【研究意义】随着我国农业现代化进程的不断加快,对农业废弃物循环再利用的要求越来越高,然而大量的畜禽粪便处理不当,成为农业面源污染的重要来源^[1]。研究发现,沼液富含有机质、氨基酸、植物生长调节剂,还含有氮、磷、钾、钙、镁、铁等矿物质^[2-3],可满足植物生长需求,且容易被作物吸收利用,是一种优质的有机液体肥^[4-5]。棉花作为新疆重要的经济作物,长年连作,注重化肥施用,对有机肥料的投入较少。开展沼液肥的叶面喷施试验,研究其对新疆绿洲棉花生长的调节作用不仅可缓解农业面源污染问题,还对新疆棉田增产、增收、增效具有重要参考意义。【前人研究进展】沼液肥可通过随水灌溉和叶面喷施的方式施用,其在作物生产上已得到广泛应用,前人关于沼液肥灌溉施用对水稻、小麦、蔬菜和瓜果等植物生长及产量品质、土壤作用的影响研究已有很多^[6-9],但因种植地域、作物类型和耕作制度等因素的影响,其资源化利用在不同区域还存在较大差异。郝燕^[10]发现施用沼液肥可使葡萄产量大幅度提高。王礼伟等^[11]指出,沼液肥总施用量在180 t/hm²下,可促进甜瓜植株生长、干物质积累和果实品质提升。马虎等^[1]研究发现,灌溉施用沼液肥可明显增加油菜株高、根颈粗、分枝数、冠幅和叶绿素的相对含量(SPAD值)。田福发等^[12]发现,沼液肥的施用对提高黄瓜株高、叶片数、叶绿素含量、维生素C含量及产量有促进作用。Chen等^[13]连续对水稻地施用沼液肥6年,提出利用沼液肥代替化肥可改善土壤质量、提高土壤肥力和平衡养分的观点。光合特征能反映植物自身生长发育规律,李然等^{[2, 14]}在苦瓜、辣椒等作物的研究表明,灌溉施用沼液肥,明显促进了作物的光合作用,增加了苦瓜和辣椒的产量。也有学者提出,适宜的沼液养分浓度和用量可以促进植物的生长发育、提高果实的产量和品质,反之则会抑制作物的生长发育,可能是因为沼液中的含有的氨气、酚类、硫化氢等物质均会造成植物根系缺氧进而死亡、最终影响植株生长发育^[15]。【本研究切入点】作为有机废弃物厌氧发酵后的副产物,沼液在新疆绿洲棉花种植区施用的影响研究已有相关报道,但相对较少。前人通过研究,发现施用沼液肥,可以促进作物植株干物质积累,增加产量,提升品质,但在新疆灌耕灰漠土棉田,叶喷沼液肥是否可促进棉花生长,尚未可知。【拟解决的关键问题】本研究通过田间开展沼液肥叶喷试验,设置不同沼液肥喷施浓度,研究沼液肥喷施对棉花生长及产量品质的影响,得出新疆石河子垦区棉花种植所需的适宜沼液肥喷施用量,以期为促进棉花增产提质、解决畜禽粪便处理不当造成的环境污染问题及农业废弃物循环再利用提供参考。

1　材料与方法 1.1　试验地概况

试验在新疆农垦科学院试验场2轮试验地开展,该区属典型的温带大陆性气候,年日照时数为2 721~2 818 h,年无霜期168~171 d。供试土壤为灌耕灰漠土、中壤土。供试土壤pH值8.28、有机质含量8.92 g/kg、硝态氮29.76 mg/kg、铵态氮11.96 mg/kg、速效磷19.60 mg/kg、速效钾181.4 mg/ kg、EC值282.5 µs/cm、容重1.42 g/cm³。

1.2　试验材料

以‘新陆早51号’为供试棉花品种。供试氮素肥料为尿素(含N 46%)；磷素肥料为磷酸一铵(含N 12%,P₂O₅ 60%)；钾素肥料为硫酸钾(含K₂O 50%)；沼液肥由石河子市十户滩镇绿丰源养殖有限公司养猪场提供,沼液肥基本养分含量为：N,11.5 g/L；P₂O₅,1.4 g/L；K₂O,1.9 g/L；有机质,26 g/L；pH,4.69。

1.3　试验设计

棉花于2020年4月22日种植,采用机械铺膜播种,1膜6行3毛管配置,棉花宽窄行播种,种植行距为(10+66+10)cm,株距为9 cm。滴灌毛管铺设在棉花窄行的中间。沼液肥设置4个施用量梯度,CK：0 kg/hm²(喷等量清水)；OM1：15 kg/hm²；OM2：30 kg/ hm²；OM3：45 kg/ hm²,且分别于2020年6月15日、7月5日分两次用清水兑成450 kg/hm²喷施。常规大量无机肥氮(N：270 kg/hm²)、磷(P₂O₅：150 kg/hm²)、钾(K₂O：90 kg/hm²)的施用及其他田间管理措施(如除草、化控、打顶等)按常规进行。即除沼液肥,其余肥料的施肥方式与大田滴灌模式的肥料施用方式一致,且因棉花生育期间,本就有机械打药环节,叶面喷施沼液肥结合棉花种植田间作业一起开展,并未额外增加人工成本。每个小区100 m²,每个处理重复3次,共计12个小区,小区随机区组排列。

