连作障碍消减措施对棉花产量形成和化感自毒作用的影响

刘雪花，支金虎,柴朝晖,王德胜,姚永生,王 远,唐 梦,宋伞伞,郑森宇

(1.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2.亿利阿拉尔生态科技有限公司，新疆阿拉尔 843300)

0 引 言

【研究意义】到2017年，全国棉花种植面积3 194.73×103hm2，产量565.30×104d，而新疆棉花面积已达到2 217.47×103hm2、总产量达到456.600 0×104t，分别占到全国的69.41%和和80.71%[1]。棉花连作障碍，主要是由于棉花植株根系分泌物可以向土壤中释放羟基苯甲酸、香草醛、阿魏酸和没食子酸等化感物质[2,3],棉花秸秆还田腐解后释放出的4-羟基-4-甲基-2-戊酮、邻苯二甲酸二丁酯、棕榈酸、双(1-甲基丙基)-琥珀酸甲酯、亚油酸、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)[4,5]，以及棉田腐殖质中的软脂酸、亚油酸和邻苯二甲酸二丁酯等[4]化感物质的存在而导致。棉花连作年限不断增加，土壤中微生物总量有明显的下降趋势，会导致一定阶段内的土壤生物多样性下降，使细菌和放线菌的降低、真菌数增加[6]。导致棉花生长受抑、病虫害加重，研究新疆塔里木盆地棉花在不同连作障碍消减措施下的化感自毒效应和评价方式,对生产上减轻棉花连作障碍有实际意义。这被称作棉花连作中的化感自毒作用。【前人研究进展】多年连作后棉田土壤中微生物群落结构和生物多样性会发生显著改变[7～10]，从而会对养分的吸收产生间接的影响。而生物炭施用则可以改变土壤中微生物群落的多样性[11,12], 以此来调节棉田土壤微生物种群结构，改善棉花连作障碍状况。李银平等[13]用小麦-绿肥-棉花、绿肥-棉花复播和直播的方法来验证绿肥对连作棉田的消减效果，不论哪种倒茬方式，都可以显著提高土壤磷素和钾素的含量，同时均可显著提高棉花产量，绿肥倒茬经过一个生长季后，土壤中原有养分消耗会相对减少。【本研究切入点】目前，研究者们仍然在通过各种措施消减棉花连作障碍和化感自毒作用，其中间作、轮作是缓解棉花连作自毒作用的重要方法，但作用大小和机理则与种植作物有关。如孙新展等[14]通过试验发现，棉花-孜然间作、棉花-小麦轮作可显著降低土壤中总酚、阿魏酸和羟基苯甲酸的含量，从而降低棉花化感自毒作用。针对棉花化感作用的研究主要集中在棉花植株浸提液对其它植物种子发芽的低促高抑机制[15～18]及其它植株浸提液和分泌物对棉花种子发芽的化感作用机制[19,20]，而对田间土壤浸提液对棉花的化感作用方面的研究则相对较少。研究新疆塔里木盆地 棉花在不同连作障碍消减措施下的化感自毒效应和评价方式。【拟解决的关键问题】采用田间小区试验,研究不同消减措施对塔里木盆地棉花土壤养分净变化、植株生长、产量、种子发芽的化感自毒效应,为生产上减轻棉花连作障碍提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2017～2018年在新疆生产建设兵团第一师阿拉尔市农科所试验地进行，试验区地处塔里木盆地西缘投，属暖温带极端荒漠区。试验地棉花连作超过10年，耕层土壤全氮含量0.72 g/kg、有机质含量12.16 g/kg、pH值7.6、总盐含量为3.14 g/kg、土壤碱解氮含量44.33 mg/kg、速效磷含量23.07 mg/kg、速效钾含量157.32 mg/kg。

采用田间小区试验设计，棉花栽培方式为一膜6行，栽培品种为新陆中49号。保持冬春灌，灌溉方式为滴灌。基础肥料为农户常规方案：基肥60 kg (为20-20-10的三元颗粒复混肥)，追肥为尿素+磷酸一铵(比例为1∶2)，随水滴施，每次带肥6 kg,共计追肥10次。所有小区基础肥料用量和方案保持一致。在此基础上设计不同处理。

