緩釋氧肥對(duì)花鈴期棉花澇害的緩解效果初探

夏遠(yuǎn)秀，朱建強(qiáng)，吳啟俠，李晉波，張 婷

(長江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

緩釋氧肥對(duì)花鈴期棉花澇害的緩解效果初探

夏遠(yuǎn)秀，朱建強(qiáng)*，吳啟俠，李晉波，張 婷

(長江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

在湖北江漢平原地區(qū)，棉花花鈴期降水較多，棉田易遭受雨澇危害，對(duì)棉花生長和產(chǎn)量影響較大。為探索有效緩解棉花澇害的措施，根據(jù)棉花花鈴期受重澇危害的情形，模擬棉田淹水5～10 cm持續(xù)10 d，設(shè)置T1、T2兩個(gè)處理，其中T1處理為受澇前不施用緩釋氧肥，T2處理則于受澇前2 d每株穴施2 g緩釋氧肥，澇后觀察棉花生長并測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)，成熟季節(jié)實(shí)收計(jì)產(chǎn)，同時(shí)以正常管理未受澇害的棉花為對(duì)照。結(jié)果表明：澇前施入緩釋氧肥能顯著增加受澇棉花的株高，抑制過氧化物酶活性過度升高，減少丙二醛的累積；T1處理的棉花產(chǎn)量為對(duì)照的43.31%，T2處理的棉花產(chǎn)量為對(duì)照的50.94%，可見，澇前施入緩釋氧肥可顯著緩解棉花澇害，減少產(chǎn)量損失。

緩釋氧肥； 澇害； 棉花； 花鈴期

湖北江漢平原地區(qū)一直是我國重要的糧棉油產(chǎn)區(qū)，但由于受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，7、8月陰雨寡照天氣多發(fā)，常造成作物澇漬災(zāi)害。嚴(yán)重的澇漬導(dǎo)致棉花產(chǎn)量與纖維品質(zhì)大幅降低[1-2]，尤以花鈴期澇漬災(zāi)害對(duì)產(chǎn)量影響最大[3]。因此，研究有效的澇漬防控技術(shù)對(duì)減輕災(zāi)損很重要。楊亞珍等[4]的研究結(jié)果表明，棉花受漬脅迫后 1 周追施 40 mL/株印度梨形孢菌液可促進(jìn)棉花莖稈發(fā)育，增加成鈴數(shù)，提高棉花產(chǎn)量；宋學(xué)貞[5]研究表明，噴施硝普鈉可減輕棉花主莖功能葉片的膜質(zhì)過氧化及膜系統(tǒng)損傷程度，促進(jìn)棉株各器官對(duì)N、P、K養(yǎng)分的吸收，有利緩解水澇傷害。對(duì)旱地作物而言，作物在澇漬脅迫下關(guān)鍵是土壤缺氧。氧肥是對(duì)施入過濕土壤能釋放氧氣可緩解植物和作物遭受厭氧脅迫的化學(xué)物質(zhì)的簡稱，可以提高種子發(fā)芽率、植物存活率并促進(jìn)植物生長[6-7]，即對(duì)作物生長有類似肥料的某些功效，因此，有研究者稱之為氧肥。緩釋氧肥則是一種在干燥情況下比較穩(wěn)定、遇水后能緩慢釋放氧氣的氧肥。緩釋氧肥的供氧物通常是過氧化物，緩釋氧肥釋放的氧氣進(jìn)入土壤能緩解澇漬災(zāi)害造成的低氧癥，能夠從源頭上緩解或解除淹水脅迫對(duì)植物的傷害。因此，施用緩釋氧肥無疑是一種緩解作物澇漬危害的有效途徑。已有研究表明，緩釋氧肥對(duì)林木幼苗、短梗大參、西瓜、池杉的澇漬災(zāi)害具有緩解作用[8-11]，但將緩釋氧肥用于緩解棉花澇漬災(zāi)害的研究鮮有報(bào)道。鑒于此，于2015年7月下旬至8月上旬進(jìn)行了棉花澇前施入緩釋氧肥的試驗(yàn)，研究了緩釋氧肥對(duì)棉花澇漬災(zāi)害的緩解效果，以期探索緩解棉花澇害的有效措施，為棉花澇漬防控提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及供試材料