1.4　试验方法

分别在蕾期、花期喷施沼液肥10 d后进行调查,测定棉花株高、叶片数、叶宽、干物质量等指标。采集各小区具有普遍代表性的植株5株,按器官将每株分成叶、蕾、茎、根4部分,分别称鲜质量后放入105 ℃烘箱杀青30 min,然后80 ℃烘干至恒重,取出称干物质量。在第1次喷施沼液后,采用SPAD-502手持式叶绿素测定仪连续测定棉花功能叶(倒四叶)SPAD值,测定在下午1点前完成,每小区不少于30片叶；每个小区随机定点选择10株棉株,分别在喷施沼液肥后10 d(6月25日、7月15日)调查现蕾数、开花数、结铃数；收获期(10月2日)测定各小区的棉花实收籽棉产量和品质性状。

1.5　数据处理与分析

试验数据分析时采用多次重复的平均值,数据处理和方差分析在Excel 2007软件和DPS软件中进行,处理间的差异性显著性采用Duncan法进行单因素比较。

2　结果与分析 2.1　不同浓度沼液肥处理对棉花生长发育的影响

如表 1所示,分别在喷施沼液10 d后(6月25日和7月15日)对棉花生长发育情况进行调查。与CK相比,于蕾期、花期喷施沼液肥均显著提高了棉花株高、叶片数和叶宽,蕾期(第1次)喷施后各指标量随着沼液肥施用量的增加而增加；花期(第2次)喷施后,OM2(30 kg/ hm²)处理下的各项指标均表现较好。

2.2　不同浓度沼液肥处理对棉花功能叶SPAD值的影响

由表 2可知,从6月15日第1次喷施沼液肥后至第2次喷施期间,棉花功能叶的SPAD值整体呈降低趋势,各处理均表现为SPAD值在6月18日最高、7月4日最低。与CK相比,第1次喷施沼液肥3 d后(6月18日),SPAD值显著降低(P < 0.05)。随时间推移,各处理间的SPAD值差距逐渐减小,7月4日,OM2处理下SPAD值最高,OM1下该值最低。从测定周期的数据来看,CK处理下叶绿素含量变化幅度最大,OM2处理下其相对变化幅度较小,可能是喷施沼液肥可调节叶片细胞结构,缓和外界环境对棉花叶片叶绿素含量的影响。

2.3　不同浓度沼液肥处理对棉花干物质量的影响

喷施沼液肥10 d后(6月25日和7月15日),棉花叶、蕾、茎、根的干物质量较CK均有所增加。蕾期(第1次)喷施10 d后,植株各部分干物质量随喷施浓度增加而增加；花期(第2次)喷施10 d后,叶片干物质量随沼液肥喷施浓度增加而增加,蕾、茎、根的干物质量则呈现出先增加后降低的趋势,OM2处理下棉花蕾、茎、根的干物质量最高。与CK相比,两次喷施沼液肥处理后,棉花叶、蕾、茎的干物质量均表现出显著差异。

2.4　不同浓度沼液肥处理对棉花产量的影响

通过对各处理棉花株数、单株铃数、单铃质量、籽棉产量、衣分、皮棉产量分析可知,随着沼液肥喷施量的增加,均不同程度地促进了棉花单株铃数、单铃质量、产量提升,但是喷施量达到45 kg/hm²(OM3)时,反而造成了负效应。棉花产量随沼液肥喷施量的增加先增加后降低,OM2处理下产量最高、为6 338 kg/hm²,OM3处理下棉花产量仅为5 855 kg/hm²；与对照相比,OM1处理增产6.78%,OM2处理增产7.37%,OM3处理减产0.76%。表明施用沼液肥可提高棉花的生殖生长,尤其是沼液肥喷施量与棉花现蕾数呈正相关,但OM3处理下花数和铃数出现下降,可能是大量施用沼液肥叶喷,促进了棉花的营养生长,导致坐花、坐铃数降低,这与Gao等^[15]的研究结果一致。衣分是评定棉花品种优劣的重要标准。如表 4所示,随沼液肥喷施量的增加,棉花衣分呈先升后降趋势。与CK相比,OM1处理后衣分降低0.54%；OM2、OM3处理后衣分分别增加1.39% 和1.36%,但4个处理间的差异不显著。

