黃腐酸鉀對甜菜幼苗生長及養(yǎng)分吸收的影響

張 茜，宋柏權(quán)，李枚蔚，李星凡，李嘉欣，宋 昕

(黑龍江大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院/國家糖料改良中心，哈爾濱 150080)

0 引言

黃腐酸(Fulvic acid，簡稱FA)是一種可溶于酸、堿的灰黑色粉末狀物質(zhì)，其含有芳香環(huán)、芳香脂肪醚、羧基、糖和氨基酸等[1]。因此，黃腐酸的生物利用度高，對土壤碳氮循環(huán)及有機(jī)污染物的遷移和轉(zhuǎn)化影響顯著[2,3]，羧基同時能夠抑制生長素氧化酶的活性，減少對生長素的破壞，利于根、莖生長，使作物發(fā)根快，提高作物吸收水分和養(yǎng)分能力[4]。

黃腐酸是腐植酸(Humic Acid，簡稱HA)中活性和抗逆性最好的組分，具有品質(zhì)高、濃縮性好、提氮、解磷、促鉀以及提高肥料的利用率功能[5,6]，而且促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成速度加快，改善土壤的理化性質(zhì)[7]。黃腐酸鉀(fulvic acid potassium, FA-K)是黃腐酸類肥料中性能穩(wěn)定、應(yīng)用前景極佳的一個種類，因其具有短碳鏈分子結(jié)構(gòu)和可溶性較強(qiáng)的特點[8]，使其不僅能為植物提供有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)，還對作物生長具有促生及調(diào)節(jié)作用。

已有研究表明，黃腐酸鉀能促進(jìn)新根發(fā)生，增加葉綠素[9]、吲哚乙酸和脫落酸含量，促進(jìn)干物質(zhì)積累，增強(qiáng)抗氧化酶活性[10]，減小氣孔開度，降低蒸騰速率，提高凈光合速率，最終增強(qiáng)作物抗逆性[11]，進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和效益。近年來，黃腐酸鉀作為一種提高植物抗逆性的生長調(diào)節(jié)劑在小麥[12]、玉米[13]、棉花[14]、大豆[15]、黃瓜[16]、春蘿卜[17]和番茄[18]等植物的研究中已有報道，但黃腐酸鉀在甜菜栽培中的應(yīng)用效果尚顯見報道。

為此，本研究在哈爾濱市呼蘭區(qū)開展黃腐酸鉀(FA-K)對甜菜幼苗的影響試驗。研究不同濃度FA-K對甜菜生長和養(yǎng)分吸收的影響，以期為甜菜化肥高效利用與推動甜菜產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2021年在哈爾濱市呼蘭區(qū)田間進(jìn)行，播種日期為5月1日。供試甜菜品種為“KWS1176”，供試土壤類型為黑土，前茬作物為大豆。試驗共設(shè)置4個處理，以種肥施用尿素、二銨、硫酸鉀、硼酸、硫酸鋅施肥方式作為對照處理(CK)，在CK處理基礎(chǔ)上增加2%、4%、6%黃腐酸鉀肥料的施肥方式為處理，分別以F2、F4、F6表示。每小區(qū)均施用尿素(含N46%)120 kg/hm2，磷酸二銨(含N18%，P2O546%)90 kg/hm2，硫酸鉀(含K2O 50%)120 kg/hm2，硼酸(含B17%)15 kg/hm2、七水硫酸鋅(含ZnO 28.22%)30 kg/hm2，所有肥料處理在播種前一次性施入種子側(cè)下方10 cm處。黃腐酸鉀肥料為購自哈爾濱維爾沃農(nóng)業(yè)科技有限公司的礦源黃腐酸鉀(有機(jī)質(zhì)≥60%；礦源黃腐酸≥50%；腐殖酸≥3%；N≥5%；P2O5≥3%；K2O≥12%)。

1.2 測定指標(biāo)

