秦都林王双磊,2刘艳慧,3聂军军赵 娜毛丽丽宋宪亮,*孙学振,*

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曲阜市农业局, 山东曲阜273100

滨海盐碱地棉花秸秆还田对土壤理化性质及棉花产量的影响

秦都林1王双磊1,2刘艳慧1,3聂军军1赵 娜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曲阜市农业局, 山东曲阜273100

在滨海盐碱地定点设置连续3年棉花秸秆还田和未还田2个处理, 研究其对0～60 cm土层土壤理化性质和棉花产量的影响。结果表明, 连续3年棉花秸秆还田显著降低0～30 cm土层土壤容重和0～10 cm土层＜0.25 mm土壤微团聚体含量; 显著提高0～10 cm土层＞5 mm土壤大团聚体含量。在0～20 cm土层, 3年秸秆还田显著提高棉花播前和各生育阶段土壤有机质、硝态氮、铵态氮和速效钾含量, 平均分别比对照提高13.45%、18.57%、22.80%和22.57%;降低土壤速效磷和含盐量, 平均分别比对照降低18.29%和16.59%。在20～40 cm土层, 3年秸秆还田显著提高土壤硝态氮和铵态氮含量, 平均比对照提高37.20%和31.62%; 显著降低土壤含盐量, 平均比对照降低19.06%。在40～60 cm土层, 3年秸秆还田显著提高土壤硝态氮和铵态氮含量, 平均分别比对照提高38.26%和24.83%。3年棉花秸秆还田分别比未还田显著提高棉花籽棉产量11.57%、19.01%和13.24%和皮棉产量18.56%、19.78%和18.73%, 但对棉花单铃重和衣分无显著影响。

棉花; 秸秆还田; 盐碱地; 土壤理化性质; 产量

Keywords: Cotton; Stalk returning; Saline-alkali soil; Soil physical and chemical properties; Yield

据联合国粮食及农业组织(FAO)统计, 全世界盐渍土总面积为 3.97亿公顷, 约占陆地总面积的3.1%[1], 中国是世界上盐碱地面积最大的国家之一,盐渍土总面积约为3600万公顷, 占全国可利用土地面积的4.88%[2], 分布广泛。改造治理及合理开发利用盐碱地资源, 是中国农业可持续发展的重要途径之一。棉花是我国重要的经济作物, 种植面积约占世界的15%, 产量约占世界的25%[3]。棉花耐盐性较强, 被公认为是开发盐碱地的先锋作物[4]。近年来,随着粮食安全问题和粮棉争地矛盾的日益加剧, 内陆棉花种植逐渐向滨海盐碱地集中。但由于耕作制度不合理及海水入侵导致滨海盐碱地的盐渍化程度逐年加剧[5-6], 严重阻碍棉花产业的发展, 因此降低滨海盐碱地的含盐量, 是保证棉花可持续生产的关键。

农作物秸秆中富含作物生长所必须的N、P、K等多种营养元素[7], 秸秆还田能够改变土壤腐殖质组成及特性, 增加土壤有机质积累和养分含量, 改善土壤物理性状, 促进作物产量提高[8]。棉花秸秆作为棉花生产的副产品, 资源丰富, 产量巨大, 如果不能合理利用, 势必造成资源的浪费和环境的污染,秸秆还田在现代农业可持续发展中意义重大。国内外大量研究已表明秸秆还田普遍具有增产效应[9-12];并能够降低土壤含盐量[13-14]和 pH 值[15], 提高土壤肥力[16-17], 维持土壤结构的稳定性[18-19]。前人对秸秆还田的研究大多数集中在小麦[11,18]、玉米[20-21]、水稻[16,22]等禾本科作物方面; 有关棉花秸秆还田的研究也大多数集中在秸秆还田对棉花生长特性和产量[13]、土壤养分[23]、土壤微生物量碳[24-25]、土壤酶活性[26-27]等方面。但是关于棉花秸秆还田对滨海盐碱地棉田土壤改良作用的研究还较为缺乏, 尚未明确连续多年秸秆还田对滨海盐碱地土壤肥力改良的具体效果。本研究拟通过研究连续 3年棉花秸秆还田对盐碱地棉田土壤理化性质和棉花产量的影响,以期对滨海盐碱地连作棉田的生产力以及该地区棉花秸秆还田的大面积推广提供重要的理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

山东省滨州市梁才乡毛里庄村(37°44′N, 118°15′E, 海拔 11.4 m)地区属于温带大陆性季风气候, 年均气温 13.3℃, 降水 562.5 mm, 日照时数2231 h, 无霜期193 d, 年蒸发量1972.5 mm。供试土壤为盐化潮土, 2013年试验地初始土壤化学性状见表1。

