減氮配施生物刺激素對(duì)棉花產(chǎn)量及氮肥吸收利用的影響

王金剛，姜艷，田甜，朱永琪，楊振康，周天航，張文旭，佟炫夢(mèng)，孫嘉祺，王海江

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

農(nóng)業(yè)部印發(fā)《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，明確要求圍繞“提質(zhì)增效轉(zhuǎn)方式”的工作主線，大力推進(jìn)化肥減量提效、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展之路[1]。氮素是作物生長(zhǎng)過(guò)程中最主要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育起著關(guān)鍵作用。棉花作為我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物，氮肥施用量居農(nóng)作物前列[2]。近些年來(lái)，氮肥的不合理施用導(dǎo)致氮肥利用率降低，加重棉花病蟲害，并影響產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。據(jù)報(bào)道，我國(guó)氮肥當(dāng)季利用率僅為30%～35%，遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家水平[4]，農(nóng)田氮肥損失率則高達(dá)30%～50%。過(guò)量的氮肥會(huì)導(dǎo)致耕層土壤板結(jié)和退化，土壤累積的氮肥還會(huì)通過(guò)揮發(fā)、徑流、淋洗對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染[5]。因此，在保證作物產(chǎn)量和品質(zhì)的前提下減少氮肥施用量，提高氮肥利用率，減少環(huán)境污染成為當(dāng)前研究的難點(diǎn)[6]。

生物刺激素是一類可以提高作物抗逆性、改善作物品質(zhì)的有機(jī)化合物、無(wú)機(jī)化合物或微生物，它的出現(xiàn)為肥料的高效利用提供了新的思路。生物刺激素施用于植物葉片或根際時(shí)，能調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的生理過(guò)程，有益于營(yíng)養(yǎng)吸收[7]、抵抗非生物脅迫[8]、激活植物信號(hào)的傳遞途徑[9]、抑制土壤中病原菌的生長(zhǎng)以及修復(fù)土壤重金屬污染等[10]。目前公認(rèn)的植物生物刺激素主要有五類：腐殖酸、海藻提取物、蛋白水解物與氨基酸、殼聚糖及其衍生物和微生物菌劑[11]。應(yīng)用較為普遍的黃腐酸是腐殖酸中的小分子有機(jī)酸，含有羥基、醌基等多種官能團(tuán)，具有親水性、螯合絡(luò)合、氧化還原和吸附性，可以提高作物產(chǎn)量，促進(jìn)作物對(duì)氮肥的吸收[12]。殼聚糖及其衍生物能促進(jìn)擬南芥、甜椒、草莓和大豆等植物的生長(zhǎng)，有研究發(fā)現(xiàn)施用殼聚糖會(huì)有利于擬南芥、甜椒吸收利用土壤中的氮、磷和鉀，這表明殼聚糖的添加可能改變植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和分配[13]。海藻提取物通過(guò)改善植物的根際環(huán)境，增強(qiáng)植物根部硝酸還原酶的積累，促進(jìn)對(duì)礦物營(yíng)養(yǎng)成分的吸收能力，提高葉綠素含量和光合作用效率[14]，增加作物產(chǎn)量[15]。有研究認(rèn)為生物刺激素具有保肥、增產(chǎn)和提高作物品質(zhì)等功效，在小麥-玉米輪作體系中，腐殖酸和殼聚糖處理的氮肥回收效率、農(nóng)藝?yán)眯屎推a(chǎn)力均有不同程度的提高[16]。也有研究發(fā)現(xiàn)單施不同類型生物刺激素后，棉花結(jié)鈴質(zhì)量及棉絮韌性均顯著降低，不利于棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的提高[17]。綜上所述，單施生物刺激素在農(nóng)業(yè)中已得到普遍認(rèn)可，但減氮配施生物刺激素對(duì)作物地上-地下部生長(zhǎng)的作用及氮肥利用效率方面的研究較少?；诖?，本文連續(xù)兩季選取3種生物刺激素，探究不同減氮水平下配施生物刺激素對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及氮肥吸收利用的影響，分析不同類型生物刺激素的增產(chǎn)機(jī)制，以期為棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種植、減施氮肥及生物刺激素的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的棉花品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N新陸早75號(hào)，該品種株型緊湊且葉色偏深，對(duì)氮敏感度較高。供試土壤為灰漠土，取自石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站（45°19′N，86°3′E），土壤基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)土壤基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of the experimental soil

