棉粕對鹽堿脅迫下棉花生長及生理特性的影響

陳 寬，孟春梅，史蛟華，安夢潔，馬紅秀，王開勇

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】鹽漬土指的是土壤中可溶性鹽的含量達(dá)到一定程度，對土壤中植物的正常生長產(chǎn)生了一定的影響的之一類土類[1]。在我國土壤鹽漬化程度較高，特別是新疆，作為棉花的種植大省，鹽堿土對棉花的生長影響已經(jīng)成為不可忽視的問題。有通過育種來增強(qiáng)作物抗逆基因，有通過物理方法暗管排鹽或施加改良劑等化學(xué)制劑來改變土壤的理化性質(zhì)來解決鹽漬化問題。常把含有中性鹽較多的土壤稱之為鹽土，含有堿性鹽較多的稱之為堿土，但是常見的為兩種的混合土壤，兩種土壤含量的比例不同其對植物的影響也不同，治理鹽漬化土壤沒有特別有效的方法[2]，由于鹽堿土容易蓄水，水分下降速度變慢，大量滯留水分，使土壤的疏水性降低，導(dǎo)致土壤的板結(jié)，影響植物的正常生長甚至死亡[3]。 主要表現(xiàn)為在土壤中的碳酸鹽積累到一定程度的時候，會使植株根際的pH值產(chǎn)生變化，使得植株的生長受到限制，對養(yǎng)分和其它礦質(zhì)元素的吸收產(chǎn)生影響，還有可能破壞根細(xì)胞，最終導(dǎo)致根系系統(tǒng)的發(fā)育受到限制，在高堿性環(huán)境下植株的光合速率和蒸騰速率都會受到影響，影響植株生理代謝。【前人研究進(jìn)展】耿工貴等[5]通過5種鹽堿脅迫對蠶豆進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)，隨著鹽堿脅迫時間的增加，蠶豆的葉綠素含量下降，丙二醛和可溶性糖的含量增加。宋靜香等[6]對不同鹽分梯度的檉柳研究發(fā)現(xiàn)，在酶活性方面，鹽含量在0.8%以下時CAT含量會增加，高于0.8%時則降低，鹽分在一定合適的范圍內(nèi)能起到保持酶活性的作用。棉粕是棉籽進(jìn)行加工以后得到的產(chǎn)物，通常為顆粒狀，常被添加在動物的飼料中，很難被廣泛運用[10-12]。但棉粕通過微生物發(fā)酵后可以制成腐殖酸，腐殖酸肥料可有效增加土壤孔隙度，提高土壤有機(jī)物等其他速效養(yǎng)分[13]?！颈狙芯壳腥朦c】目前對鹽堿土化學(xué)改良研究較多，但對棉粕改良鹽堿土的研究尚未明確棉粕的施用配比。針對作物不同時期，作物的生長生理特性有所不同，棉粕的作用效果可能也有所不同，棉粕在土壤中的施入可有效的改良其理化結(jié)構(gòu)。研究從作物的生理特性分析棉粕對改良土壤和提高作物的抗逆性的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究棉粕對不同類型鹽漬化土壤中棉花生長情況及對酶活性的影響，為新疆棉粕改良鹽堿化提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試作物為棉花品種為新陸早60號，將經(jīng)過處理的棉粕作為供試材料。供試土壤質(zhì)地為壤土，pH 7.73，有機(jī)質(zhì)16.19 g/kg，鹽度( EC1∶5) 0.28 ds/m，全生育期共滴灌水4 200 m3/hm2，試驗基礎(chǔ)肥料為復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=17-17-17)與尿素(N=46%)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗于2017年4月進(jìn)行，地點為石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗站(N44°18′42.37″，E86°03′20.72″)，試驗采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，因素A為不同中性鹽(NaCl)或堿性鹽(Na2CO3)，分別代表非鹽漬化、輕度、中度、重度鹽堿土;因素B為不同棉粕施用量。在試驗的前一年對供試土壤進(jìn)行采樣，測定其基礎(chǔ)含鹽量，根據(jù)其含量對土壤提前以澆灌的方式進(jìn)行鹽化處理，至土壤達(dá)到預(yù)期含鹽量。將預(yù)定的棉粕施用量均勻地撒入各個小區(qū)，再在原地進(jìn)行0～20 cm淺翻處理。