表1 供试土壤的主要化学性状Table 1 Main chemical properties of test soil

1.2 试验设计

于2013—2015年设棉花秸秆未还田(SNR)与秸秆还田(SR) 2个处理, 每处理设3次重复, 共6个小区, 小区面积810 m2(长90 m, 宽9 m)。自2012年棉花收获后, 每年11月下旬将相应的秸秆人工拔除和秸秆粉碎旋耕还田, 残留秸秆长度小于 5 cm, 还田秸秆干重约为3000 kg hm–2, 还田秸秆N、P、K总量3年平均分别为30.77、11.97和73.29 kg hm–2,其田间管理操作与未还田处理一致, 基施复合肥750 kg hm–2(N∶P∶K为22∶10∶16), 花铃期追施尿素180 kg hm–2。播种前分别于每年3月21日和4月10日前后大水漫灌压盐。种植方式为多年连作棉田, 一年一熟。供试品种为鲁棉研 36, 于每年 4月20日至25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30 cm。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 样品采集 于每年播前(播种前 35 d)、苗期(播后35 d)、蕾期(播后60 d)、花铃期(播后90 d)和吐絮期(播后150 d)田间取样, 按五点取样法使用土钻(内径 5 cm)在棉花窄行中间采集 0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层土样, 将每小区同一土层的土样混合成一个样品, 每个处理 3次重复, 将每个土样再分成 2份装入聚乙烯自封袋, 放入冰盒带回实验室, 一份置–20℃冰柜冷冻保存, 用于测定土壤硝态氮和铵态氮含量; 另一份自然风干, 剔除杂物后过20目和100目筛, 用于测定土壤含盐量、pH、有机质、速效磷和速效钾含量。于吐絮后期, 从每小区采集0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土层样品测定土壤容重和土壤团聚体。于收获期,从每小区选取20株代表性棉株, 统计收获的棉铃总数, 计算棉花平均单铃重、衣分和产量。

1.3.2 测定方法 用沙维诺夫干筛法测定土壤团聚体[28]; 环刀法测定土壤容重, 重铬酸钾容量法测定土壤有机质, 钼锑抗比色法测定土壤速效磷, 乙酸铵浸提-火焰光度法测定土壤速效钾, 电位法测定土壤 pH (水∶土 = 5∶1), 电导率法测定土壤盐分(水∶土 = 5∶1)[29], 土壤含盐量回归方程为 y = 3.4058x + 0.1427 (n = 27, R2= 0.9964, P ＜ 0.01), 其中y为含盐量, x为电导率[30]; AA3连续流动分析仪(SFA CAF FIA BRAN+LUEBBE III)测定土壤硝态氮和铵态氮。

1.4 数据分析

以 SigmaPlot 10.0软件作图, Microsoft Excel 2003初步处理数据, DPS7.05统计软件进行单因素方差分析, LSD法检验处理间差异显著性(α = 0.05)。

2 结果与分析

2.1 棉花秸秆还田对土壤结构的影响

2.1.1 土壤容重 2015年数据(表 2)表明, 棉花秸秆还田显著降低了0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土层的土壤容重, 分别比对照降低6.20%、5.56%和5.37%, 对30～40 cm土层的土壤容重无显著影响。2013年和2014年棉花秸秆还田均显著降低了0～10 cm和10～20 cm土层的土壤容重, 2013年分别比对照降低 7.52%和 5.41%, 2014年分别降低 6.45%和5.48%, 而2年均对20～30 cm和30～40 cm土层的土壤容重无显著影响。说明随着棉花秸秆还田年数的增加, 改善土壤结构的土层加深。

表2 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤容重的影响Table 2 Effects of cotton stalk returning on soil density of each soil layer in different years (g cm–3)

2.1.2 土壤团聚体 图 1显示, 供试土壤团聚体组成以＞5 mm的大团聚体和＜0.25 mm的微团聚体为主, 其次是2～5 mm团聚体, 1～2 mm、0.5～1.0 mm和0.25～0.50 mm团聚体含量所占比例较少。2013年棉花秸秆还田对0～10 cm土层的土壤团聚体无显著影响, 2014年和2015年棉花秸秆还田显著降低了0～10 cm土层＜0.25 mm的土壤微团聚体含量, 分别降低12.39%和19.35%; 显著提高了0～10 cm土层＞5 mm的土壤大团聚体含量, 分别提高11.48%和13.40%。3年棉花秸秆还田均对10～20 cm和20～30 cm土层的土壤团聚体无显著影响。说明短时间内棉花秸秆还田影响浅层土壤团聚体结构, 对较深土层土壤团聚体结构无显著影响。

2.2 棉花秸秆还田对土壤化学性质的影响

2.2.1 土壤含盐量 根据土壤中盐分具有“盐随水走”的运动规律, 土壤中的含盐量受降水及灌溉的影响较大。图2显示, 3年秸秆还田均显著降低了棉花播前和各生育阶段 0～20 cm 土层的土壤含盐量, 2013、2014和 2015年棉花播前和各生育阶段平均分别比对照降低14.54%、14.24%和20.99%。秸秆还田对 20～40 cm土层土壤含盐量的影响年际间有所不同, 2013年和2014年只在花铃期和苗期显著降低,在其他生育阶段无显著影响; 2015年则显著降低棉花播前和各生育阶段的土壤含盐量, 播前和各生育阶段平均比对照降低16.83%。3年秸秆还田均未对40～60 cm土层的土壤含盐量产生显著的影响。说明短时间内棉花秸秆还田影响浅层土壤含盐量, 随着还田时间的延长影响土层加深。

图1 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤团聚体的影响Fig. 1 Effects of cotton stalk returning on soil aggregates of each soil layer in different yearsSNR: 秸秆未还田; SR秸秆还田。图柱上不同小写字母表示数值在0.05水平上差异显著。SNR: no stalk returning; SR: stalk returning. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

(图2)

图2 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤含盐量的影响Fig. 2 Effects of cotton stalk returning on soil salt content of each soil layer in different yearsPR: 播前; SE: 苗期; BU: 蕾期; FL: 花铃期; BO; 吐絮期; SNR: 秸秆未还田; SR秸秆还田。图柱上不同小写字母表示数值在0.05水平上差异显著。PR: pre-sowing; SE: seeding stage; BU: budding stage; FL: flowering and boll-forming stage; BO: boll opening stage; SNR: no stalk returning; SR: stalk returning. Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

2.2.2 土壤pH 由表3可以看出, 2013年秸秆还田对棉花各生育阶段0～60 cm土层的土壤pH均无显著影响。2014年和 2015年秸秆还田均降低棉花播前和各生育阶段0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层的土壤pH, 2014年平均分别比对照降低2.10%、2.17%和2.42%, 2015年平均分别降低1.92%、1.45%和1.40%。说明棉花秸秆还田有降低土壤pH的趋势,但均未达到显著差异水平。