試驗(yàn)地位于地處江漢平原腹地的長江大學(xué)試驗(yàn)基地(30°21′N、112°09′E，海拔32 m)。該區(qū)域?qū)贃|部季風(fēng)農(nóng)業(yè)氣候大區(qū)、北亞熱帶農(nóng)業(yè)氣候帶、長江中下游農(nóng)業(yè)氣候區(qū)，年平均氣溫16.5 ℃，≥10 ℃積溫5 094.9～5 204.3 ℃·d，年均降水量 1 095 mm，年均日照時(shí)數(shù) 1 718 h。試驗(yàn)地土壤為中壤，堿解氮、速效磷、速效鉀的含量分別為58.32、62.56、97.52 mg/kg，pH值8.03。

供試棉花品種為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所選育的中棉所63。試驗(yàn)所用的緩釋氧肥是自制肥料，由基本材料和粘合劑制成?；静牧鲜且怨柙逋翞樘畛湮铩⑦^氧化鈣為釋氧肥料，填充物和釋氧肥料按質(zhì)量比4∶1混合，加入適量的磷酸二氫鉀制成；粘合劑是由聚乙烯醇溶液、淀粉溶液按質(zhì)量比3∶1混合而成；將基本材料100 g和粘合劑20 mL混合，造粒，干燥制成初成品。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年5月18日將棉苗移栽到灌排可控的田間小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積20 m2(長10 m、寬2 m)，定植40株(行距100 cm，株距50 cm)。于7月下旬至8月上旬(花鈴期)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，即CK：對(duì)照，按正常生產(chǎn)進(jìn)行種植和田間管理，無澇害；T1：7月30日受澇，保持田面淹水5～10 cm，持續(xù) 10 d，其他同CK；T2：在受澇前(7月28日)施入緩釋氧肥，每株穴施2 g，施肥2 d后(7月30日)受澇，受澇起始時(shí)間以及田面淹水深度一致，其他同CK。重復(fù)3次，其中，肥料用量折算N為300 kg/hm2、P2O5為108 kg/hm2、K2O為255 kg/hm2。全部磷肥、50%的氮肥和鉀肥作為基肥于棉花移栽時(shí)施入田間，剩余的氮肥和鉀肥在花鈴期作為追肥施入。對(duì)于T1、T2處理，于棉花受澇過程第3、6、10天取長勢(shì)一致的植株主莖功能葉的倒4葉，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)，同時(shí)取對(duì)照植株樣作平行測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 形態(tài)指標(biāo) 8月15日，在各處理區(qū)隨機(jī)選10株棉花，調(diào)查其株高和果枝數(shù)。

1.3.2 生理指標(biāo) 葉綠素含量采用乙醇比色法測(cè)定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)比色法測(cè)定[12]。

1.3.3 產(chǎn)量 分別于8月15日、9月15日調(diào)查各處理結(jié)鈴情況，成熟后分別計(jì)產(chǎn)、考種。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS軟件和Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)棉花形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1可知，花鈴期澇害使棉花生長嚴(yán)重受阻，T1處理棉花株高較CK顯著降低29.0 cm，果枝數(shù)較CK顯著減少2.7個(gè)/株；澇前施入緩釋氧肥(T2處理)能減緩澇害對(duì)棉花生長的影響，與T1處理相比，T2處理株高增加5.8 cm，果枝數(shù)增加了0.3個(gè)/株，但緩解效果不顯著。

表1 不同處理下棉花的形態(tài)指標(biāo)

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 不同處理對(duì)棉花葉片葉綠素含量的影響

從圖1可以看出，受澇3 d，T1、T2處理葉綠素含量與CK相比無明顯變化；從受澇第6天株葉片的葉綠素含量與CK相比出現(xiàn)下降趨勢(shì)，表現(xiàn)為T1