采用滴灌澆水，管道布設(shè)為1膜3管6行，寬窄行處理，寬行距40 cm，窄行距20 cm。小區(qū)面積為2.5 m×4 m，小區(qū)間距為1 m，每個小區(qū)之間布設(shè)防滲膜，以保證各個小區(qū)之間不會相互影響。試驗于2017年4月播種，10月收獲。其他管理措施同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

試驗共有7個處理，分別為：CK(中性鹽/ 堿性鹽0 g/kg +棉粕0 kg/hm2)；LNZ(中性鹽4 g/kg +棉粕1 500 kg/hm2)；MNZ(中性鹽8 g/kg +棉粕3 000 kg/hm2)；HNZ(中性鹽12 g/kg +棉粕6 000 kg/hm2)；LNJ(堿性鹽4 g/kg +棉粕1 500 kg/hm2)；MNJ(堿性鹽8 g/kg +棉粕3 000 kg/hm2)；HNJ(堿性鹽 12 g/kg +棉粕6 000 kg/hm2)。每個處理重復(fù)3次。

1.2.2 測定指標(biāo)

株高用量尺測定每株棉花子葉節(jié)到頂端的垂直高度。

各項生理指標(biāo)測定參照植物生理學(xué)[14]的方法并略有改進(jìn)。在棉花蕾期、花期和鈴期三個關(guān)鍵時期，選取生長情況比較均勻的植株樣本，設(shè)置3個重復(fù)。采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)活性[15]。取大小相當(dāng)、葉片的完整程度較高并且葉片內(nèi)的莖節(jié)較少的棉花葉片，先使用水進(jìn)行第一遍沖洗，再使用蒸餾水進(jìn)行第二遍沖洗至葉片干凈，使用濾紙將葉片表面水分吸凈，采用蒽酮乙酸乙酯法測定可溶性糖(SS)含量，采用硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛(MDA)含量[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及作圖。采用SPSS17.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA)和多重比較(采用LSD比較法，P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉粕對棉花株高的影響

研究表明,鹽堿濃度與棉花株高呈反比，且堿脅迫對棉花株高的影響大于鹽脅迫。隨著土壤鹽堿濃度的加深，棉花株高呈下降趨勢，在鈴期最為明顯，在花期、鈴期、蕾期中鹽處理對棉花株高的影響低于堿處理。

隨著時間的變化，脅迫對棉花株高的影響呈U字形，在花期影響最大。蕾期HNZ、MNJ和HNJ處理的株高顯著低于其他處理；花期鹽堿處理下的棉花株高顯著低于CK；鈴期HNZ和HNJ處理顯著低于其他處理。鹽堿鹽脅迫對棉花的高度產(chǎn)生了不同程度的抑制作用，導(dǎo)致植株的生長緩慢，隨著棉花的生育，鹽堿脅迫的影響逐漸降低，棉粕的施用對于棉花生長有一定的促進(jìn)作用，且在輕度鹽堿脅迫下效果更明顯。圖1

圖1 鹽堿脅迫下不同時期棉花株高變化
Fig. 1 Effect of saline-alkali stress on plant of cotton

2.2 棉粕對棉花干物質(zhì)總量的影響

研究表明,鹽脅迫處理下的棉花干物質(zhì)總量均高于堿脅迫處理，在蕾期最為顯著。進(jìn)入花期后，各處理干物質(zhì)總量的增加幅度最大，與CK處理相比，鹽脅迫下MNZ、HNZ兩個處理分別高于CK處理 6.3%, 3.8%，堿脅迫下HNJ處理高于CK處理0.9%。在鈴期，除HNZ處理，其它處理較于花期都處于下降趨勢。

隨時期的變化，棉花干物質(zhì)總量呈先上升后下降的趨勢，隨時間的延長，脅迫對干物質(zhì)總量有顯著影響。HNZ的持續(xù)上升，隨棉粕施入量的增加，對重度鹽脅迫有著顯著的影響。表1