试验设计5个处理，分别是CC(棉花连作)、CM(连作棉花+微生物肥料)、CRR(油菜-棉轮作)、CRI(棉花-油菜间作)、RIM(棉花油菜间作+微生物肥料)，其中CC为对照，其它四个为消减措施处理。油菜品种为饲油二号，微生物菌肥为新洋丰海藻菌肥(有效活菌数>5亿个，N、P2O5、K2O总养份量5%)，生物菌肥与基肥一次性施入,每亩用量30 kg。小区面积55 m2,重复3次。

1.2 方 法

1.2.1 土壤养分样品采集与测定

实验前采集试验地块测定土壤基础肥力，施肥和种植结束后3 d内按小区再次采集离播种行距离5 cm的土壤样品测定土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量。棉花成熟期(9月下旬)采集距离棉株5 cm的土壤测定碱解氮、速效磷、速效钾含量。采样深度为40 cm，每20 cm为一层。每个小区每层按S布点采集混合样，风干后测定速效养分(参照《土壤农化分析》[21]),碱解氮测定采用碱解扩散法，速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-分光光度法，速效钾测定采用中性醋酸铵浸提-火焰光度法。

1.2.2 株高及产量指标

株高：在棉花生长的花铃盛期(8月中旬)，每个小区选择生长均匀的3行棉花，每行选择连续的10株，从子叶节开始到最顶端的高度作为株高。

产量：量以理论测定产量作为试验结果, 测定方法如下[22]:

籽棉产量(kg/hm2)

平均单株铃数:每小区测定30株的成铃数, 求出平均单株铃数作为结果(其中幼铃和花蕾不计算在内)。

单铃籽棉重:每小区定点30株棉株, 从吐絮后定期采收, 多次采收后将各小区每次收集到籽棉的重量累加, 得到30株棉花籽棉重, 之后计算出每株单铃重, 除以单株铃数后则为平均单铃籽棉重。

行距:每点数11 行(10个行距), 量其宽度总和, 再除以10即得。株距测定:每点在一行内取21株(20个株距), 量其总长度, 再除以20即得。行距和株距在每个小区测定三个样点, 求平均值作为结果。

1.2.3 化感作用效应指数的测定

在棉花生长的蕾期，用抖落法采集各处理棉花根际土壤鲜样，每个小区按行采取，每行10株选连续的10株棉花。土样采回后放置于-20℃中储存待用。试验时取出一部分新鲜土样自然融化后用烘干法测定含水量，之后取另一部折算质量后用蒸馏水按1∶5土液比(质量比)对土壤进行浸提。浸提液作为母液，之后分别稀释到1∶10、1∶50、1∶100、1∶200、1∶500后对棉花种子(光种)进行发芽测试。测试时将棉花种子用高锰酸钾和次氯酸钠消毒、无菌水清洗、晾干，在一次性消毒培养皿底部垫2层灭菌后的滤纸，加入上述母液及稀释后的水提液20 mL,将处理过的棉花种子播于滤纸上,盖盖子后在恒温培养箱中进行培养。3 d后测定发芽势，第8 d测定发芽率并用直尺量出幼苗长。最后以对照小区土壤浸提液处理后的棉花种子发芽势、发芽率、幼苗长作为对照值，其它小区土壤浸提液处理后得到的结果作为处理值，计算以各参数计算的化感作用效应指数(RI)。同时在薛启(2017)的方法[23]基础上进行简化，以发芽势、发芽率、幼苗长的化感效应指数的算术平均数作为综合化感指数(RIs)。

化感指数RI借鉴Williamson et al.(1988)提出的方法[24]进行计算。

其中，RI为化感作用效应指数，C为对照值，T为处理值，当RI>0时为促进作用，RI<0时为抑制作用，绝对值的大小与作用强度的大小相一致。

RIs为综合化感效应指数，定义为各化感效应指数的算术平均值，计算方法为：

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010处理，SAS软件进行ANOVA分析和DUNCAN多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同连作障碍消减措施对棉田土壤养分的影响