表3 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤pH的影响Table 3 Effects of cotton stalk returning on soil pH of each soil layer in different years

表4 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤有机质含量的影响Table 4 Effects of cotton stalk returning on soil organic matter content of each soil layer in different years (g kg–1)

图3 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤硝态氮含量的影响Fig. 3 Effects of cotton stalk returning on soil nitrate nitrogen content of each soil layer in different years图柱上不同小写字母表示数值在0.05水平上差异显著。缩写同图2。Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

2.2.3 土壤有机质 由表4可以看出, 3年秸秆还田均显著提高了 0～20 cm 土层的土壤有机质含量,并且随着还田时间的延长有机质含量呈增加趋势, 2013、2014和 2015年棉花播前和吐絮期分别比对照提高10.06%、12.64%, 10.11%、14.06%和14.51%、19.30%; 对20～40 cm和40～60 cm土层土壤有机质含量无显著影响。说明短时间内棉花秸秆还田只影响浅层土壤有机质含量, 对较深土层土壤有机质含量无显著影响。

2.2.4 土壤硝态氮 图3显示, 3年秸秆还田均显著提高了棉花各生育阶段0～60 cm不同土层的土壤硝态氮含量。2013、2014和 2015年棉花播前和各生育阶段, 0～20 cm 土层平均分别比对照提高8.80%、20.64%和26.28%; 20～40 cm土层平均分别比对照提高29.80%、50.83%和30.98%; 40～60 cm土层平均分别比对照提高42.99%、52.15%和19.63%。

2.2.5 土壤铵态氮 图4显示, 3年秸秆还田均显著提高了棉花各生育阶段0～60 cm不同土层的土壤铵态氮含量。2013、2014和2015年棉花播前和各生育阶段, 0～20 cm 土层平均分别比对照提高13.30%、41.51%和13.60%; 20～40 cm土层平均分别比对照提高23.17%、54.47%和17.23%; 40～60 cm土层平均分别比对照提高 17.16%、39.34%和18.01%。

图4 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤铵态氮含量的影响Fig. 4 Effects of cotton stalk returning on soil ammonium nitrogen content of each soil layer in different years图柱上不同小写字母表示数值在0.05水平上差异显著。缩写同图2。Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

2.2.6 土壤速效磷 图5显示, 2013年棉花秸秆还田对0～20 cm土层的土壤速效磷含量无显著影响; 2014年和 2015年秸秆还田均显著降低了播前和棉花各生育阶段0～20 cm土层的土壤速效磷含量, 平均分别比对照降低19.09%和17.49%。3年秸秆还田对20～40 cm和40～60 cm土层土壤速效磷含量无显著影响。说明短时间内棉花秸秆还田只影响浅层土壤速效磷含量, 对深层土壤速效磷含量无显著影响。

2.2.7 土壤速效钾 图6显示, 3年秸秆还田均显著提高了播前和棉花各生育阶段0～20 cm土层的土壤速效钾含量, 2013、2014和2015年棉花播前和各生育阶段平均分别比对照提高 23.57%、28.33%和16.32%; 对20～40 cm土层影响只显著提高了播前土壤速效钾含量, 在棉花生育期间无显著差异; 对40～60 cm土层土壤速效钾含量无显著影响。

图5 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤速效磷含量的影响Fig. 5 Effects of cotton stalk returning on soil available P content of each soil layer in different years图柱上不同小写字母表示数值在0.05水平上差异显著。缩写同图2。Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

2.3 棉花秸秆还田对棉花产量及其构成因素的影响

由表 5可以看出, 秸秆还田可显著提高棉花的籽棉产量和皮棉产量。2013、2014和 2015年籽棉产量分别比未还田提高 11.57%、19.01%和 13.24%,皮棉产量分别比未还田提高 18.56%、19.78%和18.73%。秸秆还田提高棉花产量的原因是显著提高了单位面积的总铃数, 3年分别提高8.20%、15.25%和 11.62%; 棉花秸秆还田对棉花单铃重和衣分虽有一定的提高趋势, 但均未达到显著差异水平。

3 讨论

3.1 棉花秸秆还田对土壤结构的影响

一般来说, 土壤物理性质主要从土壤容重、孔隙度和团聚体组成等方面体现[31], 它们关系到土壤中水肥气热状况、养分调节及植物根系的伸展和生长发育[32]。张亚丽等[18]、马永良等[21]和刘禹池等[33]研究表明, 连续多年秸秆还田显著降低表层的土壤容重。陈尚洪等[16]研究表明, 还田后秸秆在腐解过程中, 能够促进土壤团粒结构的形成, 改善土壤通透性与保水保肥能力。张亚丽等[18]通过连续19年的春小麦连作长期定位试验发现, 在施氮、磷化肥的基础上秸秆还田, 可以增加＞0.25 mm的土壤团聚体的数量, 促进团聚体的稳定性。然而, 滨海盐碱地地下水位高, 土壤自然脱盐率低, 植被品种多样性及数量较少, 生态环境脆弱, 秸秆还田通过改良土壤物理结构及成分等起到改良盐碱土的作用[34]。秸秆还田作为改良土壤的重要措施, 影响作物生长; 土壤盐分是限制滨海盐碱地棉花高产的关键。但是,从降低土壤含盐量和提高肥力的角度来看, 采用棉花秸秆还田的研究还较为缺乏。本研究连续3年棉花秸秆还田后显著降低 0～30 cm 土层的土壤容重,显著增加＞5 mm的土壤大团聚体的含量, 显著降低＜0.25 mm的土壤微团聚体的含量。分析其原因可能是棉花秸秆还田促进了土壤微团聚体向更大粒级团聚体的转化, 增加耕作时的扰动阻力, 减少了对团聚体的破坏作用[35], 土壤容重降低, 孔隙度增加,从而使土壤结构得到改善[21]。