2.5　不同浓度沼液肥处理对棉花品质的影响

由表 5可知,各处理的纤维上半部平均长度均达标准级28 mm以上,喷施沼液肥增加了棉花纤维长度,但随沼液肥喷施量的增加,纤维长度呈下降趋势。与CK比较,喷施沼液肥提高了纤维的整齐度、马克隆值,两个指标均随沼液肥施用量的增加,表现出先增加后降低的变化趋势。本试验中,喷施沼液肥的3个处理,纤维马克隆值均在A级,而CK的马克隆值则在B级。喷施沼液肥对纤维断裂比强度略有影响,随沼液肥喷施量的增加,比强度先降后增,其中OM2处理最低、为31.78 cN/tex。刘继华等^[16]研究显示,纤维长度与比强度间有较高的正相关,整齐度与马克隆值有显著正相关,本试验也印证了此结果。

3　讨论

沼液肥是一种富含有机质和营养物质的优质有机肥料,灌溉施用可保持农产品的品质,明显改善土壤的理化性质^{[6, 17]}。叶面喷施肥料是快速补充作物养分的重要手段,在关键生育时期对补充作物养分具有积极的作用。沼液肥作为一种速效水肥,营养成分丰富,能迅速被植物吸收。前人对沼液肥直接喷施于叶面也进行了大量研究,一般认为,叶面喷施沼液肥对作物叶绿素、光合、产量及品质都有积极的促进的作用^[18-22]。孙小妹等^[18]研究发现,沼水1: 1喷施,可增加叶绿素b含量进而提高弱光和水分利用率,最终显著提高玉米产量。孟清波等^[19]发现,喷施沼液肥也可显著提高辣椒叶片的叶绿素含量。徐培智等^[20]研究发现,施用沼液肥显著提高了白菜产量、游离氨基酸的含量以及硝酸还原酶活性,降低了硝酸盐含量。在甜瓜叶面喷施沼液试验中,何梅等^[21]指出,75% 的沼液肥浓度可提高甜瓜叶绿素含量、产量及果实品质。陈年来等^[22]则表示叶面喷施中浓度、高浓度沼液肥均可显著提高香瓜果实产量和品质。本研究发现,OM2(30 kg/hm²)处理下棉花功能叶片的叶绿素含量随时间推移变化幅度较小。有可能是叶面喷施沼液肥,使棉花叶片细胞稳定性增强,有利于提高和稳定叶片叶绿素含量。阿布力孜等^[23]试验结果表明,喷施沼液肥可增加棉花产量。本研究结果显示,叶面喷施沼液肥,对棉花单株铃数、单铃质量、产量都有不同程度促进作用,但是喷施量达到45 kg/ hm²(OM3)时,反而造成了负效应。棉花产量随沼液肥喷施量的增加先增加后降低,OM2处理下产量最高、为6 338 kg/hm²。OM3处理下产量较低,可能与株数在4个处理中最低有关。与CK相比,喷施沼液肥提高了棉花纤维长度、纤维整齐度、马克隆值,随沼液肥喷施量的增加,棉花纤维长度呈下降趋势；纤维整齐度和马克隆值两个指标均随沼液肥施用量的增加,表现出先增加后降低的变化趋势。随沼液肥喷施量的增加,纤维断裂比强度先降后增,OM2处理下最低。

沼液肥中含有丰富的营养物质,是优质生物有机肥,能有效调节农田耕层土壤的酸碱度,有利于改良碱性土壤^[24],还有防治作物病虫害的功效^[25]。但任杰等^[26]对烟叶的研究表明,叶面喷施沼液肥导致上等烟比例下降,还使赤星病和角斑病的发病率增加。本试验主要研究沼液肥叶面喷施对棉花叶绿素含量、蕾花铃数、产量及品质的影响,沼液肥喷施对土壤的影响及病虫害的防治方面还缺乏深入研究,后续将开展相关研究。

4　结论

叶面喷施沼液肥可促进棉花生长,显著提高了棉花株高、叶片数、叶宽,OM2(30 kg/hm²)处理的各项生长指标均表现较好。较不喷施相比,沼液肥喷施显著增加了棉株茎、叶、蕾(铃)、根的干物质量,蕾期喷施后棉花各器官干物质量随喷施浓度增加而增加；花期喷施后,随喷施浓度增加叶片干物质量增加,蕾、茎、根的干物质量在OM2处理下最高。此外,喷施沼液肥提高了棉花功能叶片的叶绿素含量,OM2处理下棉花叶片叶绿素含量随时间推移变化幅度较小。随沼液肥喷施量的增加棉花产量先增加后降低,OM2处理下籽棉产量最高、为6 338 kg/hm²。随沼液肥喷施量的增加,纤维整齐度和马克隆值表现出先增加后降低的变化趋势；纤维断裂比强度先降后增,OM2处理下最低、为31.78 cN/tex。