2.1.1 不同消减措施下连作棉田土壤养分变化

基础值为基肥施用后测定值，占到全程施肥量的50%，在剩余的50%肥料以追肥形式施入，经过一个生长季后，土壤速效氮、磷、钾均比基础值要降低，降低的幅度等于全程施肥量和作物吸收量之差。研究表明，不同消减措施下土壤速效养分有一定差异。对于碱解氮和速效钾来讲无论哪个处理，成熟期0～20 cm土层含量均比20～40 cm土层高，而速效磷则因处理不同而不同。在五种处理下，0～20 cm土层碱解氮成熟期测定值差异不显著，20～40 cm土层中碱解氮为连作处理(CC)最高，而间作(CRI)最低，平均比连作对照处理低9.5%; 0～20 cm土层速效磷含量是间作处理(CRI)下最高而油菜轮作处理(CRR)最低,CRI处理比连作对照处理高7.8%，CRR处理比连作对照低12.88%，20～40 cm土层则是油菜轮作处理(CRR)最高，其次是连作处理(CC)，CRR比CC高4.78%，而其它三个处理间差异不显著，它们比对照低8.45%；0～20 cm土层速效钾是轮作处理(CRR)和间作处理(CRI)最高，CRI比对照处理高12.16%，但加微肥后(RIM)反而结果最低，20～40 cm土层中除RIM处理，其它处理间差异不显著。表1

2.1.2 不同消减措施下棉田土壤速效养分的净变化

将成熟期剩余值和基础值之差作为速效养分的净变值(NCV)。

研究表明，不同处理、不同土层中碱解氮、速效磷、速效钾的净变化差异均显著。对碱解氮而言，0～20 cm土层中连作处理(CC)、连作棉花+微生物肥料处理(CM)净变化最小，而棉花-油菜间作处理(CRI)则最大，按净减少量来算，不同处理间碱解氮净变化大小顺序为L2≈L1>RIM>CRR>CRI, CRI处理比连作对照低100%，RIM比对照低14.6%。20～40 cm土层中CC处理最小而CRI处理最大，CRI处理比连作对照低766.6%，各处理净变化大小为L1>RIM>CRR> L2>CRI。对速效磷来讲，0～20 cm土层中连作+微生物肥料处理(CRI)净变化最大，相对对照净减少量多9.3%，轮作处理(CRR)净变化最小，相对对照净减少了大44.07%，各处理净变化大小顺序为L4>RIM≈CC> L2>CRR。20～40 cm土层中CM处理净变化最大，而轮作处理L3则最小，比对照处理减少量多248.3%，各处理净变化大小顺序为L2>CC>CRI≈ L5>CRR。对速效钾来讲，0～20 cm土层中间作处理(L4)净变化为正值，原因可能为试验误差导致，净变化最小的为间作+微生物肥料(RIM)，比对照处理小113.2%，各处理净变化大小顺序为L4>CRR>CM> L1>RIM。20～40 cm土层中净变化最大的为连作+微生物肥料(L2),减少量比对照少68.75%，净变化最小的为间作+微生物肥料(RIM)，减少量比对照多355%，各处理净变化大小顺序为L2>CRI≈CRR> L1>RIM。表2

表1 不同消减措施下连作棉田土壤养分差异

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

土壤深度Soil depth(cm)处理Trentments碱解氮Hydrolyzable N(mg/kg)速效磷Readily available P(mg/kg)速效钾Readily available K(mg/kg)0^20 cm基础值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基础值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：小写字母不同表示差异达到0.05显著水平，字母相同表示处理间差异不显著

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

表2 不同消减措施下棉田土壤速效养分净变化

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

土壤深度Soil depth(cm)处理Trentments碱解氮Hydrolyzable N(mg/kg)速效磷Readily available P(mg/kg)速效钾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：小写字母不同表示差异达到0.05显著水平，字母相同表示处理间差异不显著