1.2 試驗(yàn)方案

于2018年9—12月和2019年3—7月進(jìn)行兩年重復(fù)試驗(yàn)，均采用盆栽，在人工氣候室進(jìn)行。依據(jù)棉花生長(zhǎng)發(fā)育所需的最適溫、光特性，設(shè)定光照處理16 h，光照強(qiáng)度15 000 lx，溫度（30±2）℃；暗處理8 h，溫度（23±2）℃。取風(fēng)干土壤過(guò)2 mm篩，裝入塑料盆中，盆口直徑20 cm，盤底直徑15 cm，高20 cm，每盆裝土5.5 kg。每盆播種4粒飽滿均勻的種子，待長(zhǎng)出2片真葉時(shí)選取2株長(zhǎng)勢(shì)均勻的壯苗用于后續(xù)的培養(yǎng)。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)施氮量，分別為：不施氮（N0）、當(dāng)?shù)卮筇锸┑浚?60 kg·hm－2，N1）、減氮20%（288 kg·hm－2，N0.8）和減氮40%（216 kg·hm－2，N0.6）；分別配施生物刺激素黃腐酸、殼聚糖、海藻酸（購(gòu)自麥克林公司），用量分別為0.12 g·kg－1（含N 4%）、0.1 g·kg－1（含N 4.8%）、0.24 g·kg－1（含N 2.0%），確保不同生物刺激素處理施入土壤中的氮肥總量一致。加上不施生物刺激素的對(duì)照處理[18-20]，試驗(yàn)共設(shè)有16個(gè)處理（表2），每個(gè)處理15盆。

施肥方法：常規(guī)磷鉀肥處理采用當(dāng)?shù)赝扑]水平[21]，即重過(guò)磷酸鈣（P2O546%）105 kg·hm－2，硫酸鉀（K2O 50%）75 kg·hm－2。磷鉀肥裝盆前全部拌土基施，氮肥（N 46%）40%基施，60%隨水追施，各刺激素濃度統(tǒng)一調(diào)為0.55 g·L－1，其中殼聚糖全生育期共噴施1 L，黃腐酸1.2 L，海藻酸2.4 L，分別在棉花出苗期、苗期、現(xiàn)蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期葉面噴施10%、10%、20%、30%、20%和10%。棉花培養(yǎng)期間共灌水6次，均為滴施，使其田間持水量保持在70%～80%。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1棉花生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定。試驗(yàn)期間每個(gè)處理于棉花現(xiàn)蕾期、初花期和盛鈴期隨機(jī)取5株代表性棉株，分別測(cè)定株高、莖、葉、鈴和根的干物質(zhì)積累量及從上往下四片主莖葉的葉綠素含量[22]，并用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定棉花各器官可溶性蛋白含量[23]。

1.3.2棉花根系表征形態(tài)的測(cè)定。為防止根系被破壞，將盆子剪碎，帶土的根系放到篩網(wǎng)內(nèi)（孔徑為80目），下面套放孔徑較小的篩網(wǎng)（孔徑為200目），用自來(lái)水慢慢沖洗土壤，直至沖洗干凈為止，然后將篩網(wǎng)放在水面上，用鑷子挑出根系。用Epson Scan-GT20000根系掃描儀掃描并保存圖片，通過(guò)W inRHizo-LA2400軟件分析得到根系的長(zhǎng)度、表面積、根體積等指標(biāo)[24]。

1.3.3棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因子的測(cè)定。各處理于棉花收獲期，隨機(jī)選取6株代表性棉株，風(fēng)干測(cè)定產(chǎn)量及相關(guān)構(gòu)成要素。