图6 棉花秸秆还田对不同年份各土层土壤速效钾含量的影响Fig. 6 Effects of cotton stalk returning on soil available K content of each soil layer in different years图柱上不同小写字母表示数值在0.05水平上差异显著。缩写同图2。Bars superscripted by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

表5 棉花秸秆还田对棉花产量及其构成因素的影响Table 5 Effects of cotton stalk returning on yield and yield components of cotton

3.2 棉花秸秆还田对含盐量和化学性质的影响

作物秸秆含有大量的碳、氮、磷和钾等营养元素, 是土壤养分的补给源。关于作物秸秆对土壤养分和地力培肥效果的研究, 前人做了许多研究。武际等[36]研究表明在水旱轮作制度下, 连续秸秆还田可以显著提高0～25 cm土层土壤硝态氮和铵态氮含量。而汪军等[37]研究认为秸秆还田降低了土壤硝态氮和铵态氮含量。本试验结果表明, 棉花秸秆还田显著提高0～60 cm土层土壤硝态氮和铵态氮含量。分析其原因可能是秸秆还田改善了土壤的微环境,减弱了降雨的淋洗作用; 并且秸秆的持续施用增加了土壤中生物有效性碳的数量, 为土壤异养微生物的活动提供了充足能源, 极大地刺激了土壤氮的矿化作用, 从而增加土壤中硝态氮和铵态氮含量[36]。土壤C/N 通常被认为是土壤氮素矿化能力的标志, 低C/N使微生物的分解和氮的矿化速率加快[38]。秸秆分解时适宜土壤C/N为25, 而秸秆本身C/N一般为80左右[39], 秸秆还田在合理配施氮肥时能够明显提高土壤氮素供应能力[37,40], 从而合理调节C/N。本试验中施基肥750 kg hm–2(N∶P∶K为22∶10∶16),花铃期追施尿素180 kg hm–2, 满足了秸秆分解时所需要的氮, 从而促进了棉花产量的提高。慕平等[41]研究表明连续秸秆还田结合土壤浅耕, 显著增加0～20 cm 土层土壤有机质和速效钾含量, 且随着还田年数的增加, 效果更加明显。徐国伟等[15]研究表明麦秸还田显著降低土壤pH。冯国艺等[13]研究秸秆还田对滨海盐碱地棉苗光合特性及生长的影响表明,棉花秸秆还田显著降低 0～40 cm土层的土壤含盐量。张玉文等[14]2012年在黄河三角洲地区的研究表明, 玉米秸秆还田量为3.0 t hm–2时, 0～20 cm土层的土壤含盐量降低了50.75%。本试验研究结果与慕平等[41]、冯国艺等[13]和张玉文等[14]的研究结果一致,连续3年棉花秸秆还田后显著提高土壤有机质、速效钾含量, 显著降低土壤含盐量。分析其原因主要是棉花秸秆还田增强土壤团聚体稳定性[17], 提高土壤保水能力, 减少土壤水分蒸发[42], 有效调节滨海盐碱地土壤的盐分运动; 秸秆腐解后为土壤提供了丰富的碳氮磷钾等营养[16], 增加土壤有机质含量促进了土壤微生物和酶活性, 使氮磷钾等养分充分释放, 增加土壤中有效养分含量[18]。棉花秸秆还田导致土壤速效磷含量降低, 分析其主要原因可能是棉花秸秆中磷含量较低, 还田释放到土壤后易被土壤颗粒吸附固定[43], 并且还田导致植株生长旺盛, 对土壤养分的需求增加, 而又未能通过足量施肥补充[23]。这与张亚丽等[18]关于施肥和秸秆还田对土壤肥力质量及春小麦品质的影响的研究结果一致。

3.3 棉花秸秆还田对棉花产量及其构成因素的影响

国内外众多研究表明合理施用秸秆可以提高作物产量[9-10]。张凡等[11]研究表明在施用氮磷肥的基础上, 与不施秸秆和钾肥相比, 小麦秸秆还田显著提高了棉花铃数、铃重和皮棉产量, 还田第 2年和第 3年后产量增长率分别达 143.5%和 93.7%。Gwathmey等[12]研究指出, 小麦秸秆还田6年后棉花皮棉产量提高 11%。杨宪龙等[20]研究认为, 秸秆还田随种植年限的推移增产效果越明显, 小麦和玉米季均在还田2年后表现出显著的增产效果。袁玲等[22]通过10年的长期定位试验发现, 秸秆还田显著提高水稻产量。于舜章等[44]试验发现小麦秸秆覆盖还田使玉米平均增产14.64%。棉花秸秆还田对衣分无显著影响, 这与刘艳慧等[23]的研究结果一致。本研究在滨海盐碱地进一步证实了前人的结论, 棉花秸秆还田后显著提高了棉花产量, 籽棉产量和皮棉产量3年平均增长率分别达14.61%和19.02%。分析其原因主要是棉花秸秆还田改善了土壤理化性质, 增加了土壤肥力, 促进了棉花植株对氮磷钾养分的吸收,进而提高了单位面积棉花总铃数。

刘建国等[45]研究发现棉花具有一定的化感自毒效应, 随着连作年限和秸秆还田量的增加, 其化感物质在土壤中积累, 并对土壤生物活性造成影响[46]。因此, 在棉花秸秆还田时, 应充分考虑秸秆对下茬作物的化感作用, 避免因还田量的增加, 产生化感自毒作用, 影响棉花生长。在本研究连续 3年棉花秸秆还田的条件下, 并未发现化感自毒作用影响棉花生长的现象。