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

2.2 不同消减措施对棉花株高和产量的影响

2.2.1 不同消减措施处理下棉花株高和产量差异

研究表明，在五个处理中，轮作油菜只考虑土壤养分变化情况和化感作用情况，不考虑棉花生长和产量。对于其它四个处理，间作+微生物肥料(RIM)处理下的株高最高，而棉花-油菜间作(CRI)、轮作油菜(CRR)、连作棉花+微生物肥料(CM)、连作棉花(CC)之间差异不显著，间作+微生物菌肥(RIM)促进棉花植株生长效果最为明显，RI=0.039。对于产量构成要素果枝台数来说，CM处理和CRI、RIM之间差异不显著，但与其它两个处理间差异显著，CRI和CC处理间差异不显著而CRR和CC间差异显著，总体来讲，连作+微生物肥料处理(CM, RI=0.161)和间作+微生物肥料(RIM,RI=0.119)有利于增加棉花果枝台数，微生物肥料具有促进果枝台数形成的关键作用。对单铃重来讲，间作+微生物肥料(RIM)最大,RI=0.154，与其它几个处理间差异显著，而其它几个处理下的单铃重则没有显著差异。利用测产方法得到籽棉产量显示，间作+微生物肥料(RIM)处理下籽棉产量最高，RI=0.321,轮作(CRR)和连作(CC)差异不显著，其中RIM产量可以达到6 774.2 kg/hm2。表3

表3 不同消减措施处理下棉花株高和产量差异

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

处理Treatments株高Plant eight(cm)RIh果枝台数Branches numberRIb单铃重Boll weight(g)RIw籽棉产量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：小写字母不同表示差异达到0.05显著水平，字母相同表示处理间差异不显著。计算RI时以连作结果作为对照C，其它结果作为处理T,其中RIh为以株高计算的化感效应指数，Rib为以果枝台数计算的化感效应指数，RIw是以单铃重计算的化感效应指数，RIy是以籽棉产量计算的化感效应指数

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 不同消减措施下近根区土壤养分净变值与棉花产量相关性

研究表明,土壤碱解氮、速效磷、速效钾的净变值和棉花产量之间的拟合方程，通过多种方式拟合，得出速效养分净变值和棉花产量之间呈一定程度的线性、指数和二项式相关关系，但相关性各有不同。0～20 cm土壤碱解氮净变值和产量之间相关性不显著但显示出一定的正相关关系，20～40 cm土壤中碱解氮净变值和产量之间相关性较好，呈显著的正相关关系。其中线性关系和指数关系达到0.05显著水平(拟合方程分别为y= 536.49x+ 7 262.3(R2= 0.865 1*)和y= 737 3e0.093 6x,(R2= 0.857 1*)，二次多项式则达到0.01显著水平(y= 105.56x2+ 1 156.3x+ 7 839.7，R2= 0.914 7**)。0～20 cm土壤速效磷净变值和棉花产量之间在线性、指数和二次多项式方面都达到极显著的负相关关系，相关方程分别为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 土壤与产量则不具有显著的相关关系。0～20 cm土壤中速效钾的净变值和棉花产量之间相关关系不显著，而20～40 cm土壤中则只有二次多项式达到显著相关(y= -12.273x2- 549x+ 3 067.9，R2= 0.793 9*)。可以用20～40 cm土层中的碱解氮、速效钾的净变值来预测和评价棉花产量，且二次多项式的准确性相对较高，也可用0～20 cm土层中速效磷的净变值预测和评价棉花产量，二次多项式、直线式和指数式都具有较高的准确性。碱解氮的净变值与棉花籽棉产量之间呈负相关关系，而速效磷和速效钾的净变值则与棉花籽棉产量呈负相关关系。图1