表2 減氮配施刺激素試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Experimental design of nitrogen reduction combined with stimulating hormone

1.3.4棉花氮含量及氮肥利用效率。每個(gè)處理于初花期、收獲期隨機(jī)取5株代表性棉株，將地上部分成莖、葉、鈴三部分，置于烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，稱量生物量，粉碎待用。棉株全氮含量用K9840-自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定[25]，按文獻(xiàn)[26]計(jì)算如下參數(shù)。

氮肥吸收量（kg·hm－2）＝植株含氮量（%）×單株干物質(zhì)質(zhì)量；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg·kg－1）＝施肥區(qū)棉花產(chǎn)量/施氮量；

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg·kg－1）＝（施肥區(qū)棉花產(chǎn)量－對(duì)照區(qū)棉花產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥表觀利用率（%）＝（施氮區(qū)棉花地上部吸氮量－對(duì)照區(qū)棉花地上部吸氮量）/施氮量×100.

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

用IBM SPSS Statistics 21、M icrosoft Excel 2018、Origin 2018和W inRHIZO-LA2400根系分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并用LSD法在0.05顯著水平進(jìn)行樣本平均數(shù)的差異顯著性比較。

2 結(jié)果分析

2.1 減氮配施生物刺激素對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響

2.1.1棉花株高。由圖1可見(jiàn)，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，棉花株高顯著增加。不施加刺激素S0的處理中，隨施氮量的增加棉花株高呈現(xiàn)升高趨勢(shì)；同一施氮水平下，增施生物刺激素能夠顯著增加棉花株高，減氮配施生物刺激素也顯著增加棉花株高。蕾期和初花期棉花株高的增長(zhǎng)速度較快，初花期至盛鈴期棉花的增長(zhǎng)速度放緩。不同種類刺激素對(duì)株高的影響幅度為殼聚糖（C）＞黃腐酸（F）＞海藻酸（A）。不同施氮水平下，不同刺激素對(duì)棉花株高的增加幅度差異顯著：刺激素F在N0.8水平下對(duì)株高影響最大，為74.97 cm，較N0.8S0增加36.31%（P＜0.05）；刺激素C在N0.6水平下對(duì)株高影響最大，為79 cm，較N0.6S0增加61.22%（P＜0.05）；刺激素A在N0.8水平下對(duì)株高影響最大，為66 cm，較N0.8S0增加24.53%（P＜0.05）。綜上，刺激素F和A在減氮20%水平下配施，刺激素C在減氮40%水平下配施對(duì)株高影響最大。

圖1 減氮配施生物刺激素對(duì)棉花株高的影響Fig.1 The effect of nitrogen reduction combined with biostimulant on cotton plant height

2.1.2 干物質(zhì)積累量

由圖2可知，施氮量、單施生物刺激素以及減氮配施生物刺激素對(duì)棉花地上部各器官的干物質(zhì)積累量均影響顯著，初花期葉片干物質(zhì)積累占比較大，盛鈴期棉花干物質(zhì)量向鈴轉(zhuǎn)移?？傮w上，地上部各器官干物質(zhì)積累量隨施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。不同類型刺激素均顯著提高棉花地上部各器官干物質(zhì)積累量，其中刺激素C效果最好，其次是F，再次為A。減氮配施生物刺激素均能顯著增加棉花地上部各器官干物質(zhì)積累量。生物刺激素F和A處理下，棉花地上部各器官干物質(zhì)積累量在不同施氮水平間表現(xiàn)為N0.8＞N1＞N0.6＞N0，而C處理下表現(xiàn)為N0.6＞N0.8＞N1＞N0，與株高變化趨勢(shì)一致。生物刺激素C對(duì)棉花地上部各器官干物質(zhì)積累量有明顯的促進(jìn)作用，初花期N0.6C處理的單株莖、葉和鈴質(zhì)量分別為7.46、21.70、13.85 g，較N0.6S0分別增加120.23%、211.99%、71.41%；盛鈴期N0.6C處理的單株莖、葉和鈴質(zhì)量分別為23.46、25.12、30.33g，較N0.6S0分別增加119.87%、153.89%、94.80%。