4 结论

与棉花秸秆未还田相比, 连续 3年棉花秸秆还田能够降低连作棉田土壤容重, 改善浅层土壤团聚体的粒径分配比例, 降低土壤含盐量和 pH, 增加土壤有机质、硝态氮、铵态氮和速效钾含量, 提高棉花总铃数, 进而提高棉花产量, 对棉花单铃重和衣分无显著影响。因此, 连续多年棉花秸秆还田可以显著改善土壤理化性质, 提高棉花产量, 但应注意适量增加磷肥的施入, 确保土壤养分均衡, 进而保证棉花的稳产高产。

[1] Setia R, Gottschalk P, Smith P, Marschner P, Baldock J, Setia D, Smith J. Soil salinity decreases global soil organic carbon stocks. Sci Total Environ, 2013, 465: 267–272

[2] 杨劲松. 中国盐渍土研究的发展历程与展望. 土壤学报, 2008, 45: 837–845

Yang J S. The development and prospect of saline soil research in China. Acta Pedol Sin, 2008, 45: 837–845 (in Chinese with English abstract)

[3] 喻树迅. 我国棉花生产现状与发展趋势. 中国工程科学, 2013, 15(4): 9–13

Yu S X. Present situation and development trend of cotton production in China. Engin Sci, 2013, 15(4): 9–13 (in Chinese with English abstract)

[4] 辛承松, 董合忠, 唐薇, 温四民. 棉花盐害与耐盐性的生理和分子机理研究进展. 棉花学报, 2005, 17: 309–313

Yin C S, Dong H Z, Tang W, Wen S M. Physiological and molecular mechanisms of salt injury and salt tolerance in cotton. Cotton Sci, 2005, 17: 309–313 (in Chinese with English abstract)

[5] 刘衍君, 曹建荣, 高岩, 刘文全, 徐秀丽. 莱州湾南岸海水入侵区土壤盐渍化驱动力分析与生态对策. 中国农学通报, 2012, 28(2): 209–213

Liu Y J, Cao J R, Gao Y, Liu W Q, Xu X L. The driving factors and ecological countermeasures of soil salinization in the seawater intrusion areas in the south of Laizhou bay. Chin Agric Sci Bul, 2012, 28(2): 209–213 (in Chinese with English abstract)

[6] 尉元明, 朱丽霞, 乔艳君. 河西走廊农灌区耕作土壤次生盐渍

化成因与防治对策. 干旱气象, 2004, 22: 21–25

Wei Y M, Zhu L X, Qiao Y J. Causes and control measures of secondary salinization of farming soil in agricultural irrigated area of hexi corridor. Arid Meteorol, 2004, 22: 21–25 (in Chinese)

[7] 劳秀荣, 孙伟红, 王真, 郝艳如, 张昌爱．秸秆还田与化肥配合施用对土壤肥力的影响. 土壤学报, 2003, 40: 618–623

Lao X R, Sun W H, Wang Z, Hao Y R, Zhang C A. Effects of matching use of stalk and chemical fertilizer on soil fertility. Acta Pedol Sin, 2003, 40: 618–623 (in Chinese with English abstract)

[8] 江永红, 宇振荣, 马永良, 秸秆还田对农田生态系统及作物生长的影响. 土壤通报, 2001, 32: 209–213

Jiang Y H, Yu Z R, Ma Y L, Effects of stalk returning to field on farmland ecosystem and crop growth. Chin J Soil Sci, 2001, 32: 209–213 (in Chinese with English abstract)

[9] Reiter M S, Reeves D W, Burmester C H, Torbert H A. Cotton nitrogen management in a high-residue conservation system: cover crop fertilization. Soil Sci Soc Am J, 2008, 72: 1321–1329

[10] 杨帆, 董燕, 徐明岗, 包耀贤. 南方地区秸秆还田对土壤综合肥力和作物产量的影响. 应用生态学报, 2012, 23: 3040–3044

Yang F, Dong Y, Xu M G, Bao Y X. Effects of straw returning on the integrated soil fertility and crop yield in southern China. Chin J Appl Ecol, 2012, 23: 3040–3044 (in Chinese with English abstract)

[11] 张凡, 睢宁, 余超然, 刘瑞显, 杨长琴, 宋光雷, 孟亚利, 周治国. 小麦秸秆还田和施钾对棉花产量与养分吸收的效应. 作物学报, 2014, 40: 2169–2175

Zhang F, Sui N, Yu C R, Liu R X, Yang C Q, Song G L, Meng Y L, Zhou Z G. Effects of wheat straw returning and potassium fertilizer application on yield and nutrients uptake of cotton. Acta Agron Sin, 2014, 40: 2169–2175 (in Chinese with English abstract)

[12] Gwathmey C O, Bradley J F, Chambers A Y, Howard D D, Tyler D D. Physiological responses to tillage systems, cover crops and residue management. In: James M S, Derrick O, James J H, Jack M eds. Physiology of Cotton. New York: Springer, 2010. pp 246–254

[13] 冯国艺, 张谦, 王树林, 祁虹, 杜海英, 李智峰, 梁青龙, 林永增. 秸秆还田对滨海盐碱地棉苗光合特性及生长的影响. 棉花学报, 2015, 7: 248–253

Feng G Y, Zhang Q, Wang S L, Qi H, Du H Y, Li Z F, Liang Q L, Lin Y J. Effects of returning straw on the photosynthetic characteristics and growth of cotton seedlings in a saline coastal area. Cotton Sci, 2015, 7: 248–253 (in Chinese with English abstract)

