鹽分脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花幼苗生長(zhǎng)和抗氧化系統(tǒng)的影響①

郭新送，蘇秀榮，范仲卿，于曉東，宋 摯，朱福軍，丁方軍,3

鹽分脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花幼苗生長(zhǎng)和抗氧化系統(tǒng)的影響①

郭新送1,2，蘇秀榮1,3*，范仲卿1,2，于曉東1,2，宋 摯1,2，朱福軍1,2，丁方軍1,2,3

(1農(nóng)業(yè)部腐植酸類肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271000；2山東省腐植酸高效利用示范工程技術(shù)研究中心，山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司，山東泰安 271000；3山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院，山東泰安 271000)

鹽分脅迫；控釋尿素；腐植酸；葉綠素；抗氧化酶；過(guò)氧化物質(zhì)

鹽漬土是我國(guó)重要的后備耕地資源，其具有分布范圍廣、占地面積大、利用困難等特點(diǎn)，大多數(shù)為中低產(chǎn)田[1]。以可溶性鹽計(jì)，濱海鹽漬化土種植糧食作物的土壤全鹽含量超過(guò)2 g/kg，種植棉花的土壤全鹽含量多數(shù)超過(guò)4 g/kg，達(dá)到中度鹽漬化及以上水平。濱海鹽漬化土壤鹽分含量高、養(yǎng)分含量低，淡水缺乏，導(dǎo)致棉花種植存在成苗難、缺苗斷壟嚴(yán)重、產(chǎn)量低等問題[2]。通過(guò)一些措施調(diào)控，促進(jìn)棉花幼苗生長(zhǎng)，增強(qiáng)棉花抗鹽堿能力，進(jìn)而提高棉花產(chǎn)量，對(duì)于濱海鹽堿地棉花種植具有重要意義。

施用氮肥可提高棉花對(duì)鹽分的耐受性[3]。氮肥的來(lái)源有多種，常用的為尿素，而在鹽堿地上施用尿素在一定程度上加劇了鹽害。李成亮等[4]研究指出，包膜控釋氮肥提高了植株上部葉片的葉綠素含量和實(shí)際光合效率，控釋氮肥處理的棉花株高、莖粗、葉面積也均顯著提高。另外，在鹽脅迫下，施用腐植酸可促進(jìn)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，尤其對(duì)種子萌芽、幼苗以及根系生長(zhǎng)具有積極作用，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)[5-7]。García[8]及Muscolo等[9]的研究表明，鹽分脅迫下，腐植酸提高了超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶活性，加強(qiáng)了對(duì)氧自由基的清除，從而增強(qiáng)了幼苗的抗鹽堿能力。

鹽漬土上應(yīng)用控釋尿素種植棉花的相關(guān)研究以及腐植酸提高棉花抗逆性的報(bào)道較為常見，但控釋尿素和腐植酸配施在鹽漬土上對(duì)棉花生長(zhǎng)和抗氧化系統(tǒng)影響的系統(tǒng)研究卻少見報(bào)道。本研究以濱海中度鹽漬化土為供試土壤，采用盆栽試驗(yàn)，模擬鹽分脅迫下的棉花栽培種植，研究尿素、控釋尿素及其與腐植酸配施對(duì)棉花生長(zhǎng)特性及植株抗氧化酶活性的影響，探索不同調(diào)控措施下棉花的抗鹽機(jī)理，以期為中度鹽漬化土的棉花高效栽培提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤為濱海中度鹽漬化潮土，采自濱州沾化縣“渤海糧倉(cāng)”示范區(qū)(地理坐標(biāo)為117°45′ ~ 118°21′ E，37°34′ ~ 38°11′ N，)10 ~ 40 cm土層，土壤基本化學(xué)性狀如表1所示。

表1 試驗(yàn)土壤化學(xué)性狀

1.2 供試作物

選用轉(zhuǎn)() 基因抗蟲棉() K638為供試作物。

1.3 供試肥料

供試氮肥為普通大顆粒尿素(含N量460 g/kg)和控釋尿素(含N量440 g/kg，24 h釋放率≤5%，28 d釋放率≤50%，控釋期為2 個(gè)月)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(含P2O5量160 g/kg)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O量500 g/kg)。