不同施肥處理棉花各器官在整株的干物質(zhì)積累分配比例表明：初花期葉＞鈴＞莖，分別占地上部干物質(zhì)積累量的52.51%～61.73%、26.35%～32.41%、9.52%～17.12%；盛鈴期鈴＞葉＞莖，分別占地上部干物質(zhì)積累量的33.11%～39.34%、24.33%～27.22%、14.51%～23.84%。減氮配施生物刺激素有利于棉花地上部各器官的干物質(zhì)積累，初花期顯著提高葉片干物質(zhì)積累量，盛鈴期顯著提高鈴干物質(zhì)積累量，從而有助于提高棉花的產(chǎn)量。

圖2 減氮配施生物刺激素對(duì)棉花干物質(zhì)積累量的影響Fig.2 The effect of nitrogen reduction combined with biostimulant on cotton dry matter accumulation

2.1.3葉綠素含量。由表3可知，棉花初花期各處理葉片葉綠素含量高于盛鈴期。施氮量、不同生物刺激素以及減氮與生物刺激素配施對(duì)棉花初花期和盛鈴期葉片的葉綠素含量影響顯著。增施氮肥能夠顯著增加葉片的葉綠素含量，但隨著施氮量的增加葉綠素含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，N0.8S0處理下棉花初花期葉片的葉綠素含量最大，平均值為2.30 mg·g－1，較N0S0升高15.58%。減氮配施生物刺激素對(duì)棉花葉片葉綠素含量的積累有促進(jìn)作用，各刺激素處理中效果最顯著的分別是N0.8F、N0.6C、N0.8A，初花期葉片葉綠素平均含量分別為2.94、3.05、3.01 mg·g－1，較對(duì)照S0分別升高了23.53%、41.20%、26.47%。

施加氮肥對(duì)棉花各葉位葉綠素積累均有促進(jìn)作用，且由上往下呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，即倒4＞倒3＞倒2＞倒1，初花期N0.8S0處理的倒1、倒2、倒3、倒4葉的葉綠素含量分別為1.95、2.35、2.49、2.71 mg·g－1，較N0S0分別增加11.43%、16.34%、20.29%、28.44%，倒4葉的葉綠素含量增幅最大。與單施氮肥、生物刺激素相比，減氮配施刺激素顯著提高棉花不同葉位的葉綠素含量，其中初花期N0.8F處理的倒1、倒2、倒3、倒4葉的葉綠素含量分別為2.41、2.93、3.19、3.53 mg·g－1，較N0.8S0分別升高了23.59%、25.11%、28.11%、30.26%；N0.8C處理下倒1、倒2、倒3、倒4葉的葉綠素含量分別為2.76、3.30、3.50、3.93 mg·g－1，較N0.8S0分別增加41.53%、40.43%、40.56%、45.02%；N0.8A處理下倒1、倒2、倒3、倒4葉的葉綠色含量分別為2.45、2.96、3.17、3.47 mg·g－1，較N0.8S0分別增加25.64%、25.96%、27.31%、28.04%。說(shuō)明施加刺激素有利于棉花不同葉位葉綠素的積累，其中3種刺激素效果表現(xiàn)為C＞A＞F。棉花倒4葉是轉(zhuǎn)化和貯存光合產(chǎn)物的主要葉位。通過(guò)氮素和生物刺激素兩因素方差分析可知，氮素、生物刺激素以及兩者的交互作用對(duì)棉花不同葉位葉綠素含量的影響均達(dá)到極顯著水平。