[14] 张玉文, 毛伟兵, 刘鸿敏, 孙玉霞, 贾利梅, 郑乾坤. 秸秆还田对滨海粘质盐土物理性状和棉花产量的影响. 中国农学通报, 2016, 35(6): 75–80

Zhang Y W, Mao W B, Liu H M, Sun Y X, Jia L M, Zheng Q K. Effects of straw returning on physical properties of coastal saline clay and cotton yield. Chin Agric Sci Bul, 2016, 35(6): 75–80 (in Chinese with English abstract)

[15] 徐国伟, 段骅, 王志琴, 刘立军, 杨建昌. 麦秸还田对土壤理化性质及酶活性的影响. 中国农业科学, 2009, 42: 934–942

Xu G W, Duan H, Wang Z Q, Liu L J, Yang J C. Effects of wheat-residue application on physical and chemical characters and enzymatic activities in soil. Sci Agric Sin, 2009, 42: 934–942 (in Chinese with English abstract)

[16] 陈尚洪, 朱钟麟, 吴婕, 刘定辉, 王昌全. 紫色土丘陵区秸秆还田的腐解特征及对土壤肥力的影响. 水土保持学报, 2006, 20: 141–144

Chen S H, Zhu Z L, Wu J, Liu D H, Wang C Q. Decomposition characteristics of straw return to soil and its effect on soil fertility in purple hilly region. J Soil Water Conserv, 2006, 20: 141–144 (in Chinese with English abstract)

[17] 郝翔翔, 杨春葆, 苑亚茹, 韩晓增, 李禄军, 江恒. 连续秸秆还田对黑土团聚体中有机碳含量及土壤肥力的影响. 中国农学通报 2013, 29: 63–269

Hao X X, Yang C B, Yuan Y R, Han X Z, Li L J, Jiang H. Effects of continuous straw returning on organic carbon content in aggregates and fertility of black soil. Chin Agric Sci Bull, 2013, 29: 63–269 (in Chinese with English abstract)

[18] 张亚丽, 吕家珑, 金继运, 李书田, 陈占全, 高旭升. 施肥和秸秆还田对土壤肥力质量及春小麦品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2012, 18: 307–314

Zhang Y L, Lyu J L, Jin J Y, Li S T, Chen Z Q, Gao X S. Effects of chemical fertilizer and straw returning on soil fertility and spring wheat quality. Plant Nutr Fert Sci, 2012, 18: 307–314 (in Chinese with English abstract)

[19] Bossuyt H, Denef K, Six J, Frey S, Merckx R, Paustian K. Influence of microbial populations and residue quality on aggregate stability. Appl Soil Ecol, 2001, 16: 195–208

[20] 杨宪龙, 路永莉, 同延安, 林文, 梁婷. 长期施氮和秸秆还田对小麦–玉米轮作体系土壤氮素平衡的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19: 65–73

Yang X L, Lu Y L, Tong Y A, Lin W, Liang T. Effects of long-term N application and straw returning on N budget under wheat–maize rotation system. Plant Nutr Fert Sci, 2013, 19: 65–73 (in Chinese with English abstract)

[21] 马永良, 师宏奎, 张书奎, 吕润海. 玉米秸秆整株全量还田土壤理化性状的变化及其对后茬小麦生长的影响. 中国农业大学学报, 2003, 8(增刊1): 42–46

Ma Y L, Shi H K, Zhang S K, Lyu R H. Whole maize straw addition: the changes of soil physical and chemical properties and the effect on winter wheat. J Chin Agric Univ, 2003, 8(suppl-1): 42–46 (in Chinese with English abstract)

[22] 袁玲, 张宣, 杨静, 杨春蕾, 曹小闯, 吴良欢. 不同栽培方式和秸秆还田对水稻产量和营养品质的影响. 作物学报, 2013, 39: 350–359

Yuan L, Zhang X, Yang J, Yang C L, Cao X C, Wu L H. Effects of different cultivation methods and straw incorporation on grain yield and nutrition quality of rice. Acta Agron Sin, 2013, 39: 350–359 (in Chinese with English abstract)

[23] 刘艳慧, 王双磊, 李金埔, 秦都林, 张美玲, 聂军军, 毛丽丽,宋宪亮, 孙学振. 棉花秸秆还田对土壤速效养分及微生物特性的影响. 作物学报, 2016, 42: 1037–1046

Liu Y H, Wang S L, Li J P, Qin D L, Zhang M L, Nie J J, Mao L L, Song X L, Sun X Z. Effects of cotton straw returning on soil available nutrients and microbial characteristics. Acta Agron Sin, 2016, 42: 1037–1046 (in Chinese with English abstract)

[24] 郭成藏, 李鲁华, 黄金花, 刘军, 杨志兰, 魏飞, 刘建国. 秸秆还田对长期连作棉田土壤微生物量碳氮磷的影响. 农业资源与环境学报, 2015, 63, 296–304

Guo C Z, Li L H, Huang J H, Liu J, Yang Z L, Wei F, Liu J G. Effects of cotton straw incorporation on soil microbial biomass carbon, nitrogen and phosphorus in long-term continuous cropping cotton field. J Agric Res Environ, 2015, 63: 296–304 (in Chinese with English abstract)

[25] 张前兵, 杨玲, 张旺锋, 罗宏海, 张亚黎, 王进. 农艺措施对干旱区棉田土壤有机碳及微生物量碳含量的影响 中国农业科学, 2014, 47: 4463–4474

Zhang Q B, Yang L, Zhang W F, Luo H H, Zhang Y L, Wang J. Effects of agronomic measures on soil organic carbon and microbial carbon content in cotton in arid region. Sci Agric Sin, 2014, 47: 4463–4474 (in Chinese with English abstract)

