长期连作对新疆棉花根系的影响及连作障碍消减措施研究

Xinjiang, with a typical continental dry climate and fertile soils, has fairly rich light and heat resources and is an important production base of commodity cotton. Classes of crops are simple, and especially in the planting area within localities, and rotation cropping is almost impossible. Recently, long-term succession cotton cropping brings about degradation of soil environment and imbalance of nutrients and led to decrease of cotton productivity and decline in economic benefit. Hence, how to relieve continuous cropping obstacles is being a major problem to be solved in the cotton production. Root is the organ that crops directly contact with the soil. Continuous cropping obstacles cause firstly the variations of soil microenvironment in cotton fields. This had undoubtedly a direct impact on cotton root. In this study, we used Xingjiang cotton (Gossypium hirsutum L.) as materials to investigate the effects of succession cropping year and abatement measure on root growth and physiological functions by measuring cotton and root growth, root morphological and distribution characteristics and root physiological activity. The objective is to reveal response of roots to the continuous cropping obstacle factors and abatement measures, and to explore the correlation of roots and aboveground part of cotton. Our results can provide theoretical basis for efficient production of cotton and sustainable utilization of cotton fields in Xinjiang.

新疆棉区光热资源丰富，是我国重要的商品棉生产基地。由于棉花大面积长期连作，近年来，棉田土壤环境极度恶化，土壤养分平衡遭到破坏，影响棉花生长，限制了棉田生长力和经济效益的提高。因此，如何消减连作障碍已成为新疆主产棉区棉花生产中迫切需要解决的难题。根系是作物直接与土壤接触的器官。连作障碍必将首先引起棉田土壤环境发生变化，这无疑对棉花根系产生直接影响。本研究以新疆棉花为材料，从根系入手，运用植物生态生理学方法及微损伤和电子显微镜等技术，通过观测棉花生育关键期根系生长动态、形态分布以及生理活性的变化，研究不同连作年限及连作障碍消减措施对棉花根系生长与生理功能的影响，揭示根系对长期连作障碍因子的防御机理及对不同消减措施的响应差异，探讨棉花地上部分与根系生长和生理特性的关联，为新疆棉花的高效生产和棉田的可持续利用提供科学依据。

新疆是我国重要的商品棉生产基地。由于棉花大面积长期连作，导致棉田土壤环境极度恶化，土壤养分平衡遭到破坏，影响棉花生长，限制了棉田生长力和经济效益的提高。本项目以土壤——根系——地上生长和产量为研究主线，研究不同连作年限及连作障碍消减措施对棉花根系生长与生理功能的影响，揭示长期连作障碍因子对根系的伤害程度及根系对不同消减措施的响应差异，探讨棉花连作的最长年限和最佳消减措施。研究指出，随棉花连作年限的增加，棉田土壤有机碳（SOC）, 总氮（TN）, 微生物碳（MBC）, 微生物氮（MBN）, 土壤细菌数、放线菌、土壤基础呼吸、土壤酶活性和棉花根系总根长、表面积、平均直径、根长密度、根系体积、比根长和比表面积等均先增加后显著降低的趋势，且在连作15年最大，揭示此时土壤质量最佳，根系生理活性最强、形态结构最优，根系功能最大发挥，连作超过15年土壤质量显著下降，根系形态、生理指数下降，最终反馈于棉花地上部分，导致棉花产量的下降，因此新疆棉花连作年限不能超过15年左右。对连作超过15年的棉田实施消减措施后发现，轮作措施下根系有最大幅度的增长，但该措施难以满足当今棉花产量的需求。施用硫肥能够有效提高棉花根系活力，但不利于棉花根系的生长发育。添加生物炭改善了棉花根系构型，且通过调控全生育期地下和地上生物量分配，优化根冠比，提高产量。施用有机肥增加棉花生育前期的根系和地上生物量，降低生育后期地上冗余，有效提高籽棉产量。生物炭和有机肥二者配施后的改良效果优于单独施用，且最适合该区域棉田的连作障碍消减措施是6%有机肥配施1%生物炭。该研究成果对制定新疆连作棉花优质高效栽培技术体系，为新疆高品质棉花生产提供科技支撑。