2.1.4可溶性蛋白含量。由表4可知，施氮量、單施生物刺激素以及減氮配施生物刺激素對(duì)棉花初花期和盛鈴期各器官可溶性蛋白含量均影響顯著。適量施用氮肥可顯著提高棉花各器官可溶性蛋白含量，但過(guò)量投入使可溶性蛋白有降低趨勢(shì)。與初花期相比，盛鈴期葉片、莖和根中的可溶性蛋白含量有降低的趨勢(shì)，但鈴的可溶性蛋白含量顯著增加。在盛鈴期，N0.8S0處理下葉、莖、根、鈴的可溶性蛋白含量分別為13.51、12.04、13.98、19.11 mg·g－1，較N0S0升高了23.15%、36.82%、35.33%、25.15%。與單施氮肥、生物刺激素相比，減氮配施生物刺激素對(duì)不同器官可溶性蛋白含量影響顯著，效果最顯著的處理分別是N0.8F、N0.6C、N0.8A。盛鈴期N0.8F處理下葉片、莖、根和鈴的 可 溶 性 蛋 白 含 量 為17.26、14.96、17.07、25.23 mg·g－1，較N0.8S0分別增加了27.76%、24.25%、22.01%、32.03%；N0.6C處理下葉片、莖、根和鈴的可溶性蛋白含量為18.95、15.92、17.16、26.85 mg·g－1，較不添加刺激素（S0）分別增加了46.67%、37.12%、34.59%、41.39%；N0.8A處理下葉片、莖、根和鈴的可溶性蛋白含量為16.90、14.95、16.31、26.14 mg·g－1，較N0.8S0分別增加了25.09%、24.17%、16.67%、36.79%。通過(guò)氮素和生物刺激素兩因素方差分析可知，氮素、生物刺激素以及兩者的交互作用對(duì)棉花不同器官可溶性蛋白含量的影響均達(dá)到極顯著水平。

表3 棉花葉綠素含量Table 3 Chlorophyll content in cotton leaves/（mg·g-1）

表4 棉花不同器官可溶性蛋白含量Table 4 Soluble protein content in different organs of cotton/（mg·g-1）

2.1.5 根系形態(tài)

根系形態(tài)各指標(biāo)隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)（圖3）。N0.8S0處理下根表面積、根長(zhǎng)度、根體積、平均直徑、根尖數(shù)和分支數(shù)分別為160.19 cm2、142.35 mm、0.05 cm3、0.19 mm、1 935、2 354，較對(duì)照N0S0分別增加26.37%、23.76%、33.41%、43.15%、18.57%、28.99%。減氮配施生物刺激素能夠顯著增加棉花根系的表面積、根長(zhǎng)度、根體積、平均直徑、根尖數(shù)和分支數(shù)，其中，效果最顯著的是N0.8F、N0.6C和N0.8A。根表面積在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為263.91、194.13、179.67 cm2，較不添加刺激素（S0）分別增加63.56%、27.50%、23.74%；根長(zhǎng)度在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為183.58、188.55、210.94 mm，較不添加刺激素分別增加28.96%、52.62%、48.19%；根體積在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為0.21、0.12、0.06 cm3，較不添加刺激素（S0）分別增加305.74%、165.68%、101.91%；平均直徑在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為0.39、0.31、0.23 mm，較不添加刺激素 （S0）分別增加103.22%、93.17%、52.60%；根尖數(shù)在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為4 073、3 456、3 015，較不添加刺激素（S0）分別增加100.16%、92.53%、55.81%；分支數(shù)在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為4 842、3 789、2 835，較不添加刺激素（S0）分別增加105.69%、86.19%、29.93%。較其他兩種刺激素，刺激素F對(duì)根表面積、根體積、平均直徑、根尖數(shù)和分支數(shù)的改善效果最優(yōu)，對(duì)根長(zhǎng)度的改善效果差。