腐植酸為風(fēng)化煤原料制備，采自新疆奇臺(tái)，腐植酸總量為760 g/kg，E4/E6為4.6，游離腐植酸占總酸36.8%，含水量178 ~ 195 g/kg，可溶性腐植酸(水浸提，干基)1.5%，成礦年代約3 000萬(wàn)年?；罨母菜嶂苽洌核峄磻?yīng)，風(fēng)化煤原料與水按照1∶5(/)稱取置于液化反應(yīng)釜中，加入5% 水量的20% H2O2溶劑，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜轉(zhuǎn)速為180 ~ 240 r/min，溫度為60℃，恒溫加熱60 min反應(yīng)制得。

以上原料均由山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司提供。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)于山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司溫室大棚，設(shè)置不施氮對(duì)照(CK)、普通尿素處理(U)、控釋尿素處理(CRU)、普通尿素+腐植酸處理(U+HA)、控釋尿素+腐植酸處理(CRU+HA)，共5個(gè)處理，各處理的物料施用量見表2。每盆裝土12 kg，底部用紗網(wǎng)覆蓋出水口，并均勻鋪滿1 kg的細(xì)沙，所需施用的肥料、腐植酸與土壤混勻裝盆。裸露的肥料顆粒應(yīng)按入土壤中，每個(gè)處理重復(fù)9次，共45盆。各試驗(yàn)處理隨機(jī)分布，每盆播種6 ~ 10粒棉花種子，種子埋于土表下8 ~ 10 cm，定量澆水覆膜，待出苗長(zhǎng)至兩片真葉后，去膜間苗定植，每盆留3棵幼苗供采樣檢測(cè)。定植后管理措施一致，直至收獲，取樣時(shí)為破壞性取樣。

表2 試驗(yàn)處理

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及數(shù)據(jù)處理

分別于棉花出苗后30、40、50 d收獲植株，并將植株地上部和地下部分開。根系用5 mol/L CaCl2沖洗，再用蒸餾水沖凈，計(jì)量鮮物質(zhì)量；然后于鼓風(fēng)烘箱中105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒重，測(cè)量干物質(zhì)量，之后保存于紙質(zhì)自封袋中以備其他指標(biāo)測(cè)定。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、制圖采用Excel 2003軟件，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 22.0軟件，差異顯著性檢驗(yàn)(<0.05)采用最小顯著極差法(LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花幼苗生長(zhǎng)的影響

鹽脅迫下，不同處理的棉花幼苗長(zhǎng)勢(shì)差異顯著(表2)。棉花出苗后50 d內(nèi)普通尿素與控釋尿素處理的棉花株高、莖粗無(wú)顯著差異，但均顯著高于對(duì)照處理。普通尿素與控釋尿素配施腐植酸處理的棉花株高、莖粗均顯著高于未施腐植酸處理，其中控釋尿素配施腐植酸處理的棉花株高、莖粗較其他處理分別提高了1.33% ~ 15.69% 和1.63% ~ 26.98%。在棉花出苗后50 d內(nèi)，未配施腐植酸情況下，控釋尿素處理的棉花葉片SPAD值顯著高于普通尿素處理；配施腐植酸情況下，普通尿素與控釋尿素處理對(duì)棉花SPAD值的影響差異不顯著，而施用腐植酸處理的棉花葉片SPAD值顯著高于未施用腐植酸處理。

表3 不同處理棉花幼苗株高、莖粗和葉片SPAD

注：表中同列不同小寫字母表示處理間差異達(dá)<0.05顯著水平，下同。

2.2 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花幼苗生物量的影響

棉花出苗后50 d，測(cè)得植株生物量如表4所示。與普通尿素處理相比，控釋尿素處理的地上部鮮、干物質(zhì)量分別提高了13.57% ~ 43.81% 和12.65% ~ 39.48%，差異顯著，地下部鮮、干物質(zhì)量未達(dá)差異顯著性水平。與未施用腐植酸處理相比，普通尿素與控釋尿素配施腐植酸處理的地上部鮮、干物質(zhì)量和地下部鮮、干物質(zhì)量分別提高了17.85% ~ 49.37% 和17.58% ~ 61.77%，達(dá)到差異顯著性水平。表明鹽分脅迫下，腐植酸促進(jìn)棉花幼苗生長(zhǎng)，表現(xiàn)為地下部和地上部生物量增加，為棉花后期生殖生長(zhǎng)提供保障，控釋尿素與腐植酸配施效果更明顯。

表4 不同處理棉花幼苗生物量(g/盆)