表1 鹽堿脅迫下棉花整株干物質(zhì)總量變化
Table 1 Effect of saline-alkali stress on total dry matter of cotton (g)

生育時期Fertility periodCKLNZMNZHNZLNJMNJHNJ蕾期Bud period21.14a17.63c18.71b21.95a11.61e11.51e13.41d花期Flower period50.16ab43.19c53.32a52.05a44.06bc45.18bc50.61ab鈴期Boll period54.49a34.55d44.21b55.15a34.42d39.75c46.63b

CK(中性鹽/ 堿性鹽0 g/kg +棉粕0 kg/ha)；LNZ(中性鹽4 g/kg +棉粕1 500 kg/ha)；MNZ(中性鹽8 g/kg +棉粕3 000 kg/ha)；HNZ(中性鹽12 g/kg +棉粕6 000 kg/ha)；LNJ(堿性鹽4 g/kg +棉粕1500 kg/ha)；MNJ(堿性鹽8 g/kg +棉粕3 000 kg/ha)；HNJ(堿性鹽 12 g/kg +棉粕6 000 kg/ha)

CK(neutral salt / basic salt 0 g/kg +Cotton meal 0 kg/ha)；LNZ(neutral salt 4 g/kg +Cotton meal 1,500 kg/ha)；MNZ(neutral salt 8 g/kg +Cotton meal 3,000 kg/ha)；HNZ(neutral salt 12 g/kg +Cotton meal 6,000 kg/ha)；LNJ(basic salt 4 g/kg +Cotton meal 1,500 kg/ha)；MNJ(basic salt 8 g/kg +Cotton meal 3,000 kg/ha)；HNJ(basic salt 12 g/kg +Cotton meal 6,000 kg/ha)

2.3 棉粕對棉花葉綠素含量的影響

研究表明,在棉花蕾期和花期,各處理中葉綠素含量均低于CK處理，并且隨脅迫濃度的增加，葉綠素含量呈下降的趨勢。到鈴期后，輕度和重度脅迫下葉綠素含量顯著升高，尤其是LNZ處理與LNJ處理，較CK處理分別增加了12%和10.5%。各處理中棉花葉片葉綠素含量的升高，使棉花生育后期光合速率得到極大的提升，生長情況高于對照。其中，棉粕對于輕度鹽堿脅迫下的改良有很明顯的效果，尤其是在棉花的生育后期更加顯著。圖2

2.4 棉粕對過氧化物酶活性的影響

研究表明,在鹽脅迫條件下，各處理中棉花葉片過氧化物酶(POD)活性對比CK處理為先增長再降低再增長的趨勢。尤其在蕾期，LNZ處理、MNZ處理、HNZ處理棉花POD活性比CK處理高出 31.2%、34.4%、31.8%，但在花期這個趨勢開始變化，CK處理的活性開始增加并且高于其3個處理，棉粕對中性鹽處理下的棉花POD活性在蕾期和鈴期有明顯的提高，尤其在蕾期最為顯著，雖然在高濃度脅迫下酶活性有所下降，但仍高于對照。圖3研究表明,在堿脅迫處理下，各個處理下的棉花POD都處于逐漸增長的趨勢，在蕾期和鈴期棉花的POD無明顯改變，但是在花期低濃度脅迫下棉花POD活性迅速上升并且達(dá)到最大值，基本與鈴期的酶活性趨勢保持一致，LNJ處理與CK處理相差29.6%，相對于MNJ、HNJ處理下比CK降低0.26%和16.1%，棉粕對低濃度堿性鹽脅迫下的效果極為顯著，尤其是在花期，使過氧化物酶的活性達(dá)到最高值，使棉花的呼吸作用、光合作用及生長素的氧化等有很大的提高。圖3

圖2 鹽堿脅迫下棉花葉綠素含量變化
Fig. 2 Effect of saline-alkali stress on chlorophyll content of cotton

圖3 鹽堿脅迫下棉花過氧化物酶活性變化
Fig. 3 Effect of saline-alkali stress on cotton peroxidase activity