2.2 減施氮肥配施生物刺激素對(duì)棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

由表5可知，單施氮肥、生物刺激素以及二者配施對(duì)棉花鈴數(shù)、鈴重及單株籽棉產(chǎn)量均有顯著促進(jìn)作用。與N0S0相比，適量施加氮肥可以使棉花鈴數(shù)顯著提高23.81%～26.19%，鈴重顯著提高9.27%～12.23%，單株籽棉產(chǎn)量顯著提高13.42%～30.63%；常規(guī)施氮（N1）與減氮20%（N0.8）相比，棉花鈴數(shù)、鈴重和單株籽棉產(chǎn)量差異均不顯著。較單施氮肥和生物刺激素，減氮配施生物刺激素顯著提高棉花鈴數(shù)、鈴重和單株籽棉產(chǎn)量。N0.6C處理下棉花鈴數(shù)、鈴重和單株籽棉產(chǎn)量分別為7.85、6.79 g和46.47 g，較N0.6S0分別增加25.60%、19.33%和58.87%；N0.8F處理下棉花鈴數(shù)、鈴重和單株籽棉產(chǎn)量分別為7.08、6.17 g和42.18 g，較N0.8S0分別增加11.32%、8.82%和25.20%；N0.8A處理下棉花鈴數(shù)、鈴重和單株籽棉產(chǎn)量分別為6.72、6.08 g和39.11 g，較N0.8S0分別增加5.66%、7.23%和16.09%。

2.3 減施氮肥配施生物刺激素對(duì)棉花氮肥吸收利用的影響

圖3 棉花根系形態(tài)變化Fig.3 Morphological changes of cotton root system

表5 減氮配施生物刺激素對(duì)棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響Table 5 Effects of nitrogen reduction combined with biostimulants on cotton yield and constituent factors

由表6可知，單施氮肥、生物刺激素以及二者配施均顯著影響棉花氮肥的吸收利用。適量施用氮肥顯著促進(jìn)收獲期氮肥吸收總量，其中N0.8S0較N0S0顯著升高69.65%；常規(guī)施氮（N1）水平下棉花收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率較減氮20%（N0.8）呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。相同氮梯度下，棉花收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率表現(xiàn)為C＞F＞A，各處理間均差異顯著。N0.6C處理下氮肥積累量較N0.6S0、N0.6A、N0.6F分別提高101.80%、44.92%和38.91%；氮肥偏生產(chǎn)力分別提高29.83%、8.94%和6.46%；氮肥農(nóng)學(xué)效率分別提高116.29%、51.76%和34.19%；氮肥表觀利用率分別提高88.62%、23.71%、19.63%。由此可見(jiàn)，與單施氮肥、生物刺激素相比，適量減施氮肥并配施生物刺激素可以明顯提高棉花氮素利用率，其中減氮40%配施殼聚糖（N0.6C）處理的效果最好。N0.6C處理下收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率較N0.6S0分別增加191.71%、38.76%、116.45%和88.60%；N0.8F處理下收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率較N0.8S0分別增加67.76%、25.21%、74.62%和43.03%；N0.8A處理下收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率較N0.8S0分別增加60.31%、16.12%、53.35%和18.52%。