[26] 刘建国, 张伟. 李彦斌, 孙艳艳, 卞新民. 新疆绿洲棉花长期连作对土壤理化性状与土壤酶活性的影响. 中国农业科学, 2009, 42: 725–733

Liu J G, Zhang W, Li Y B, Sun Y Y, Bian X M. Effects of long-term continuous cropping system of cotton on soil physical-chemical properties and activities of soil enzyme in oasis in Xinjiang. Sci Agric Sin, 2009, 42: 725–733 (in Chinese with English abstract)

[27] 张伟, 龚久平, 刘建国. 秸秆还田对连作棉田土壤酶活性的影响. 生态环境学报, 2011, 20: 881–885

Zhang W, Gong J P, Liu J G. Effects of straw returning to field on soil enzyme activity in continuous cropping cotton field. Ecol Environ Sci, 2011, 20: 881–885 (in Chinese)

[28] 代文才, 钱盛, 高明, 王子芳, 吕盛, 高莅淞. 施用生物质灰渣对柑橘园土壤团聚体及有机碳分布的影响. 水土保持学报, 2016, 30: 260–265

Dai W C, Qian S, Gao M, Wang Z F, Lyu S, Gao L S. Effects of biomass ash application on soil aggregates and organic carbon distributions of citrus orchard soils. J Soil Water Conserv, 2016, 30: 260–265 (in Chinese with English abstract)

[29] 鲍士旦. 土壤农化分析(第3版). 北京: 中国农业出版社, 2000. pp 25–111

Bao S D. Soil Agricultural Chemistry Analysis, 3rd edn. Beijing: China Agriculture Press, 2000. pp 25–111 (in Chinese)

[30] 董合忠. 盐碱地棉花栽培学. 北京: 科学出版社, 2010. pp 53–54

Dong H Z. Cotton Faming in Saline Soil. Beijing: Science Press, 2010. pp 53–54 (in Chinese)

[31] 刘艳丽, 李成亮, 高明秀, 张民, 赵庚星. 不同土地利用方式对黄河三角洲土壤物理特性的影响. 生态学报, 2015, 35: 5183–5190

Liu Y L, Li C L, Gao M X, Zhang M, Zhao G X. Effect of different land-use patterns on physical characteristics of the soil in the yellow river delta region. Acta Ecol Sin, 2015, 35: 5183–5190 (in Chinese with English abstract)

[32] 周波, 刘登民, 劳秀荣, 聂俊华, 孙伟红. 长期秸秆还田及休闲处理对土壤肥力的影响. 安徽农业科学, 2008, 36: 16015–16019

Zhou B, Liu D M, Lao X R, Nie J H, Sun W H. Effect of straw returning to field in long time and fallowing treatment on soil fertility. J Anhui Agric Sci, 2008, 36: 16015–16019 (in Chinese with English abstract)

[33] 刘禹池, 曾祥忠, 冯文强, 秦鱼生, 王昌全, 涂仕华, 陈道全.稻-油轮作下长期秸秆还田与施肥对作物产量和土壤理化性状的影响. 植物营养与肥料学报, 2014, 20: 1450–1459

Liu Y C, Zeng X Z, Feng W Q, Qin Y S, Wang C Q, Tu S H, Chen D Q. Effects of long-term straw mulch and fertilization on crop yields and soil physical and chemical properties under rice–rapeseed rotation. Plant Nutr Fert Sci, 2014, 20: 1450–1459 (in Chinese with English abstract)

[34] 枚德新, 张德顺, 王振. 滨海盐碱地生态修复现状及趋势. 中国农学通报, 2013, 29(5): 167–171

Mei D X, Zhang D S, Wang Z. The status and trends of ecological restoration of saline-alkali land in coastal region. Chin Agric Sci Bull, 2013, 29(5): 167–171 (in Chinese with English abstract)

[35] 田慎重, 王瑜, 李娜, 宁堂原, 王丙文, 赵红香, 李增嘉. 耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响. 生态学报, 2013, 33: 7116–7124

Tian S Z, Wang Y, Li N, Ning T Y, Wang B W, Zhao H X, Li Z J. Effects of different tillage and straw systems on soil waterstable aggregate distribution and stability in the north China plain. Acta Ecol Sin, 2013, 33: 7116–7124 (in Chinese with English abstract)

[36] 武际, 郭熙盛, 鲁剑巍, 王允青, 张晓玲, 徐征宇. 连续秸秆覆盖对土壤无机氮供应特征和作物产量的影响. 中国农业科学, 2012, 45: 1741–1749

Wu J, Guo X S, Lu J W, Wang Y Q, Zhang X L, Xu Z Y. Effects of continuous straw mulching on supply characteristics of soil inorganic nitrogen and crop yields. Sci Agric Sin, 2012, 45:1741–1749 (in Chinese with English abstract)

[37] 汪军, 王德建, 张刚, 王灿. 连续全量秸秆还田与氮肥用量对农田土壤养分的影响. 水土保持学报, 2010, 24: 40–42

Wang J, Wang D J, Zhang G, Wang C. Effect of different nitrogen fertilizer rate with continuous full amount of straw incorporated on paddy soil nutrients. J Soil Water Conserv, 2010, 24: 40–42 (in Chinese with English abstract)

[38] Gunther S, Holger K. Bulk soil C to N ratio as a simple measure of net N mineralization from stabilized soil organic matter in sandy arable soils. Soil Biol Biochem, 2003, 35: 629–632

