全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2016, 42(7): 10371046 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家“十二五”科技支撑计划项目(2013BAD05B06), 山东省现代农业产业技术体系(棉花)建设专项(SDAIT-03), 山东省农业
良种工程项目(2013LZ, 2014LZ), 山东省自然科学基金项目(ZR2013CM005)和山东农业大学盐碱地改良利用项目资助。
The study is supported by Key Projects in National Science & Technology Pillar Program during the Twelfth Five-year Plan Period
(2013BAD05B06), Modern Agro-industry Technology Research System of Shandong Province (SDAIT-03), Shandong Program for Improved
Varieties of Agriculture (2013LZ, 2014LZ), the Natural Science Fundation of Shandong Province (ZR2013CM005), and Saline Alkali land
Improvement and Utilization Project of Shandong Agricultural University.
 通讯作者(Corresponding authors)：孙学振, E-mail: sunxz@sdau.edu.cn; 宋宪亮, E-mail: xlsong@sdau.edu.cn
第一作者联系方式：E-mail: yanhuiliusdau@163.com
Received(收稿日期): 2015-11-17; Accepted(接受日期): 2016-05-09; Published online(网络出版日期): 2016-05-12.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160512.1248.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2016.01037
棉花秸秆还田对土壤速效养分及微生物特性的影响
刘艳慧 1 王双磊 1,2 李金埔 1,3 秦都林 1 张美玲 1 聂军军 1
毛丽丽 1 宋宪亮 1, 孙学振 1,
1 山东农业大学农学院 / 作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018; 2 烟台市农业技术推广中心, 山东烟台 264000; 3 平顶山市
种子管理站, 河南平顶山 467000
摘 要: 连续 4年以德农 09068为试材, 设棉花秸秆还田与未还田 2个处理, 调查棉花秸秆还田对土壤 0~60 cm土层
的速效养分含量和微生物特性的影响。结果表明, 连续 4年棉花秸秆还田显著提高 0~20 cm 土层土壤有机质、碱解
氮、速效钾含量、土壤微生物量碳、土壤活跃微生物量及土壤基础呼吸速率, 分别比未还田处理提高 8.16%、13.23%、
12.30%、13.63%、11.57%和 13.14%; 在 20~40 cm 土层中, 分别提高 6.08%、27.51%、11.47%、14.32%、15.03%和
17.44%; 在 40~60 cm土层中土壤有机质、碱解氮、速效钾含量、土壤微生物量碳及土壤活跃微生物量分别提高 6.05%、
12.87%、8.08%、10.60%和 20.30%, 但对土壤基础呼吸速率的提高效果不显著。棉花秸秆还田显著提高了棉花的籽
棉、皮棉产量、总铃数及单铃重, 分别提高 16.86%、15.03%、5.99%和 10.25%, 而对衣分无显著影响。在长期棉花
秸秆还田的棉田中, 应关注可能产生的连作障碍, 注意磷肥的适量施入, 以保证实现棉花稳产高产。
关键词: 棉花; 秸秆还田; 养分; 微生物特性; 产量
Effects of Cotton Straw Returning on Soil Available Nutrients and Microbial
Characteristics
LIU Yan-Hui1, WANG Shuang-Lei1,2, LI Jin-Pu1,3, QIN Du-Lin1, ZHANG Mei-Ling1, NIE Jun-Jun1, MAO
Li-Li1, SONG Xian-Liang1,, and SUN Xue-Zhen1,
1 State Key Laboratory of Crop Biology, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; 2 Yantai Agricultural Tech-
nology Extension Service, Yantai 264000, China; 3 Pingdingshan Seed Service Center, Pingdingshan 467000, China
Abstract: The experiment with two treatments of cotton straw returning and no straw returning was conducted using Denong
09068 at the Experimental Station of Shandong Agricultural University (Dezhou) to investigate the contents of soil available nu-
trients and microbial characters under cotton straw returning for four consecutive years. The main results indicated that compared
with control (no straw returning), cotton straw returning significantly increased the contents of soil organic matter, alkaline hy-
drolyzed nitrogen, available potassium, soil microbial C and active microbial biomass by 8.16%, 13.23%, 12.30%, 13.63%, and
11.57% (0–20 cm soil layer), 6.08%, 27.51%, 11.47%, 14.32%, and 15.03% (20–40 cm soil layer), 6.05%, 12.87%, 8.08%,
10.60%, and 20.30% (40–60 cm soil layer) on average, respectively. Soil basal respiration rate of straw returning treatment was
13.14% and 17.44% in 0–20 cm and 20–40 cm soil layers respectively higher than that of no straw returning treatment, while no
significant increase in 40–60 cm soil layer. Cotton straw returning significantly increased seed cotton yield (16.86%) and lint yield
(15.03%), absolutely owning to larger total boll number (5.99%) and boll weight (10.25%), but there was no change in lint per-
centage, compared with no cotton straw returning treatment. Returning cotton straw can increase soil fertility, while applying appro-
1038 作 物 学 报 第 42卷