3 討論

3.1 減氮配施生物刺激素對(duì)棉花生長(zhǎng)的促進(jìn)作用

殼聚糖及其衍生物作為生物刺激素，可增加植物對(duì)逆境脅迫的抗性，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和植物光合作用的效率，進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[27-28]。張運(yùn)紅等[29]研究發(fā)現(xiàn)噴施殼聚糖可促進(jìn)小麥旗葉的生長(zhǎng)和增加植株干物質(zhì)的積累，提高小麥的產(chǎn)量。本試驗(yàn)表明，減施氮肥40%配施殼聚糖（N0.6C）處理對(duì)增加棉花株高、干物質(zhì)積累量、葉綠素和可溶性蛋白含量的效果最好，顯著增加棉花鈴重和鈴數(shù)，提高棉花產(chǎn)量。段淑娟等[30]研究結(jié)果也表明，在小麥返青拔節(jié)期及灌漿期氮素營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)施用殼聚類葉面肥，能夠有效改善小麥的植物學(xué)性狀，增加千粒重、提高成穗率和穗粒數(shù)，增產(chǎn)效果明顯。本文中減氮20%配施殼聚糖（N0.8C）較常規(guī)施肥處理的單株籽棉產(chǎn)量有所降低，但差異不顯著。減氮40%配施殼聚糖（N0.6C）處理通過(guò)增加棉花鈴重和鈴數(shù)，其單株籽棉產(chǎn)量顯著高于N0.8C、N1C處理，這或許是因?yàn)樵诘偷獥l件下配施殼聚糖能夠不同程度增強(qiáng)作物在低氮環(huán)境中的抗性[7]，促進(jìn)作物產(chǎn)量的形成[31]。劉艷麗等[32]研究發(fā)現(xiàn)，較尿素處理，殼聚糖-尿素處理下小麥氮肥回收利用率顯著增加37%～91%，玉米的增加幅度為78%～93%，殼聚糖-尿素處理下小麥和玉米的氮肥農(nóng)藝?yán)寐屎推a(chǎn)力均高于尿素處理。本研究發(fā)現(xiàn)氮肥減量配施殼聚糖顯著提高棉花收獲期氮肥吸收總量，氮肥配施生

物刺激素處理下的氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥表觀利用率均顯著高于單施氮肥和單施生物刺激素處理，減氮40%配施殼聚糖（N0.6C）通過(guò)促進(jìn)根系對(duì)土壤氮肥的吸收，滿足作物生育期需肥規(guī)律[33]，顯著提高氮肥利用效率。黃腐酸主要通過(guò)加強(qiáng)植物根系的發(fā)育來(lái)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。Elena等[34]研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酸可以提高小麥、水稻、玉米等作物的根系活力，促進(jìn)側(cè)根的伸長(zhǎng)，進(jìn)而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和改善農(nóng)作物的品質(zhì)。本研究中氮肥減量20%配施黃腐酸對(duì)根系形態(tài)改善幅度最大，表現(xiàn)為抑制棉花根系主根長(zhǎng)度，顯著促進(jìn)根系側(cè)根的生長(zhǎng)，增加根表面積、根體積、平均直徑、根尖數(shù)和分支數(shù)。海藻酸通過(guò)增加植物根部硝酸還原酶和磷酸酶的積累，增強(qiáng)植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分的吸收能力，提高葉綠素和可溶性蛋白的含量[35]，增強(qiáng)光合作用效率[36-37]。 本文中減施20%氮肥配施海藻酸（N0.6A），顯著促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，并增加產(chǎn)量。

表6 減氮配施生物刺激素對(duì)棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響Table 6 Effects of nitrogen reduction combined with biostimulants on cotton yield and constituent factors

綜上所述，減氮配施生物刺激素有利于棉花的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成，能促進(jìn)盛鈴期可溶性蛋白向生殖器官的富集轉(zhuǎn)運(yùn)，減少氮肥投入量，提高氮肥利用效率。本文研究?jī)H僅局限于減氮與單一刺激素配施，今后將繼續(xù)探究減氮與不同刺激素復(fù)配對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

3.2 生物刺激素增效機(jī)制的探討

Osuji和Cuero[38]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖在作物的氮代謝中起重要的調(diào)控作用，可以提高作物葉片葉綠素的貯存。殼聚糖結(jié)構(gòu)中富含C和N元素，被微生物分解后易于作物吸收利用。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殼聚糖在減氮40%（N0.6C）的條件下比減氮20%（N0.8C）對(duì)棉花的生長(zhǎng)促進(jìn)效果更為明顯，這可能是在低氮環(huán)境下，殼聚糖可以誘導(dǎo)識(shí)別棉花細(xì)胞膜上的受體蛋白并且識(shí)別跨膜傳遞信號(hào)，引發(fā)離子通道響應(yīng)，從而將一些信使分子（活性氧化物、水楊酸等）傳遞至細(xì)胞膜上的受體蛋白，激活低氮脅迫相關(guān)防衛(wèi)基因的表達(dá)，增強(qiáng)植株的抗逆性[39]；在大田常規(guī)施氮水平下，殼聚糖的生物活性不會(huì)被激發(fā)[40]，Zhang等[41]在誘導(dǎo)擬南芥對(duì)煙草花葉病毒抗性的研究中發(fā)現(xiàn)，殼聚寡糖可以增強(qiáng)抗病基因PR1（Pathogenesis-related protein1）的表達(dá)；在低氮脅迫下，可以誘導(dǎo)植物中抗逆基因的表達(dá)，緩解脅迫對(duì)其造成的危害[42]。