2.5 棉粕對棉花丙二醛含量的影響

研究表明,在鹽堿脅迫下，棉花丙二醛含量上升，且堿脅迫下丙二醛含量高于鹽脅迫下丙二醛含量。低濃度鹽堿脅迫下丙二醛含量低于高濃度脅迫。在棉花鈴期，隨鹽脅迫加重，棉花丙二醛含量降低，堿脅迫則相反。

隨著棉花的發(fā)育，棉粕對脅迫的緩解作用減弱。棉花蕾期中，通過施加棉粕，鹽堿脅迫下棉花丙二醛含量無明顯差異，在棉花花期，除LNZ處理外，其他處理均高于CK，在棉花鈴期，鹽堿處理下丙二醛的含量均高于CK。棉粕對鹽堿脅迫下棉花丙二醛的含量的影響隨生育時期下降，且對鹽脅迫的影響大于堿脅迫的影響。圖4

圖4 鹽堿脅迫下棉花丙二醛含量變化
Fig. 4 Effect of saline-alkali stress on cotton malondialdehyde content

2.6 棉粕對棉花可溶性糖含量的影響

研究表明,在蕾期隨著棉粕施入量的增加，各處理中葉片可溶性糖含量逐漸增加，其含量明顯高于CK處理。但隨時間的延長，進(jìn)入花期以后均出現(xiàn)下降的趨勢，尤其是堿性鹽處理，已明顯低于對照，MNJ處理下降趨勢極為顯著，較CK處理降低了45.6%。在進(jìn)入鈴期后，各處理處于上升趨勢，但均低于對照。圖5

圖5 鹽堿脅迫下棉花可溶性糖含量變化
Fig. 5 Effect of saline-alkali stress on soluble sugar content in cotton

3. 討 論

在植物的整個生長生育時期中，常會受到不同逆境的影響，有些逆境可能會影響作物的正常生長，造成植物晚熟、生長不全面等，但有些逆境會直接導(dǎo)致植物的衰亡。有研究表明，鹽堿脅迫通常以有害離子的滲透來抑制幼苗的生長，不論鹽堿程度含量的高低，鹽堿脅迫都會影響或抑制棉花幼苗的正常生長，抑制作用會通過鹽堿濃度的增加而變得更加明顯[17]。研究表明，在處理過的棉花株高上，鹽堿脅迫顯著抑制棉花的生長，隨著鹽堿含量的增加對棉花生長的抑制越為明顯，但是通過鹽堿含量配比施加棉粕，棉花的生長雖然不能達(dá)到正常環(huán)境下的生長情況，但是有了明顯的改善，尤其是LNZ和LNJ處理下尤為顯著。并且從棉花干物質(zhì)的總積累含量也可以看出，在棉花的生育中期，棉粕對其的影響最大，基本達(dá)到或超過CK的生長程度，在棉花的生長方面，棉粕對其影響較為顯著。

葉綠素是與光合作用有關(guān)的重要色素，也是在逆境環(huán)境中反應(yīng)最為明顯的生理指標(biāo)之一，葉綠素含量的變化可以直觀反映出植株是否在正常條件下生長[18]。研究顯示，在中性鹽和堿性鹽處于高濃度的鹽堿脅迫下，棉花葉片葉綠素含量均顯著下降。這可能是葉片在高濃度鹽堿脅迫下，活性氧自由基增加和減少的現(xiàn)況被破壞，葉片各項生理功能紊亂，抑制了葉綠體色素生物合成酶的能力，降解速度遠(yuǎn)大于合成速度，進(jìn)而致使葉綠素含量迅速下降[20]。但在中濃度和低濃度處理下可以看出，葉綠素呈先下降后上升的趨勢，這說明通過低中濃度的鹽堿脅迫下的配比棉粕施用，對光合作用有一定促進(jìn)作用，這與朱紅菊[21]研究鹽堿脅迫對西瓜幼苗葉綠素含量所得出結(jié)論基本相同，在LNZ、MNZ、LNJ、MNJ處理下棉花的生長情況較為良好，尤其在鈴期最為顯著，在這幾種棉粕配比下，不但對鹽堿的危害起到了抑制作用，也促進(jìn)了棉花在后期的生長情況。