priate P fertilizer and controlling obstacles in continuous cropping are necessary for long-term straw returning to enhance yield.
Keywords: Cotton; Straw returning soil; Available nutrients contents; Microbial characteristics; Yield
据调查统计, 2010 年全国秸秆理论资源量已达
8.4 亿吨, 可收集资源量为 7 亿吨[1]。如此丰富的秸
秆资源若能被适度地用于秸秆还田, 不仅能提高秸
秆资源利用率, 更能培肥土壤肥力, 改善土壤养分
状况[2-3]。有研究表明, 农作物秸秆中含有作物生长
所必需的 N、P、K等多种营养元素, 还田后秸秆不
断腐解, 养分逐步释放到土壤中, 有利于提高土壤
养分含量[4-5]。土壤微生物是土壤中最活跃的组成部
分, 在有机质分解、营养物质循环以及植物生长的
促进或抑制等过程中, 发挥着重要作用, 是土壤中
物质转化和养分循环的驱动者[6-7]。土壤微生物量作
为土壤养分特别是 C、N、P、S 等元素内部供应机
制的“源”和“库”, 受土壤环境因子的影响很大 , 土
壤微小变动即会引起其活性变化, 可作为评价土壤
质量的生物学指标[8-11]。然而目前, 我国秸秆资源利
用现状不容乐观, 大量秸秆在收获后被直接焚烧或
弃置, 造成秸秆资源利用率低下, 且对大气环境带
来更大压力[12]。因此大力开展农作物秸秆还田研究,
进而提高秸秆资源利用率, 增加土壤肥力, 减轻环
境污染势在必行。
基于以上认识, 前人对农作物秸秆还田进行了
大量研究, 但大多研究针对禾本科作物轮作或连作
种植模式下秸秆还田对土壤养分、微生物特性的影
响[13-15]。如王龙昌等[16]针对西南“旱三熟”地区不同
保护性耕作措施对农田土壤生态效应及生产效益的
影响研究认为, 秸秆覆盖处理与无覆盖处理相比显
著增加了土壤有机质、全氮、全钾及碱解氮含量。
周怀平等[17]研究认为, 玉米秸秆还田配合秋施肥使
土壤微生物活动更为活跃。杨敏芳等 [18]研究认为,
无论是旋耕还是翻耕, 稻麦轮作种植模式下, 秸秆
还田处理土壤养分含量均不同程度地高于秸秆不还
田; 两季秸秆均还田条件下土壤微生物量碳含量均
显著高于两季秸秆均不还田。Powlson 等[19]研究了
谷物秸秆还田对欧洲地区碳固定的影响, 认为随秸
秆还田量的增加 , 土壤有机碳含量不断增加。
Alberto 等 [20]研究认为小麦秸秆还田有利于提高土
壤有机质、全氮、速效磷及速效钾含量。而有关连
作条件下, 棉花秸秆还田对棉田土壤速效养分和微
生物特性影响的研究相对较少。本试验在连续 4 年
棉花一熟种植模式下, 研究棉花秸秆连续还田对棉
田土壤 0~60 cm土层速效养分含量和微生物特性的
影响, 以期为棉花秸秆还田的大面积推广提供理论
指导, 同时为研究连作条件下棉花秸秆还田的长期
效应提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验在山东农业大学棉花科研基地德州市抬头
寺经济开发区试验田进行(37°39′ N, 116°40′ E), 试
验田总面积 6300 m2 (长 90 m, 宽 70 m)。试验田种
植模式为多年连作棉田, 一年一熟, 在试验之前棉
花秸秆的处理方式为拔除后运出棉田。试验设棉花
秸秆还田(SR)与未还田(SNR) 2个处理, 每个处理设
3个重复, 共 6个小区, 每个小区面积为 957 m2 (长
33 m, 宽 29 m)。自 2010年开始, 于每年棉花收获后
将相应的棉花秸秆粉碎旋耕还田, 还田秸秆干重约
为 3500 kg hm–2, 还田秸秆氮、磷、钾总量分别约为
43.95、17.10和 104.70 kg hm–2, 基施复合肥 600 kg
hm–2 (N∶P∶K 为 12∶18∶15), 花铃期追施尿素
225 kg hm–2, 其余田间土壤操作与未还田处理一致。
供试棉花品种为德农 09068, 于 2014年 4月 22日机
械播种, 地膜覆盖, 宽窄行种植, 宽行行距 100 cm,
窄行行距 60 cm, 株距 35 cm, 计划密度 37 500 株
hm–2, 实际密度 35 730株 hm–2。2014年 4月 11日
进行播前灌水, 2014年 5月 16日、6月 12日和 6月
25 日中耕除草培土, 中耕深度 8~10 cm, 培土高度
10 cm, 2014年 5月 18日、5月 25日、6月 22日、
8月 17日进行虫害治理。2010年棉花播种前土壤肥
力情况见表 1。2014 年试验地气象数据来自德州市
农业科学院, 见表 2。