本研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酸處理下的棉花根系形態(tài)優(yōu)于殼聚糖和海藻酸處理，雖然黃腐酸對(duì)棉花根系主根長(zhǎng)度的促進(jìn)效果并不明顯，但可以顯著促進(jìn)根系側(cè)根的生長(zhǎng)，增加根表面積、根體積、平均直徑、根尖數(shù)和分支數(shù)，這主要是由于黃腐酸與氮肥配施后能夠提高氮肥的緩釋性能。黃腐酸含有許多活性基團(tuán)，可以通過(guò)陽(yáng)離子交換、螯合和吸附等方式將部分氮素固定在土壤中[43]，大幅降低硝態(tài)氮的淋洗和損失[44]，有效促進(jìn)棉花對(duì)氮肥的吸收，顯著提高棉花產(chǎn)量和氮肥利用率[45]。Canellas等[46]研究也表明，與植物對(duì)照相比，從蚯蚓中提取出來(lái)的腐殖酸、黃腐酸等物質(zhì)能夠增加側(cè)根的數(shù)量改善其發(fā)育，并提高根系中可溶性蛋白含量。此外，黃腐酸對(duì)作物根系的刺激也可能是通過(guò)調(diào)控根系質(zhì)膜形成質(zhì)子泵，誘導(dǎo)打開(kāi)Ca2＋通道，分解ATP，向外排出H＋，質(zhì)膜內(nèi)外形成電勢(shì)差，從而促進(jìn)根系的生長(zhǎng)及對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[47]。

與不施加刺激素相比，施用海藻酸在一定程度上能促進(jìn)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成。這主要是因?yàn)楹Ｔ逅岣缓罅康木坳庪x子化合物，能和土壤中的陽(yáng)離子化合物結(jié)合，改善根系的生長(zhǎng)環(huán)境[36]，間接促進(jìn)作物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[48]，而黃腐酸和殼聚糖可直接作用于作物，通過(guò)調(diào)控根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。海藻酸是否會(huì)提供作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，直接參與調(diào)控，還需進(jìn)一步探究。

綜上所述，生物刺激素在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的功能研究已取得一些成果，減氮配施生物刺激素能促進(jìn)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育。不同類型生物刺激素的活性基團(tuán)、作用機(jī)理及施用效果存在明顯差異，不同生物刺激素的增效機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

適量減氮配施殼聚糖、黃腐酸和海藻酸均能顯著促進(jìn)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育和氮素利用效率，且能達(dá)到減氮增效的作用。減氮20%配施黃腐酸（N0.8F）對(duì)棉花根系形態(tài)影響最大，主要表現(xiàn)為抑制棉花根系主根長(zhǎng)度，顯著促進(jìn)根系側(cè)根生長(zhǎng)，增加根表面積、根體積、平均直徑、根尖數(shù)和分支數(shù)。減氮40%配施殼聚糖（N0.6C）明顯提高棉花株高、葉綠素含量，特別是在初花期至盛鈴期，能促進(jìn)干物質(zhì)和可溶性蛋白向鈴大量轉(zhuǎn)運(yùn)，顯著增加鈴重和鈴數(shù)，進(jìn)而提高籽棉產(chǎn)量和氮素利用率；減氮20%配施海藻酸（N0.8A）顯著增加棉花鈴重、鈴數(shù)，提高籽棉產(chǎn)量和氮肥利用效率。