[39] 顾炽明, 郑险峰, 黄婷苗, 侯仰毅, 王朝辉. 秸秆还田配施氮肥对冬小麦产量及氮素调控的影响. 干旱地区农业研究, 2013 31: 48–53

Gu C M, Zheng X F, Huang T M, Hou Y Y, Wang Z H. Effects of straw returning combined with nitrogen fertilizer application on yield of winter wheat and nitrogen regulation. Agric Res Arid Areas, 2013, 31: 48–53 (in Chinese with English abstract)

[40] 张亚丽, 张娟, 沈其荣, 王金川. 秸秆生物有机肥的施用对土壤供氮能力的影响. 应用生态学报, 2002, 13: 1575–1578

Zhang Y L, Zhang J, Shen Q R, Wang J C. Effect of combined application of bioorganic manure and inorganic nitrogen fertilizer on soil nitrogen supplying characteristics. Chin J Appl Ecol, 2002 13: 1575–1578 (in Chinese with English abstract)

[41] 慕平, 张恩和, 王汉宁, 方永丰. 连续多年秸秆还田对玉米耕层土壤理化性状及微生物量的影响. 水土保持学报, 2011, 25: 81–85

Mu P, Zhang E H, Wang H N, Fang Y F. Effects of continuous straw returning to maize tilth soil on chemical character and microbial biomass. J Soil Water Conserv, 2011, 25: 81–85 (in Chinese with English abstract)

[42] 舒馨, 朱安宁, 张佳宝, 陈文超, 杨文亮, 张文国. 保护性耕作对潮土物理性质的影响. 中国农学通报, 2014, 30: 175–181

Shu X, Zhu A N, Zhang J B, Chen W C, Yang W L, Zhang W G. Effects of conservation tillage on physical properties of fluvo-aquic soil. Chin Agric Sci Bull, 2014, 30: 175–181 (in Chinese with English abstract)

[43] 戴志刚. 秸秆养分释放规律及秸秆还田对作物产量和土壤肥力的影响. 华中农业大学硕士学位论文, 湖北武汉, 2009

Dai Z G. Study on Nutrient Release Characteristics of Crop Resi-due and Effect of Crop Residue Returning on Crop Yield and Soil Fertility. MS Thesis of Huazhong Agricultural University, Wuhan, China, 2009 (in Chinese with English abstract)

[44] 于舜章, 陈雨海, 周勋波, 李全起, 罗毅, 于强. 冬小麦期覆盖秸秆对夏玉米土壤水分动态变化及产量的影响. 水土保持学报, 2004, 18: 175–178

Yu S Z, Chen Y Q, Zhou X B, Li Q Q, Luo Y, Yu Q. Effect of straw-mulch during wheat stage on soil water dynamic changes and yield of summer maize. J Soil Water Conserv, 2004, 18: 175–178 (in Chinese with English abstract)

[45] Liu J G, Li Y B, Jiang G Y, Bian X M, LI F, Geng W. Allelopathic effects of cotton in continuous cropping. Allelop J, 2008, 21: 299–306

[46] 刘建国, 卞新民, 李彦斌, 张伟, 李崧. 长期连作和秸秆还田对棉田土壤生物活性的影响. 应用生态学报, 2008, 19: 1027–1032

Liu J G, Bian X M, Li Y B, Zhang W, Li S. Effects of long-term continuous cropping of cotton and returning cotton straw into field on soil biological activities. Chin J Appl Ecol, 2008, 19: 1027–1032 (in Chinese with English abstract)

Effects of Cotton Stalk Returning on Soil Physical and Chemical Properties and Cotton Yield in Coastal Saline-Alkali Soil

QIN Du-Lin1, WANG Shuang-Lei1,2, LIU Yan-Hui1,3, NIE Jun-Jun1, ZHAO Na1, MAO Li-Li1, SONG Xian-Liang1,*, and SUN Xue-Zhen1,*

1State Key Laboratory of Crop Biology, College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China;2Yantai Agricultural Technology Extension Service, Yantai 264000, China;3Qufu Agricultural Bureau, Qufu 273100, China

A continuous three-year field experiment of cotton-residue incorporation in coastal saline-alkali land was conducted, with two treatments: residue removal and residue incorporation. The successive cotton stalk returning significantly decreased soil bulk density in 0–30 cm soil layer and soil micro-aggregates with particle size ＜0.25 mm in 0–10 cm soil layer, while significantly increased the content of soil macro-aggregates with particle size ＞5 mm in 0–10 cm soil layer. Compared with the control (residue removal), the treatment of cotton residues incorporation significantly increased soil organic matter, nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and available potassium by 13.45%, 18.57%, 22.80%, and 22.57%, respectively, while decreased soil available phosphorus and salinity by 18.29% and 16.59% at pre-sowing and each growth stage in 0-20 cm soil layer. Soil nitrate nitrogen and ammonium nitrogen were increased by 37.20% and 31.62% and soil salinity had a reduction of 19.06% after successive cotton stalk returning for three years in 20–40 cm soil layer, and also significantly increased by 38.26% and 24.83% in 40–60 cm soil layer. Successive cotton stalk returning significantly increased seed cotton yield by 11.57%, 19.01%, and 13.24% and lint yield by 18.56%, 19.78%, and 18.73% in three years, but not affected single boll weight and lint percentage.

(

): 2016-12-02; Accepted(接受日期): 2017-04-20; Published online(网络出版日期): 2017-04-27.

10.3724/SP.J.1006.2017.01030

本研究由国家自然科学基金项目(31601253), 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(ZR2016CQ20)和山东农业大学盐碱地改良利用项目资助。

The study is supported by National Natural Science Foundation of China (31601253), the Modern Agro-industry Technology Research System (SDAIT-03), Shandong Program for Improved Varieties of Agriculture (2013LZ, 2014LZ), the Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2016CQ20), and the 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

联系方式: E-mail: qindulin2014@163.com

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170427.0948.014.html