表 1 供试土壤的肥力状况
Table 1 Fundamental fertility of the tested soil
土层
Soil layer (cm)
有机质
Organic matter (g kg–1)
碱解氮
Alkaline hydrolyzed N (mg kg–1)
速效磷
Available P (mg kg–1)
速效钾
Available K (mg kg–1)
0–20 11.90±0.22 85.04±0.63 20.39±1.41 105.79±2.24
20–40 9.29±0.05 62.47±1.00 13.70±0.45 98.27±1.52
40–60 7.98±0.08 44.51±1.37 11.52±0.12 84.10±2.28
第 7期 刘艳慧等: 棉花秸秆还田对土壤速效养分及微生物特性的影响 1039


表 2 棉花不同生育时期的气象条件
Table 2 Weather factors at different growth stages of cotton
气象因子
Weather factor
4月
April
5月
May
6月
June
7月
July
8月
August
9月
September
平均日温 Daily average temperature ( )℃ 16.50 23.00 25.60 28.00 26.40 21.50
降雨量 Precipitation (mm) 38.20 46.60 52.30 75.90 44.70 39.80
日照时数 Sunshine hours (h) 266.00 307.90 208.40 235.90 214.70 130.80

1.2 取样方法
于棉花播前、苗期、蕾期、花铃期、吐絮期田
间取样, 取样时间分别为 2014 年 4 月 21 日、5 月
23 日、6 月 30 日、8 月 15 日、9 月 21 日。使用土
钻(内径 3.5 cm)采集 0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm
土层土样, 以每小区采 5 点组成一个混合样品, 每
处理共 3个样品, 将土样装入无菌聚乙烯自封袋, 部
分置 4℃冰箱保存, 用于土壤微生物特性等指标的
测定; 部分自然风干后过 80 目筛, 用于土壤速效养
分含量的测定。在棉花吐絮后, 从每小区选取 20株
代表性棉株, 统计收获的棉铃总数, 计算平均单铃
重、衣分和产量。
1.3 土壤速效养分含量的测定
参照鲍士旦的报道[21]取自然风干土样, 采用水
合热重铬酸钾氧化-比色法测定土壤有机质, 碱解扩
散法测定土壤碱解氮, NaHCO3 浸提-钼锑抗比色法
测定土壤速效磷; NH4OAc浸提, 火焰光度法测定土
壤速效钾。
1.4 土壤微生物特性的测定
取样后 4 d 内参照林英杰等的方法[22-23]测定土
壤微生物量碳、土壤活跃微生物和土壤基础呼吸 ,
以北京分析仪器厂生产的 GXH-3051 型便携式红外
线分析仪测定 CO2的呼吸量。同时测定土壤含水量,
以干重计算每一指标。
1.5 数据处理
使用 SigmaPlot 10.0软件作图, Microsoft Excel
2003 预处理数据, DPS 7.05 软件分析数据, 以单因
素随机区组法分析各时期速效养分含量及微生物特
性等指标的方差, 利用最小显著差法(LSD 法)检验
处理间的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 棉花秸秆还田对土壤速效养分含量的影响
2.1.1 有机质含量 由图 1 和表 3 可看出, 棉花
秸秆还田与未还田的土壤有机质含量均随土层的不
断加深逐渐降低。棉花不同生育阶段各土层土壤有
机质含量均以秸秆还田处理显著高于未还田处理。
整个生育阶段 0~20 cm、20~40 cm和 40~60 cm土层
土壤有机质含量的平均值以棉花秸秆还田处理显著