同一時(shí)間不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同

2.3 不同處理對(duì)棉花葉片POD活性的影響

POD活性是反映植株對(duì)逆境脅迫響應(yīng)的重要指標(biāo)，它通過催化以過氧化物為主的氧化還原反應(yīng)，減緩細(xì)胞受損程度，提高植物抗逆能力。由圖2可以看出，與CK相比，棉花花鈴期受澇后(T1處理)葉片POD活性極顯著增加，說明在澇害脅迫下，棉花植株可通過提高其POD活性來抵御澇害引起的不良影響；澇前施用緩釋氧肥(T2處理)棉花葉片的POD活性較T1處理極顯著降低，說明澇前施用緩釋氧肥可顯著抑制受澇植株P(guān)OD活性過度升高，到受澇第10天，T2處理植株中的POD活性與T1處理的差異進(jìn)一步拉大，而與CK差異變小(P>0.05)。表明，澇前2 d施入緩釋氧肥能夠顯著緩解重澇對(duì)植株的傷害，對(duì)改善植株生理代謝和澇后促進(jìn)生長具有重要意義。

同一時(shí)間不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)，下同

2.4 不同處理對(duì)棉花葉片MDA含量的影響

MDA是植物膜脂過氧化反應(yīng)的重要物質(zhì)，能反映膜脂過氧化反應(yīng)速率和膜受損情況，其含量越高，膜的受損程度越嚴(yán)重。由圖3可以看出，花鈴期受澇3 d，T1處理棉株葉片MDA含量與CK無顯著差異，表明受澇3 d尚不足以引起膜脂明顯傷害；受澇6 d及6 d后，T1處理棉株葉片MDA含量極顯著高于CK，表明棉花花鈴期受澇6 d及以上膜脂會(huì)受到傷害；澇前施用緩釋氧肥(T2處理)的棉株葉片MDA含量在受澇第6天時(shí)極顯著低于未施緩釋氧肥的處理，說明緩釋氧肥能夠減少受澇植株MDA的累積，降低澇害對(duì)膜脂的過氧化傷害。

圖3 不同處理下棉花葉片的MDA含量

2.5 不同處理對(duì)棉花可溶性蛋白、可溶性糖含量的影響

可溶性蛋白是植物體內(nèi)氮素存在的主要形式，是反映植物體總代謝的一個(gè)重要生理生化指標(biāo)。由圖4A可以看出，在受澇6 d及以內(nèi)受澇植株體內(nèi)可溶性蛋白含量高于CK，而到受澇第10天則低于CK，其中澇前未施緩釋氧肥的植株可溶性蛋白含量最低。這首先說明，棉花花鈴期受澇6 d及以內(nèi)，植株能夠通過自適應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并藉以可溶性蛋白的親水膠體性質(zhì)明顯增強(qiáng)細(xì)胞的持水力，防止細(xì)胞脫水衰老；其次，受澇10 d超出了植株自身的調(diào)節(jié)能力，可溶性蛋白發(fā)生降解，含量降低，因澇導(dǎo)致葉片衰老的現(xiàn)象將難以避免；第三，澇前施用緩釋氧肥可在一定程度上抑制可溶性蛋白含量下降，阻滯細(xì)胞脫水，延緩葉片衰老。

可溶性糖是植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可提高細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度，降低水勢(shì)，使植物能從外界繼續(xù)吸水保持正常生長[13]。由圖4B可以看出，受澇過程中棉花葉片的可溶性糖含量變化與可溶性蛋白含量相反。在受澇6 d及以內(nèi)受澇植株體內(nèi)可溶性糖含量均低于CK，而到受澇第10天明顯高于CK，其中澇前施用緩釋氧肥的植株可溶性糖含量高于澇前未施用緩釋氧肥的處理。這說明，與CK相比，在受澇6 d及以內(nèi)，棉花植株內(nèi)的可溶性糖處于分解階段，其后轉(zhuǎn)向可溶性糖合成階段，是植物適應(yīng)滲透調(diào)節(jié)的被動(dòng)響應(yīng)；同時(shí)，也說明澇前施用緩釋氧肥能在一定程度上增加植株體可溶性糖含量，有利提高作物的抗?jié)承浴?/p>

