处理，分别达到77.89和76.65 cm，比对照分别提高9.17%和7.44%。各处理根长表现为T2>T4>T0>T3>T1，T1～T4处理的根长与对照处理T0无显著差异。各处理果枝数表现为T2>T3>T4>T1>T0，其中T2和T3处理的果枝数显著高于其它处理，分别为9.13和9.10，比对照分别增加9.60%和9.20%。各处理单株铃数表现为T3>T4>T2>T1>T0，其中T2、T3和T4处理的单株铃数显著高于对照，分别为7.12、7.25和7.17，增长幅度分别达到4.91%、6.88%和5.65%。表1

2.2 施用复合微生物肥对棉花产量的影响

研究表明，T3>T2>T4>T0>T1，其中T3处理显著高于其它处理，单铃重为5.27 g，比对照处理增加4.98%。各处理籽棉产量表现为T3>T2>T4>T1>T0，其中T2，T3和T4处理的籽棉产量显著高于对照，分别为6 293.75、6 475.75和6 136.05 kg/hm2，比对照处理分别增加11.06%、14.28%和8.28%。各处理皮棉产量表现为T3>T2>T4>T1>T0，其中T2和T3处理的皮棉产量显著高于对照，分别为2 718.60和2 804.70 kg/hm2，比对照处理分别增加13.06%和16.64%。均值由高到低T3>T2>T4>T1>T0，而各处理间在P<0.05水平上没有显著差异。表2

2.3 棉花生长与产量指标的相关性和主成分

研究表明，株高与单铃重和衣分均无显著相关性，而与皮棉产量呈显著正相关；果枝数分别与单铃重、衣分和皮棉产量呈显著正相关；单株铃数与单铃重和衣分均无显著相关性，而与皮棉产量呈显著正相关；棉花根长与单铃重、衣分和皮棉产量均无显著相关性。表3

表3 棉花生长与产量指标的相关性Table 3 Correlation analysis of cotton growth and yield indexes

从6个分析指标中提取的主成分F1和F2累计贡献率大于95%，能够充分反映指标变量的绝大部分信息。依据主成分系数、主成分得分计算各处理综合得分，T1、T2、T3和T4处理的综合得分均高于T0处理，综合得分排名依次为T3>T2>T4>T1>T0，其中T3处理综合得分最高，分值为2.309 8，而T0处理综合得分最低，分值为-2.949 4。复合微生物肥施用量为450 kg/hm2时，对棉花生长和产量的综合促进效果最佳。表4

表4 各处理主成分得分与综合得分Table 4 Principal component score and comprehensive score of each treatment

3 讨 论

复合微生物肥与普通肥料相比，不仅富含有机质和营养元素，而且含有功能性有益微生物菌，可改良土壤环境，活化土壤养分，提高养分利用率，促进多种作物的生长[10-14]。卢照龙等[15]通过比较不同时期增施微生物肥对水稻生长和产量的影响，发现微生物肥能够促进水稻根系生长，加快幼苗分蘖，增强植株长势，并在生育后期增加成穗率6.5%～14.3%，提高结实率2.2%～3.6%，增产幅度达到4.9%～12.2%。张志鹏等[16]通过设置施用复合微生物菌肥、复合肥、基质和不施肥4种处理，比较不同处理下小麦在拔节期和灌浆期的株高、干物重以及收获后产量，结果表明，施用复合微生物菌肥能够使小麦株高增加3.7%～5.9%，干物重增加7.1%～10.8%，产量提高12.0%～13.1%。陈恒山等[17]通过在棉花上增施微生物菌肥，发现其对棉花生长发育具有一定的调节和促进作用，能够使棉花生育期缩短3～4 d，果枝数增加14.0%，衣分含量增加2.5%，皮棉产量增长10.6%。研究中，施用复合微生物肥能够使植株高度增加4.0%～9.2%，果枝数增加2.3%～9.6%，结铃数增加3.5%～6.9%，单铃重和皮棉产量增幅分别达5.0%和16.6%，与前人研究结果相似。而施用复合微生物肥后的棉花根长与对照相比没有显著差异，仍需进行重复试验对根部干物质积累进行测定和比较，明确复合微生物肥对根部生长的影响。

马晓梅等[18]通过逐步回归分析获得了早熟陆地棉产量与株型性状之间的最优回归模型，证明株高、铃数、果枝始节位对产量性状有显著的直接作用，果枝台数对产量有显著间接作用。田琴等[19]对新陆早系列棉花品种产量性状与品质性状进行相关性分析后，发现衣分、单株铃数、衣指和株高是皮棉产量的决定因素。研究对不同处理下，棉花生长和产量指标进行相关性分析发现，株高、果枝数、单株铃数分别与皮棉产量呈显著正相关，与前人报道基本一致，试验获得的各项指标数据重复性良好，有利于增强主成分分析的可靠性。运用主成分分析法对棉花生长及产量指标进行研究发现，施用浓度为450 kg/hm2的复合微生物肥的综合得分最高，与对照处理相比，能够分别在株高、果枝数、单株铃数、单铃重、皮棉产量等方面起到显著的促进作用。

有益微生物菌在土壤改良和促进作物生长的作用往往需要一定时间的积累才能表现出来，而施用复合微生物肥后的当年，对棉花植株生长和产量已经有了显著的影响，与传统肥料相比，复合微生物肥不但能够提供丰富的有机质，也能快速转化释放土壤中的速效养分，促进植株生长发育[20-21]。随着棉田连作年限的延长，复合微生物肥中的有益微生物菌群对土壤的改良作用可能产生叠加效应，而是否能够对棉花的生长及产量起到更高水平的促进效果还需要进一步验证[22]。研究认为复合微生物肥不仅能够促进棉花生长、提高棉花产量，还具有持续培肥地力、防止土壤板结的潜在优势，对改良棉田土壤生态环境、提高植棉经济效益有良好的应用前景[23-24]。

4 结 论

施用复合微生物肥能够改善土壤微生物环境，提高棉花对养分的利用率，促进棉花生长发育，显著提升棉花的株高、果枝数和单株铃数，并对棉花单铃重和皮棉产量起到正相关的促进作用。当施用复合微生物肥浓度为450 kg/hm2时，对棉花生长和产量的综合促进效果最佳。