高于未还田, 分别提高 8.16%、6.08%和 6.05%。
2.1.2 碱解氮含量 由图 2 和表 4 可看出, 棉花
秸秆还田与未还田土壤碱解氮含量均随土壤深度的
增加不断降低, 棉花不同生育阶段各土层土壤碱解
氮含量均有秸秆还田处理高于未还田处理的趋势 ,

图 1 棉花秸秆还田对各时期土壤土层有机质含量的影响
Fig. 1 Effect of cotton straw returning on soil organic matter content of different soil layers at different growth stages
PR: 播前; SE: 苗期; SQ: 蕾期; FL: 花铃期; BO: 吐絮期; SNR: 未还田; SR: 还田。图柱上标以不同小写字母表示数值在 0.05水平上
差异显著.
PR: pre-planting; SE: seeding stage; SQ: squaring stage; FL: flowering and boll-forming stage; BO: boll opening stage; SNR: no straw
returning; SR: straw returning. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

1040 作 物 学 报 第 42卷


表 3 各时期土壤土层有机质含量对应的 P值
Table 3 P-values of organic matter content of different soil layers at different stages
土层
Soil layer (cm)
播前
Pre-planting
苗期
Seedling stage
蕾期
Squaring stage
花铃期
Flowering and boll-forming stage
吐絮期
Boll opening stage
平均值
Mean
0–20 0.011 0.043 0.001 <0.001 0.017 0.003
20–40 0.002 0.025 0.021 0.005 0.013 0.002
40–60 <0.001 0.026 <0.001 0.044 0.001 0.001

图 2 棉花秸秆还田对各时期土壤土层碱解氮含量的影响
Fig. 2 Effect of cotton straw returning on soil alkaline hydrolyzed N content of different soil layers at different growth stages
缩写同图 1。图柱上标以不同小写字母表示数值在 0.05水平上差异显著。
Abbreviations are the same as those given in Fig. 1. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability
level.

表 4 各时期土壤土层碱解氮含量对应的 P值
Table 4 P-values of alkaline hydrolyzed N content of different soil layers at different stages
土层
Soil layer (cm)
播前
Pre-planting
苗期
Seedling stage
蕾期
Squaring stage
花铃期
Flowering and boll-forming stage
吐絮期
Boll opening stage
平均值
Mean
0–20 0.062 0.003 0.021 0.001 <0.001 0.003
20–40 0.012 <0.001 0.016 0.001 0.002 0.001
40–60 <0.001 0.021 0.014 0.045 0.705 0.001