圖4 不同處理下棉花葉片的可溶性蛋白、可溶性糖含量

2.6 不同處理對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

棉花花鈴期受重澇脅迫除了影響植株的正常代謝和生長外，最終也會(huì)反映在棉花產(chǎn)量上。由表2可以看出，棉花在花鈴期受澇10 d的情況下，無論澇前是否施用緩釋氧肥，均會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)，相對(duì)產(chǎn)量僅為CK的43.31%～50.94%。但是，與澇前不施緩釋氧肥的處理相比，澇前施用緩釋氧肥有較明顯的減損效果，可使產(chǎn)量損失減少7.63個(gè)百分點(diǎn)。由于受澇過程(7月30日10:00至8月9日10:00)處于棉花秋桃形成期，因此重澇對(duì)棉花的影響主要體現(xiàn)在秋桃和秋后桃數(shù)量嚴(yán)重減少，受澇植株的秋桃數(shù)僅為對(duì)CK的9.20%～10.34%。

表2 不同處理對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

注：同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

3 結(jié)論與討論

氧在水中的擴(kuò)散速率僅為空氣中的萬分之一，澇害脅迫降低了植物根際的氧含量，植物體內(nèi)的活性氧代謝平衡遭到破壞，引起活性氧的大量積累。另外，細(xì)胞內(nèi)電子傳遞鏈被阻斷，細(xì)胞能荷降低，細(xì)胞質(zhì)酸化，F(xiàn)e2+、Cu2+等二價(jià)離子過剩導(dǎo)致活性氧過量積累，而這種積累會(huì)破壞質(zhì)膜和葉綠體膜的結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞膜脂過氧化，導(dǎo)致MDA積累?；钚匝跚宄割惾鏟OD、SOD、CAT在作物適應(yīng)逆境過程中都發(fā)揮著巨大作用[14-15]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，漬害脅迫導(dǎo)致棉花葉片葉綠素含量降低、POD活性不同程度地升高、MDA積累，這與郭文琦等[16]的研究結(jié)果一致。因此，對(duì)旱作物而言，澇漬條件下根系層缺氧是作物吸收水分和養(yǎng)分的最大障礙。氧肥及緩釋氧肥的施入在一定程度上可緩解漬水缺氧對(duì)作物的脅迫，具有緩解澇漬危害的作用，本研究也證明了這一點(diǎn)。本研究表明，澇前施入緩釋氧肥能顯著抑制受澇棉花POD活性過度增加、減少M(fèi)DA累積。氧肥除有緩解澇漬危害外，其氧化功能還可顯著改善作物根際土壤環(huán)境，促進(jìn)作物根系發(fā)育，有助于根系對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而有助于干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的形成[17-19]，本研究結(jié)果顯示，對(duì)于花鈴期受重澇(10 d)危害的棉田，在澇前2 d將緩釋氧肥穴施到田間，可改善植株代謝，緩解重澇對(duì)植株的傷害，產(chǎn)量損失可降低7.63個(gè)百分點(diǎn)。

本研究只是初步研究緩釋氧肥緩解花鈴期棉花澇害的效果，得出的研究成果雖有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，但還缺乏系統(tǒng)研究。下一步還需要結(jié)合作物生長季節(jié)區(qū)域降水特點(diǎn)、土壤類型和作物生長發(fā)育階段，開展田面淺層淹水條件下不同受澇時(shí)間的試驗(yàn)，以揭示不同受澇條件下澇前單獨(dú)施用緩釋氧肥，以及緩釋氧肥與澇后化學(xué)調(diào)控、營養(yǎng)調(diào)控配合使用的效果。

[1] Bange M P,Milroy S P,Thongbai P.Growth and yield of cotton in response to waterlogging[J].Field Crops Research,2004,88(2/3):129-142.

[2] 張文英,朱建強(qiáng),歐光華,等.花鈴期澇漬脅迫對(duì)棉花農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀的影響[J].中國棉花,2001,28(9):14-16.

[3] 張培通,徐立華,楊長琴,等.澇漬對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2008,24(6):785-791.

[4] 楊亞珍,駱作琴,董社琴,等.印度梨形孢菌液對(duì)棉花的抗?jié)n增產(chǎn)效應(yīng)[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,44(5):46-49.

[5] 宋學(xué)貞.硝普鈉緩解棉花花鈴期淹水傷害的效應(yīng)研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[6] 楊淑珍.新型肥料——氧肥的使用[J].河北農(nóng)業(yè)科技,2004(1):22.