图1 不同深度土壤速效养分净变值和棉花产量关系

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

2.3 不同消减措施下棉花种子萌发的化感作用

研究表明，1∶5浓度下,几种消减措施在发芽势和发芽率上并没有表现出优势，虽然产生显著差异，但化感指数基本都为负值，显示了显著的抑制作用，而间作+微生物菌肥处理(RIM)在幼苗长上则表现出了促进作用(RIl=0.11)，比对照(CC)增加了11.8%，微生物肥料可以抵消或减弱高浓度物质对种子发芽的化感抑制作用。在1∶10浸提浓度下的化感促进作用非常显著，四个消减措施都能显著促进棉花的发芽势、发芽率、幼苗长，其中又以RIM处理效果最好，分别比对照高107.9%、74.4%、19.8%，化感效应指数分别达到0.52、0.43、0.17。1∶50浸提浓度下，除轮作处理(CRR)下发芽势低于对照外，其它个处理的在发芽势和发芽率上都表现出显著的化感促进作用，最高的为连作+微生物肥料(CM)和RIM，发芽势和发芽率比对照高35.5%、30.8%和40.9%、31.7%,在幼苗长上除间作处理(CRI)表现出抑制作用外，其它几个处理与对照间差异不显著。1∶100浸提浓度下，RIM在发芽势和发芽率上显示出比对照显著的化感促进作用，而在幼苗长上与对照差异不显著，其它几个消减措施处理下在发芽势、发芽率、幼苗长上则表现出与对照差异不显著或一定的化感抑制作用。1∶200浸提浓度下，除RIM显示抑制作用外，其它处理发芽势与对照无显著差异，CRI和CM在发芽率上显示出促进作用而其它两个处理显示出抑制作用，除CM在幼苗长上显示促进作用外，其它处理幼苗长与对照差异不显著。在低浓度1∶500下，L3在发芽势、发芽率和幼苗长均表现出显著的化感促进作用，而从发芽率和幼苗长角度看，CM和RIM的化感促进作用则最为显著，比对照高12.1%、9.6%和31.7%、24.6%，低浓度下也显示出微生物肥料的良好效果。表4

表4 不同消减措施下棉花种子发芽的自毒作用

Table 4 Autotoxicity of cotton seed germination under alleviating measures

浸提土液比处理发芽势(%)RIp发芽率(%)RIr幼苗长(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：小写字母不同表示差异达到0.05显著水平，字母相同表示处理间差异不显著。计算RI时以连作结果作为对照C，其它结果作为处理T,其中RIp为以发芽势计算的化感效应指数，RIr为以发芽率计算的化感效应指数，RIl是以幼苗长计算的化感效应指数

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 不同消减措施对棉花化感自毒作用的影响评价

研究表明，除相对而言的高浸提浓度(1∶5)下的轮作(CRR)、浸提浓度为1∶100下的棉花-油菜间作(CRI)及浸提浓度为1∶200下的轮作(CRR)，其它各处理均表现出一定的化感促进作用,化感综合指数RIs为正值。整体评价各浓度下的化感作用，浸提浓度为1∶10时的化感促进作用最强，整体评价各消减措施下的化感作用，棉花-油菜间作+微生物肥料处理(RIM)下的RIs最大，其中浸提浓度为1∶10时的RIs最大，达到0.25。表5

表5 不同消减措施下棉花化感作用的综合效应

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

土液比 1∶5消减措施CMCRRCRIRIM化感综合指数(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处理CMCRRCRIRIM 1∶200CMCRRCRIRIM 1∶500CMCRRCRIRIM化感综合指数(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 讨 论

试验发现，经过一个生长季后，0～20 cm土壤中速效氮、磷、钾含量总体要比20～40 cm土壤中要高，其中速效钾的差异最大。在同一土层中，除碱解氮在0～20 cm下差异不显著，其它养分在不同处理下差异均显著，这与作物在不同处理下对养分的消耗量有关。

RIM和CM对棉花株高、果枝台数、籽棉产量都具有显著的促进作用，RIM对棉花单铃重具有显著的促进作用，简单轮作对果枝台数增加具有良好的的促进作用。不论是连作+微生物肥料还是间作+微生物肥料，从结果可以发现，微生物肥料起到了重要的作用。总结发现，对棉花生长、产量形成和籽棉产量而言，处理RIM(间作+微生物肥料)是最佳的选择，RI(果枝台数)=0.161，RI(单铃重)=0.154，籽棉产量可以达到6 774.2 kg/hm2。