除播前 0~20 cm土层、吐絮期 40~60 cm土层两处理
差异不显著外 , 其他各生育时期均达显著差异水
平。棉花秸秆还田处理在整个生育阶段 0~20 cm、
20~40 cm和 40~60 cm土层的土壤碱解氮含量的平
均值均显著高于未还田处理 , 分别提高 13.23%、
27.51%和 12.87%。
2.1.3 速效磷含量 由图 3和表 5可知, 除苗期、
花铃期和吐絮期 0~20 cm, 蕾期 20~40 cm和苗期、
花铃期 40~60 cm, 棉花秸秆还田处理土壤速效磷含
量显著高于未还田处理外, 其他时期各土层处理间
均无显著差异。与未还田处理相比, 秸秆还田处理
在整个生育阶段 0~20 cm、20~40 cm和 40~60 cm土
层土壤速效磷平均含量分别提高了 3.14%、2.65%和
3.35%, 未达显著差异水平。
2.1.4 速效钾含量 由图 4 和表 6 可看出, 棉花秸
秆还田处理在棉花不同生育阶段各土层土壤速效钾含
量均有高于未还田处理的趋势, 除吐絮期 0~20 cm土
层、播前 20~40 cm土层和苗期 40~60 cm土层差异不
显著外, 其他时期各土层两处理差异均达显著水平。
比较整个生育阶段 0~20 cm、20~40 cm和 40~60 cm土
层土壤速效钾含量平均值, 棉花秸秆还田处理显著高
于未还田处理, 分别提高了 12.30%、11.47%和 8.08%。
2.2 棉花秸秆还田对土壤微生物特性的影响
2.2.1 微生物量碳 由表 7 可见, 在棉花不同生
育阶段各土层土壤微生物量碳含量均有棉花秸秆还
田处理高于未还田处理的趋势, 其中播前、花铃期
和吐絮期 0~20 cm 土层 , 蕾期、花铃期和吐絮期
20~40 cm土层及蕾期、花铃期 40~60 cm土层, 差异
达显著水平。棉花秸秆还田整个生育阶段 0~20 cm、
20~40 cm和 40~60 cm土层土壤微生物量碳含量平
均值均显著高于未还田, 分别提高了 13.63%、14.32%
和 10.60%。
第 7期 刘艳慧等: 棉花秸秆还田对土壤速效养分及微生物特性的影响 1041



图 3 棉花秸秆还田对各时期土壤土层速效磷含量的影响
Fig. 3 Effect of cotton straw returning on soil available P content of different soil layers at different growth stages
缩写同图 1。图柱上标以不同小写字母表示数值在 0.05水平上差异显著。
Abbreviations are the same as those given in Fig. 1. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability
level.

表 5 各时期土壤土层速效磷含量对应的 P值
Table 5 P-values of available P content of different soil layers at different stages
土层
Soil layer (cm)
播前
Pre-planting
苗期
Seedling stage
蕾期
Squaring stage
花铃期
Flowering and boll-forming stage
吐絮期
Boll opening stage
平均值
Mean
0–20 0.155 0.002 0.722 <0.001 0.007 0.200
20–40 0.779 0.854 0.024 0.071 0.769 0.269
40–60 0.995 0.018 0.886 0.009 0.431 0.424

图 4 棉花秸秆还田对各时期土壤土层速效钾含量的影响
Fig. 4 Effect of cotton straw returning on soil available K content of different soil layers at different growth stages
缩写同图 1。图柱上标以不同小写字母表示数值在 0.05水平上差异显著.
Abbreviations are the same as those given in Fig. 1. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability
level.

表 6 各时期土壤土层速效钾含量对应的 P值
Table 6 P-values of available K content of different soil layers at different stages
土层
Soil layer (cm)
播前
Pre-planting
苗期
Seedling stage
蕾期
Squaring stage
花铃期
Flowering and boll-forming stage
吐絮期
Boll opening stage
平均值
Mean
0–20 0.012 0.016 0.004 0.004 0.166 0.004
20–40 0.972 0.018 0.010 0.027 0.029 0.021
40–60 0.004 0.087 0.003 <0.001 0.003 0.005