植物體內(nèi)的過氧化物酶(POD)為保護(hù)酶中的一種，當(dāng)活性氧的含量增加，為保證細(xì)胞的正常功能和植株的正常生長，植物會通過提高POD含量來抑制過多的活性氧[22]。研究表明，在棉花的三個關(guān)鍵時期內(nèi)，POD的活性隨著脅迫濃度的加強(qiáng)和時長的推后呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，但是在中段時期，MHJ、HNJ處理下的POD活性明顯低于CK，其脅迫程度已經(jīng)遠(yuǎn)超出植株自身的保護(hù)能力，植株的抗氧化系統(tǒng)會產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致去除活性氧的能力下降，影響棉花的正常生長。但是在其他指標(biāo)內(nèi)可以看出，POD對脅迫環(huán)境有明顯的對抗作用，并且起到了一定的效果，尤其在低濃度配比施用棉粕的情況下極為顯著，可以保證保護(hù)酶系統(tǒng)在生育時期內(nèi)的正常運作。

丙二醛(MDA)是膜質(zhì)氧化物的最終產(chǎn)物，所以當(dāng)膜受到損害時，MDA的含量就會根據(jù)其隨上程度進(jìn)行變化，從而反映出植株的生長情況[23，24]。研究發(fā)現(xiàn)，在棉花的生育前期LNZ、MNZ處理下低濃度鹽堿脅迫的情況下，棉花的MDA含量低于CK的含量，說明低濃度配比施用棉粕的情況下，不僅降低了鹽堿脅迫對棉花的危害作用，而且還可以有效的改良其原有的土壤情況，使其膜系統(tǒng)能夠正常發(fā)育生長，尤其在中性鹽的處理下這種情況極為顯著。但到了生育后期，MDA含量逐漸增加，說明棉粕起到的作用跟不上棉花的生長速度，所以根據(jù)這種情況，考慮在棉花的生育后期可以再增加施用相對應(yīng)比重的棉粕，使其在整個生育時期都可以正常生長。

可溶性糖(SS)是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，是合成有機(jī)溶質(zhì)的碳架和能量來源，其含量低的升高可以保證植株保肥保水的能力[25，27]。有研究表明，植物幼苗可溶性糖含量在鹽堿脅迫之前高，鹽堿脅迫之后變化不明顯[28，29]。研究表明，在棉花生育到前中期，其SS含量明顯高于CK的含量，以此來保護(hù)棉花的肥水能力，但到了后期與丙二醛的情況相同，呈現(xiàn)了下降的趨勢，棉粕的配比不足，不能以此保證棉花的正常保肥保水的能力，亦可以采用后期增加棉粕配比的方法使其肥水正常，以達(dá)到正常生長的目的。

4 結(jié) 論

4.1 鹽脅迫與堿脅迫條件下均抑制了棉花生長，施用不同比例的棉粕后均有效緩解了脅迫作用，其中在4 g/kg鹽脅迫條件下施用1 500 kg/hm2棉粕時對棉花生長的改善最為明顯。

4.2 中濃度和低濃度鹽堿條件下，按配比施用棉粕，促進(jìn)了棉花葉片光合作用，施用棉粕不但對鹽堿的危害起到了抑制作用，也促進(jìn)了棉花在后期(鈴期)的生長情況。

4.3 鹽堿脅迫破壞了棉花抗氧化系統(tǒng)和膜系統(tǒng)，從而影響棉花的正常生長。不同鹽堿條件下配比施用棉粕，過氧化物酶活性和丙二醛含量對脅迫環(huán)境有明顯的對抗作用，且在中濃度和低濃度鹽堿條件下配比施用棉粕效果顯著。

4.4 鹽脅迫與堿脅迫條件下配施棉粕，在棉花前中生育期增加了可溶性糖含量。

4.5 對于棉花后期棉粕配比的不足，可以采用二次施加的方法，使棉花正常生長。