2.3 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花葉片光合色素的影響

棉花出苗后50 d，取樣測(cè)定棉花葉片光合色素含量，結(jié)果(表5)顯示，鹽脅迫下施用普通尿素和控釋尿素處理間的棉花葉片葉綠素a、葉綠素b以及類胡蘿卜素含量差異不顯著。與未施用腐植酸處理相比，普通尿素和控釋尿素配施腐植酸處理的葉綠素a含量分別提高5.37% 和11.84%，其中控釋尿素配施腐植酸處理與控釋尿素處理之間差異顯著；普通尿素和控釋尿素配施腐植酸處理的葉綠素b含量分別提高8.16% 和12.13%，但與未施用腐植酸處理的差異不顯著。

表5 不同處理棉花葉片光合色素含量

2.4 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花葉片和根系抗氧化酶活性的影響

鹽脅迫下，不同處理對(duì)棉花葉片和根系抗氧化酶活性影響差異顯著(圖1)。整體來(lái)看，不同處理棉花葉片SOD和CAT活性顯著高于根系，而POD活性表現(xiàn)為根系高于葉片。與普通尿素處理相比，控釋尿素處理的棉花葉片和根系SOD活性提高3.32% ~ 9.72%，POD活性提高4.76% ~ 26.93%，CAT活性提高9.94% ~ 32.12%，其中控釋尿素處理的棉花葉片和根系CAT活性顯著高于普通尿素處理。

一般情況下，施用腐植酸會(huì)提高植株內(nèi)SOD和CAT活性[15]。鹽脅迫下，施用腐植酸與未施用腐植酸處理對(duì)棉花葉片和根系抗氧化酶活性影響差異較大。與未施用腐植酸處理相比，施用腐植酸處理的棉花葉片和根系SOD活性提高了3.41% ~ 42.84%，葉片和根系中差異均顯著；POD活性提高了4.376% ~ 37.87%，其中葉片中差異顯著；CAT活性提高了5.53% ~ 64.61%，其中根系中差異顯著?？蒯屇蛩嘏涫└菜岬膮f(xié)同作用對(duì)提高鹽脅迫下棉花植株抗氧化酶活性最為顯著。

2.5 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花葉片和根系過(guò)氧化物質(zhì)含量的影響

3 討論

3.1 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花生長(zhǎng)特性的影響

少量鹽分能刺激作物生長(zhǎng)和促進(jìn)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，但當(dāng)土壤鹽分含量過(guò)高時(shí)則對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用。鹽脅迫下，通過(guò)施肥措施可在一定程度上緩解鹽害。辛承松等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫環(huán)境的影響下，施用氮肥可有效緩解鹽害對(duì)棉花生長(zhǎng)的抑制，且控釋氮肥效果更為明顯。本試驗(yàn)供試土壤的全鹽含量為4.6 g/kg，達(dá)到中度鹽脅迫水平(全鹽含量 >3 g/kg)，控釋尿素與普通尿素相比，顯著提高了棉花幼苗地上部鮮、干物質(zhì)量，且差異顯著。翟勇等[6]研究表明，施用腐植酸可促進(jìn)作物根系，尤其是毛細(xì)根系生長(zhǎng)，從而促進(jìn)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，利于其生長(zhǎng)。本試驗(yàn)研究表明，在鹽脅迫下，配施腐植酸均顯著提高了棉花幼苗地上部和地下部干、鮮物質(zhì)量，其中控釋尿素配施腐植酸處理較其他處理的棉花地上部鮮、干物質(zhì)量分別提高13.46 ~ 69.46% 和12.64% ~ 82.23%，差異顯著。表明鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸的協(xié)同作用更有利于促進(jìn)幼苗期棉花生長(zhǎng)和生物量的累積。