1042 作 物 学 报 第 42卷


2.2.2 活跃微生物量 由表 8可知, 0~20 cm土层
土壤活跃微生物量高于 20~40 cm和 40~60 cm土层,
在棉花不同生育阶段各土层秸秆还田土壤活跃微生
物量均有高于未还田的趋势 , 其中除吐絮期 0~20
cm土层差异不显著外, 其他各时期各土层差异均达
显著水平。棉花秸秆还田对整个生育阶段 0~20 cm、
20~40 cm和 40~60 cm土层土壤活跃微生物量平均
值均有显著提高效果 , 分别比未还田处理提高
11.57%、15.03%和 20.30%。
2.2.3 土壤基础呼吸速率 由表 9 可看出, 0~20
cm土层内, 棉花秸秆还田处理在棉花各生育阶段的
土壤基础呼吸速率均有高于未还田处理的趋势, 其
中播前和苗期差异达显著水平; 整个生育阶段平均
值提高 13.14%。20~40 cm土层内, 各生育阶段棉花
秸秆还田处理土壤基础呼吸速率均显著高于未还田
处理; 整个生育阶段平均值提高 17.44%。40~60 cm
土层内, 除苗期和蕾期外, 其他各时期棉花秸秆还
田处理土壤基础呼吸速率均高于未还田处理; 整个
生育阶段平均值提高 5.05%。
2.3 棉花秸秆还田对棉花产量构成因素的影响
由表 10可看出, 棉花秸秆还田处理籽棉和皮棉
产量达 3997.5 kg hm–2和 1658.2 kg hm–2, 显著高于
未还田处理的 3420.9 kg hm–2和 1441.6 kg hm–2, 分
别提高 16.86%和 15.03%。产量提高的原因主要是秸

表 7 棉花秸秆还田对各时期土壤土层微生物量碳的影响
Table 7 Effect of cotton straw returning on soil microbial C of different soil layers at different growth stages (mg CO2 kg–1 h–1)
土层
Soil layer (cm)
处理
Treatment
播前
Pre-
planting
苗期
Seedling
stage
蕾期
Squaring
stage
花铃期
Flowering and
boll-forming stage
吐絮期
Boll opening
stage
平均值
Mean
未还田 SNR 88.79±2.26 b 43.21±2.13 a 176.87±3.15 a 79.79±3.98 b 55.20±4.37 b 88.77±2.39 b
还田 SR 104.12±1.90 a 47.68±3.10 a 188.68±7.66 a 94.52±5.23 a 69.37±3.29 a 100.87±2.16 a
0–20
P值 P-value 0.002 0.280 0.204 0.049 0.023 0.009

未还田 SNR 75.84±1.92 a 36.02±0.89 a 156.70±1.44 b 70.10±3.33 b 47.84±1.61 b 77.30±0.55 b
还田 SR 84.57±3.52 a 42.76±2.94 a 177.58±8.06 a 83.85±2.98 a 53.11±1.37a 88.37±3.29 a
20–40
P值 P-value 0.072 0.071 0.044 0.013 0.047 0.016

未还田 SNR 75.61±2.20 a 38.67±1.04 a 169.60±3.45 b 69.97±3.77 b 43.67±1.96 a 79.50±0.75 b
还田 SR 76.72±1.15 a 39.50±1.77 a 186.50±8.63 a 85.33±1.93 a 51.62±5.29 a 87.93±2.20 a
40–60
P值 P-value 0.734 0.733 0.047 0.011 0.209 0.014
同一列中不同小写字母表示数值在 0.05的水平上差异显著。
Values with in each column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

表 8 棉花秸秆还田对各时期土壤土层活跃微生物量的影响
Table 8 Effect of cotton straw returning on soil active microbial biomass of different soil layers at different growth stages
(mg CO2 kg–1 h–1)
土层
Soil layer (cm)
处理
Treatment
播前
Pre-
planting
苗期
Seedling
stage
蕾期
Squaring
stage
花铃期
Flowering and
boll-forming stage
吐絮期
Boll opening
stage
平均值
Mean
未还田 SNR 61.77±2.60 b 69.23±2.14 b 93.06±0.20 b 73.67±0.31 b 46.59±0.13 a 68.87±0.82 b
还田 SR 78.39±3.54 a 80.38±2.72a 99.69±1.75 a 76.28±0.64 a 49.44±1.95 a 76.84±1.33 a
0–20
P值 P-value 0.019 0.030 0.020 0.022 0.219 0.001