[7] 張文昭,孫祝興.氧肥——過氧化鈣的合成及其應(yīng)用[J].江蘇化工,1996,24(2):4-5.

[8] 王薇薇.新型氧肥解除林木幼苗澇漬脅迫的研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2012.

[9] 程琳,曹鵬,劉章勇,等.氧肥對(duì)漬害脅迫下西瓜生理特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,54(12):2939-2942,3017.

[10] 王蕾,何鋼,王靜,等.緩釋氧肥對(duì)水淹脅迫短梗大參生理生化指標(biāo)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2013,29(10):201-206.

[11] 徐鑫.氧肥解除池杉鹽堿澇害脅迫的生理生化機(jī)理研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2014.

[12] 張治安,陳展宇.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].長春:吉林大學(xué)出版社,2008.

[13] 潘瑞熾.植物生理學(xué)[M].7版.北京:高等教育出版社,2012.

[14] 孫紅春.不同棉花品種對(duì)水分脅迫的形態(tài)、生理生化反應(yīng)[D].保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[15] Blokhina O,Virolainen E,Fagerstedt K V.Antioxidants,oxidative damage and oxygen deprivation stress:A review[J].Annals of Botany,2003,91(2):179-194.

[16] 郭文琦,陳兵林,劉瑞顯,等.施氮量對(duì)花鈴期短期漬水棉花葉片抗氧化酶活性和內(nèi)源激素含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2010,21(1):53-60.

[17] 牛永志,鄭昀曄,馬文廣,等.過氧化鈣增氧對(duì)漂浮育苗烤煙生長的影響[J].中國煙草學(xué)報(bào),2014,20(3):63-67.

[18] 趙鋒,王丹英,徐春梅,等.水稻對(duì)過氧化尿素用量的響應(yīng)特征[J].中國稻米,2010,16(1):4-8.

[19] 趙鋒,王丹英,徐春梅,等.根際增氧模式的水稻形態(tài)、生理及產(chǎn)量響應(yīng)特征[J].作物學(xué)報(bào),2010,36(2):303-312.

Primary Investigation of Mitigating Effect of Oxygen Slow-release Fertilizer on Waterlogging Damage of Cotton in the Flowering and Boll Setting Stage

XIA Yuanxiu，ZHU Jianqiang*，WU Qixia，LI Jinbo，ZHANG Ting

(College of Agriculture,Yangtze University,Jingzhou 434025,China)

In Hubei plain area,cotton field is liable to waterlogging due to more precipitation during the flowering and boll setting stage,which brings an adverse impact on cotton growth and yield.In order to study effective measures to mitigate cotton damage caused by waterlogging,the relevant experiments were made which were based on severe waterlogging damage occurred in the flowering and boll setting stages,a situation was simulated that cotton suffered from waterlogging for 10 d under flooding depth of 5—10 cm,at the 2 d before waterlogging,each plant was added 2 g oxygen slow-release fertilizer(OSF) by hole fertilization(T2 treatment),but there was no OSF in T1 treatment before waterlogging,cotton growth and physiological indexes was observed after waterlogging,in the harvest season cotton yield was calculated according to actual crop.The experimental results showed that OSF added into cotton filed before waterlogging could significantly increase the plant height,restrain peroxidase activity and reduce malonaldehyde accumulation in the plant.Compared with the contrast(normal management,no waterlogging),the relative yield of the T1 treatment was 43.31% before waterlogging,which of the T2 treatment was 50.94% before waterlogging.Obviously,hole fertilization of OSF may remarkably mitigate waterlogging damage and reduce cotton yield loss.

oxygen slow-release fertilizer; waterlogging damage; cotton; flowering and boll setting stage of cotton

2016-03-30

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203032)；湖北省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(104892014031)

夏遠(yuǎn)秀(1993-)，男，湖北黃岡人，在讀本科生，研究方向:農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境。E-mail:936649424@qq.com

*通訊作者：朱建強(qiáng)(1963-)，男，陜西周至人，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)澇漬災(zāi)害基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究。 E-mail:zyjb@sina.com

S562

A

1004-3268(2016)10-0045-05