1.2.1 生長參數(shù)和生物量的測定

每小區(qū)選長勢一致的10株甜菜，測定株高、葉片長度、葉片寬度、特殊葉面積、根粗和干物重。株高、葉長和葉寬用最小刻度為1 mm直尺測定；根粗用最小刻度為0.1 mm的游標(biāo)卡尺測定根部最粗處的直徑；植株在60℃下烘干至恒重后，稱重、研磨過篩，用于測定中、微量元素。特殊葉面積=葉片長度×葉片寬度×0.802[19]。

1.2.2 SPAD值和光合色素含量的測定

每小區(qū)選取10片長勢一致、朝向相同的最后完全展開葉片，使用日本產(chǎn)SPAD-502儀進(jìn)行SPAD值測定，每片葉片選取上1/3處，測取3次取其平均值為該葉片SPAD值，10片葉片的平均值作為該處理的SPAD值。

選取測定形態(tài)參數(shù)的葉片避開葉脈位置取樣稱取0.200 g鮮葉片，用10 mL 95%的乙醇避光浸提至葉片完全褪色為止，取上清液用紫外分光光度計(UV-800A)測定光合色素含量。

1.2.3 植株中微量元素測定

烘干樣品經(jīng)磨碎過40目篩，秤取干樣0.200 g置于石英坩堝中。首先在200-250℃的馬弗爐中碳化，然后繼續(xù)在560℃條件下灰化4 h，用5 mL 1∶1 (V/V)的濃HNO3溶解后定容至50 mL。用原子吸收光度計(TAS-990)測定待測液中的Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn的礦質(zhì)元素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 22.0軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析及單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著性差異法(Duncan)檢驗(P<0.05)。采用Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃腐酸鉀對甜菜幼苗生長及生物量的影響

在FA-K處理下，甜菜幼苗葉長、葉寬、葉面積、株高及根粗均呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢，各指標(biāo)從高到低排列均表現(xiàn)為：F6>F4>F2 (圖1)。與CK處理相比，施加2% ～ 6% FA-K處理幼苗各部分生物量及根冠比均呈現(xiàn)顯著差異(圖1)。F2、F4和F6葉干重分別提高了29.9%，32.1%和32.4%；根干重分別提高了35.2%，37.6%和39.4%；根冠比分別提高了3.6%，4.3%和5.1% (圖1f，g，j)。由此可得出，基施FA-K可有效提高甜菜幼苗的株高、葉長、葉寬和特殊葉面積的增長，促進(jìn)甜菜葉片和根系的生物量積累從而提高根冠比。

圖1 黃腐酸鉀對甜菜幼苗生長及生物量的影響Fig.1 Effects of mineral fulvic acid potassium on growth and biomass of sugar beet seedlings

2.2 黃腐酸鉀對甜菜幼苗葉片SPAD值和光合色素含量的影響

隨著FA-K處理濃度的增加，SPAD呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)的趨勢(圖2a)。F2、F4和F6處理相比CK組的光合色素含量呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢，其中葉綠素a含量分別提高了6.6%、7.1%和7.7% (圖2b)；葉綠素b含量提高了49.4%、61.9%和75.9%；類胡蘿卜素含量提高了34.2%、54.7%和60.1%。由此可知，施加FA-K可以有效增加甜菜幼苗葉片的光合色素含量。

圖2 黃腐酸鉀對甜菜幼苗SPAD和光合色素含量的影響Fig.2 Effects of mineral fulvic acid potassium on SPAD and photosynthetic pigments content of sugar beet seedlings

2.3 黃腐酸鉀對甜菜幼苗中微量元素含量的影響

基施FA-K能有效促進(jìn)甜菜幼苗葉片和根系礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，且促進(jìn)根系元素吸收的效果優(yōu)于葉片。

隨著FA-K施用量的增加，中量元素Ca和Mg呈持續(xù)增長的趨勢。Ca元素含量葉片增幅達(dá)到了23.7%、31.5%和45.74%；根系增幅達(dá)到77.9%、121.1%和169.7% (圖3a)；Mg元素含量葉片的增幅達(dá)到了6.5%、15.1%和26.5%；根系的增幅達(dá)到了43.9%、72.7%和89.5% (圖3b)。

圖3 黃腐酸鉀對甜菜幼苗Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn含量的影響Fig.3 Effects of mineral fulvic acid potassium on the contents of Ca, Mg, Fe, Mn, Cu and Zn of sugar beet seedlings