未还田 SNR 42.84±1.01 b 43.96±1.98 b 73.13±1.15 b 49.59±2.13 b 26.67±0.48 b 47.24±1.15 b
还田 SR 47.25±0.88 a 53.91±1.26 a 77.16±0.62 a 63.91±2.64 a 29.45±0.51 a 54.34±1.33 a
20–40
P值 P-value 0.030 0.013 0.036 0.013 0.016 0.016

未还田 SNR 28.76±2.60 b 38.45±1.04 b 56.49±1.33 b 40.51±1.76 b 22.74±1.26 b 37.39±1.59 b
还田 SR 39.45±2.76 a 42.24±0.57 a 67.00±2.54 a 46.96±1.07 a 29.22±2.07 a 44.97±1.79 a
40–60
P值 P-value 0.048 0.044 0.022 0.035 0.036 0.032
同一列中不同小写字母表示数值在 0.05的水平上差异显著。
Values with in each column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.
第 7期 刘艳慧等: 棉花秸秆还田对土壤速效养分及微生物特性的影响 1043


表 9 棉花秸秆还田对各时期土壤土层土壤基础呼吸速率的影响
Table 9 Effect of cotton straw returning on soil basal respiration rate of different soil layers at different growth stages
(mg CO2 kg–1 h–1)
土层
Soil layer (cm)
处理
Treatment
播前
Pre-planting
苗期
Seedling stage
蕾期
Squaring stage
花铃期
Flowering and
boll-forming stage
吐絮期
Boll opening
stage
平均值
Mean
未还田 SNR 3.77±0.10 b 3.05±0.73 b 3.62±0.34 a 4.70±0.42 a 3.51±0.13 a 3.73±0.07 b
还田 SR 4.42±0.07 a 3.56±0.09 a 3.91±0.09 a 5.31±0.27 a 3.89±0.32 a 4.22±0.04 a
0–20
P值 P-value 0.002 0.004 0.443 0.269 0.310 0.030

未还田 SNR 3.45±0.22 b 3.06±0.04 b 3.45±0.21 b 4.29±0.18 b 2.95±0.06 b 3.44±0.13 b
还田 SR 4.30± 0.10 a 3.70±0.19 a 4.13±0.17 a 4.84±0.22 a 3.21±0.07 a 4.04±0.14 a
20–40
P值 P-value 0.011 0.018 0.039 0.024 0.033 0.014

未还田 SNR 3.56±0.15 a 3.45±0.11 a 4.15±0.26 a 4.32±0.25 b 3.31±0.20 a 3.76±0.06 a
还田 SR 3.81±0.15 a 3.36±0.15 a 4.07±0.14 a 5.14±0.14 a 3.38±0.08 a 3.95±0.06 a
40–60
P值 P-value 0.280 0.622 0.796 0.029 0.732 0.174
同一列中不同小写字母表示数值在 0.05的水平上差异显著。
Values with in each column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

表 10 棉花秸秆还田对棉花产量构成因素的影响
Table 10 Effect of cotton straw returning on yield components of cotton
处理
Treatment
总铃数
Total boll numbers (×104 hm–2)
单铃重
Single boll weight (g)
衣分
Lint percentage (%)
籽棉产量
Seed cotton yield (kg hm–2)
皮棉产量
Lint yield (kg hm–2)
未还田 SNR 71.56719±0.87 b 4.78±0.11 b 42.14±0.07 a 3420.9±81.75 b 1441.6±33.91 b
还田 SR 75.85479±1.20 a 5.27±0.08 a 41.48±0.57 a 3997.5±62.60 a 1658.2±26.38 a
P值 P-value 0.028 0.012 0.313 0.001 0.001
同一列中不同小写字母表示数值在 0.05的水平上差异显著。
Values with in each column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. SNR: no straw return-
ing; SR: straw returning.