研究中把成熟期土壤速效养分测定值和基肥施入后土壤速效养分测定值之差定义为速效养分的净变值。连作棉花后土壤中碱解氮净变值最大，说明养分消耗量最少，而此时的产量并不高，这也间接说明连作条件下养分利用效率差；间作后土壤中碱解氮净变值最小，此时氮素养分吸收完全，产量也相对较高。磷素净变值则与氮有不同，轮作处理后土壤速效磷减少量最大。而速效钾则是RIM(棉花-油菜间作+微生物肥料处理)下减少量最大，不论是0～20 cm土层还是20～40 cm土层均是如此。对碱解氮净变值来讲，0～20 cm土层中,CRI处理的比连作对照低100%，RIM则比对照低14.6 %，20～40 cm土层中CC处理最小而CRI处理最大，CRI处理比连作对照低766.6 %。对速效磷净变值来讲，0～20 cm土层中CRI净变化最大，相对对照净减少量多9.3 %，CRR净变化最小，相对对照净减少了大44.07 %，对速效钾来讲，0～20 cm土层中净变化最小的为间作+微生物肥料(RIM)，比对照处理小113.2 %，而20～40 土层中L2的减少量比对照少68.75 %。碱解氮的净变值与棉花籽棉产量之间呈负相关关系，而速效磷和速效钾的净变值则与棉花籽棉产量呈负相关关系，其中二次多项式达到显著或极显著水平，相关方程分别为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*)。浸提浓度较高(1∶5)时，RIM处理发芽势、发芽率与对照处理间差异不显著，但幼苗长则差异显著。在浓度为1∶10时，所有消减措施处理下的发芽势、发芽率、幼苗长则均显著高于对照，1∶50、1:200时则表现出CM与其它处理差异显著，浸提浓度较低(1∶500)时，几个消减措施处理下的发芽率、幼苗长基本都显著高于对照，但除了CRI(间作)下的幼苗长外均无显著差异。其中CM和RIM的化感促进作用最为显著，比对照高12.1 %、9.6 %和31.7 %、24.6 %。通过将选择的各指标按公式进行RIs计算和比较，不论是哪种浸提浓度，各处理措施都能表现出一定的化感促进作用，其中以RIM处理(棉花-油菜间作+微生物肥料)下的RIs最大，化感促进作用最强，而不同浸提浓度下则以1∶10表现的最佳，RIs均为正值且化感综合指数最大，达到0.25。

单一作物长期连作,由于作物专性吸收而引起土壤某些养分亏缺或比例失衡是连作的主要障碍因子之一[25,26],会引起土壤理化性质变化[27,28]并降低作物产量[28]。目前的研究已经证明了添加生物炭、施用有机肥和轮作可通过影响根系形态或生理特征来提高根系功能的发挥，有利于养分的高效利用[29],当然，间作也是减少棉花连作障碍的良好方法，如间作洋葱、间作孜然和轮作小麦处理能增加棉花根际土壤的细菌群落的物种丰富度，改善棉花根际土壤微生物群落结构组成[30]。因此，采用适当的轮作、间作作物和种植方式，利用微生物肥料来直接改变棉花根区土壤微生物群落结构，是完全可以减少连作过程中的自毒作用的，不但可以改变土壤微生物区系状况，还可以调控棉花抗黄萎病的效应[31]。当然，在各种措施下连作障碍消减的效果可以用化感作用来评价，有研究者用小麦、苜蓿秸秆浸提液对棉花种子进行化感测试[19,20]，也有研究者用棉花植株浸提液对受体植物种子进行化感测试[14], 由于棉花的根系分泌物释放到根际土中的浓度较低[32]，测试结果可能会显示出较小的差异。

4 结 论

选用合适的指标计算化感效应指数，总结出一个包括种子发芽状况、植株生长状况和产量的化感综合指数来评价棉花化感自毒作用或连作障碍消减措施效果，显得更为客观和全面。