微量元素Fe、Mn、Cu和Zn表現(xiàn)出不同程度增長。Fe元素含量的葉片增幅達(dá)到了5.4%、9.4%和14.3.2%；根系含量的增幅達(dá)到61.2%、65.9%和70.5% (圖3c)；Mn元素葉片含量的增幅達(dá)到了3.3%、9.5%和11.7%；根系含量的增幅達(dá)到了5.2%、23.7%和33.8% (3d)；Cu元素含量葉片的增幅達(dá)到了67.5%、78.9%和114.1%；根系的增幅達(dá)到了15.6%、48.1%和80.5% (圖3e)；Zn元素含量葉片的增幅達(dá)到34.5%、62.7%和97.5%；根系的增幅達(dá)到了18.4%、24.2%和37.6% (圖3f)。

綜合分析可知，在不同F(xiàn)A-K施肥量下，甜菜幼苗葉片和根系對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收存在顯著差異，整體中微量元素的增幅表現(xiàn)為根系大于葉片。葉片對礦質(zhì)養(yǎng)分含量增加的趨勢為：Cu>Zn>Ca>Mg>Fe>Mn；根系對礦質(zhì)養(yǎng)分含量增加的趨勢為：Ca>Fe>Mg>Cu>Zn>Mn。

3 討論

腐殖酸廣泛存在于土壤、水和煤中，其中土壤和水中的腐殖酸含量很低，而一些低熱值的煤炭，如泥煤、褐煤和風(fēng)化煤不僅儲量豐富，腐殖酸含量也很高，具有較好的開發(fā)利用價值[20]。

研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酸是腐殖酸的重要組成成分，通過刺激葉片細(xì)胞膜上的信號傳遞，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉不均勻，減少水分蒸騰散失提高光合速率[2]。此外，還能促進(jìn)種子萌發(fā)[21]，增加根冠比，增加生物量[22]；和作物對肥料吸收利用能力[23-27]；根施發(fā)現(xiàn)能明顯促進(jìn)幼苗生長，提高根莖比例和根系活力[28]。本試驗結(jié)果表明，基施FA-K能有效增加甜菜幼苗株高、葉片面積和生物量，明顯提高SPAD值和葉綠素含量利于增強(qiáng)甜菜光合作用，促進(jìn)甜菜幼苗的生長與上述研究結(jié)果基本一致。

黃腐酸具有絡(luò)合微量元素，提高植物對微量元素的吸收與運轉(zhuǎn)能力，是一種優(yōu)良的絡(luò)合劑。固定化土壤中多種元素，由無機(jī)形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)形態(tài)，與陽離子交換、螯合、絡(luò)合、吸附4種形式提高利用率。有研究表明，黃腐酸可以代替部分化肥，改善微生態(tài)環(huán)境，有利于作物的生長發(fā)育，既可促進(jìn)植物生長，又能調(diào)控根系提高作物對肥料的吸收能力和需求，提高植物對元素的吸收能力[29]。相關(guān)研究表明黃腐酸配施尿素，能很很快吸收土壤中的NH4+，減少氨的揮發(fā)損失[30]。本試驗中，黃腐酸鉀除了含有較多的有機(jī)質(zhì)外，還富含豐富的黃腐酸鉀、腐殖酸、氮磷鉀等有益礦質(zhì)元素，施用后能提高植物的生物化學(xué)活性，刺激植物生長、活化土壤養(yǎng)分，促進(jìn)植物葉綠素的提高和中微量元素的積累?；〧A-K有效增加了干物質(zhì)積累量，促進(jìn)了葉片和根系對中微量元素含量的吸收，提高了甜菜苗期的生長速度。甜菜是喜肥作物，苗期養(yǎng)分積累是甜菜產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，在甜菜產(chǎn)量形成及糖分積累中起到重要作用。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，基施FA-K能提高甜菜幼苗的株高、葉長、葉寬和葉面積等生長指標(biāo)，促進(jìn)SPAD值和葉片光合色素含量，增長葉片和根系生物量的積累，從而促進(jìn)甜菜葉片和根系對中微量元素Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn含量的吸收。