秆还田显著提高了棉花总铃数和单铃重, 分别比未
还田处理提高 5.99%和 10.25%; 棉花秸秆还田对衣
分无显著影响。
3 讨论
作物秸秆作为重要的有机肥源之一, 含有大量
作物生长发育所需要的 N、P、K等营养元素[4]。秸
秆施入土壤后不断腐解, 有机质、氮素、磷素及钾
素不断释放, 有利于提高土壤有机质、全氮、碱解
氮、速效磷及速效钾含量, 是改善土壤肥力状况极
为重要的一项措施[24-25]。刘世平等[24]研究认为, 麦
棉两熟条件下秸秆翻耕还田 3 年后, 土壤有机质、
速效磷、速效钾含量分别比对照增加 4.7%~13.0%、
0.2%~10.6%、8.4%~15.5%。汤文光等[25]研究认为双
季稻田种植模式下 , 翻耕秸秆还田与不还田相比 ,
0~20 cm 土层土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分
别增加了 8.9%、20.9%、9.4%。本试验中, 棉花秸
秆还田对土壤有机质、碱解氮、速效钾的影响与以
上研究结果一致, 但对土壤速效磷含量的影响不显
著, 且两处理土壤速效磷含量均不同程度地低于土
壤基础速效磷含量, 这可能是由于秸秆中磷素含量
较低, 且大部分以离子形式存在, 释放到土壤后易
被土壤颗粒吸附固定[26], 而又未能通过施肥足量补
充。该结论与周永进等[15]对油菜秸秆还田培肥土壤
的效应及对后作水稻产量影响的研究结果相一致。
另外, 连续 4 年秸秆未还田条件下, 土壤碱解氮含
量在棉花某些生育阶段低于试验前基础地力数据 ,
分析原因为棉花收获及秸秆输出从土壤中带走的氮
素超过通过施肥对氮素的补充, 导致土壤碱解氮含
量降低, 而连续 4 年秸秆还田处理下土壤基本实现
了碱解氮的平衡。
秸秆还田有利于提高土壤微生物量, 本研究中,
与未还田相比, 棉花秸秆还田提高了土壤微生物量
碳含量和活跃微生物, 这与胡诚等[27]、王芸等[28]的
研究结果一致。这可能是由于长期秸秆还田归还土
壤的有机物较多, 为土壤微生物提供更多的碳源和
1044 作 物 学 报 第 42卷


营养物质, 促进了微生物的活动和繁殖。Bazzaz 和
Williams[29]研究发现 , 土壤呼吸速度随土壤有机质
含量的增加而增加。本试验中秸秆还田增加了输入到
土壤中的新鲜有机物, 其呼吸作用显然也会增强。
多数研究认为秸秆还田有利于提高作物产量[1,30-32]。
王宏庭等[33]研究认为不论是否施钾, 小麦秸秆还田
使小麦实现 6.0%以上的增产。杨帆等[34]运用数值化
理论综合评价我国南方地区 94个秸秆还田定位试验
的土壤肥力变化和培肥增产效应, 认为秸秆还田后
产量较秸秆不还田平均提高了 4.4%。张凡等[35]研究
认为全量小麦秸秆还田处理较不还田处理使棉花增
产 14.35%, 产量增加的原因为连续麦秸秆还田提高
了棉花铃数和铃重。秸秆还田促进了棉花植株对氮
磷钾养分的吸收与累积, 使营养器官在生育后期维
持较高的生物量, 有效防止棉花早衰, 实现棉花产
量的提高[35]。本研究认为, 较之棉花秸秆未还田, 棉
花秸秆还田有利于提高棉花单铃重和总铃数, 进而
提高籽棉和皮棉产量。棉花秸秆还田对衣分无显著
影响。
棉花枯黄萎病是棉花生产中具有毁灭性的两种
病害, 都属于维管束[36]、土传病害, 在长期棉花秸秆
还田增加土壤养分、培肥土壤地力的同时, 对棉花
长期连作可能带来的潜在病害等负效应也应引起足
够关注和进一步深入研究。
4 结论
与秸秆未还田相比, 连续 4 年棉花秸秆还田有
利于提高连作棉田土壤有机质、碱解氮、速效钾、
土壤基础呼吸速率、土壤微生物量碳及土壤活跃微
生物量含量, 但对全生育期平均土壤速效磷没有显
著的提高效果。秸秆还田提高棉花总铃数和单铃重,
进而提高籽棉、皮棉产量, 但对衣分无显著影响。
长期棉花秸秆还田培肥地力的同时应关注由此可能
产生的连作障碍, 注意磷肥的适量施入, 以实现棉
花稳产高产。
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