鹽脅迫下，植物根系耐受能力下降，養(yǎng)分吸收少，葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量下降，長(zhǎng)期處于鹽脅迫下，葉片會(huì)失綠，甚至死亡[15]。張江輝等[18]研究表明，在鹽脅迫條件下，隨著棉花生長(zhǎng)，其葉片葉綠素總量、葉綠素a和葉綠素b含量均呈逐漸下降的趨勢(shì)。施用氮肥可在一定程度上促進(jìn)棉花葉片葉綠素合成，從而促進(jìn)光合物質(zhì)積累。本研究中，與對(duì)照相比，施用普通尿素和控釋尿素均能提高光合色素含量，棉花葉片葉綠素a、b含量以及葉綠素a/b顯著增加，而對(duì)類胡蘿卜素含量的影響不顯著。施用腐植酸可促進(jìn)葉片葉綠素形成，顯著提高葉片葉綠素含量，增加養(yǎng)分的合成[6]。Marosz[16]研究表明，在鹽漬化土壤上施用腐植酸，尤其是經(jīng)過(guò)酸活化處理的腐植酸能夠降低土壤浸提液的電導(dǎo)率。本研究供試腐植酸通過(guò)過(guò)氧化氫活化，其結(jié)構(gòu)特征與酸活化相似，其也降低了土壤鹽分的累積量，從而促進(jìn)作物幼苗的生長(zhǎng)，在尿素與腐植酸配施的過(guò)程中表現(xiàn)一致，普通尿素和控釋尿素配施腐植酸處理的葉綠素a含量分別提高5.37% 和11.84%。

3.2 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花抗氧化系統(tǒng)的影響

研究表明，鹽脅迫下，植株葉片、根系CAT活性升高，而POD、SOD活性降低[19]。劉連濤等[20]研究指出，施用氮肥可提高植株體內(nèi)的抗氧化酶活性，其中控釋尿素較普通尿素能顯著提高葉片抗氧化酶活性。本研究中，鹽脅迫下，施用控釋尿素處理的棉花葉片和根系SOD活性較普通尿素處理提高3.32% ~ 9.72%，POD活性提高4.76% ~ 26.93%，CAT活性提高9.94% ~ 32.12%，其中控釋尿素處理的棉花葉片和根系CAT活性顯著高于普通尿素處理。腐植酸會(huì)通過(guò)刺激植物各器官中蛋白質(zhì)和酶的合成，提高植物體內(nèi)SOD、CAT、SOD的活性[15]。本研究中，普通尿素和控釋尿素配施腐植酸處理的棉花葉片和根系SOD活性提高了3.41% ~ 42.84%，POD活性提高了4.376% ~ 37.87%，CAT活性提高了5.53% ~ 64.61%，其中控釋尿素配施腐植酸處理的SOD、POD以及CAT活性顯著高于未施用腐植酸處理。

4 結(jié)論

濱海鹽化潮土的棉花盆栽試驗(yàn)結(jié)果顯示，施用控釋尿素和增施腐植酸均促進(jìn)鹽脅迫下棉花幼苗的生長(zhǎng)。5個(gè)處理中，以控釋尿素配施腐植酸效果最為明顯，其顯著提高了棉花幼苗的生物量，較其他處理地上部鮮、干物質(zhì)量分別提高13.46% ~ 69.46% 和12.64% ~ 82.23%?？蒯屇蛩嘏涫└菜崽岣吡嗣藁ㄓ酌缛~片的葉綠素a、葉綠素b含量，提高了鹽脅迫下棉花植株抗氧化酶活性，降低了植物體內(nèi)過(guò)氧化物質(zhì)的累積量，從而提高了棉花耐鹽能力。

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Effects of Combined Application of Controlled-release Urea and Humic Acid on Growth and Antioxidant System of Cotton Seedlings Under Salt Stress

GUO Xinsong1, 2, SU Xiurong1, 3*, FAN Zhongqing1, 2, YU Xiaodong1, 2, SONG Zhi1,2, ZHU Fujun1,2, DING Fangjun1,2,3

(1 Key Laboratory of Humic Acid Fertilizer, Ministry of Agriculture, Taian, Shandong 271000, China; 2 Engineering Technology Research Center of Shandong Province, Efficient Utilization of Humic Acid, Shandong Agricultural University Fertilizer Science Tech. Co. Ltd., Taian, Shandong 271000, China; 3 College of Chemistry, Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271000, China)

Salt stress; Controlled-release urea; Humic acid; Chlorophyll; Antioxidant enzyme; Peroxidation substance

S143.1+5；S156.4+2

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.01.015

郭新送, 蘇秀榮, 范仲卿, 等. 鹽分脅迫下控釋尿素配施腐植酸對(duì)棉花幼苗生長(zhǎng)和抗氧化系統(tǒng)的影響. 土壤, 2021, 53(1): 112–117.

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 (2017YFD0200706)資助。

(xrsu@sdau.edu.cn)

郭新送(1987—)，男，山東新泰人，碩士，工程師，主要從事土壤生態(tài)學(xué)方面研究。E-mail：guoxinsong1028@163.com