鹽堿脅迫下液態(tài)有機(jī)肥對燕麥種子萌發(fā)及植株生長的影響

趙遠(yuǎn)征 ，黃再婧 ，王 鑫 ，謝 陽 ，藍(lán)春浩 ，王 東

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝與植物保護(hù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；3.江蘇太古合一環(huán)境管理有限公司，江蘇 昆山 215321）

土壤鹽堿化是指土壤中鹽或堿的含量遠(yuǎn)超植物正常生命活動所需要的量，從而直接對植物生長造成抑制或危害的現(xiàn)象。植物響應(yīng)鹽脅迫是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的過程[1]，鹽堿脅迫是阻礙作物正常生長發(fā)育的重要因素，其影響僅次于干旱脅迫[2]。土壤鹽堿化是人類面臨的世界性問題，嚴(yán)重威脅著我國的生態(tài)環(huán)境及糧食安全，已成為限制作物產(chǎn)量和品質(zhì)提高的主要非生物逆境之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國鹽漬土總面積約為3 600 萬hm2，耕地中鹽漬土面積達(dá)920.9 萬hm2，鹽漬土總面積占全國可利用土地面積的4.88%，占全國耕地面積的6.62%[3-4]。由于政策的改革和科技發(fā)展，改良并利用鹽堿地使之成為耕地對保障我國糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義[5]。

目前人們采取了許多方法來改良鹽堿地，其中，生物改良鹽堿地被認(rèn)為是綠色環(huán)保、行之有效的措施。近年來研究表明，施用有機(jī)肥具有促進(jìn)植物在鹽堿脅迫條件下生長、改良土壤等作用。施肥可以有效滿足作物生長養(yǎng)分需求和提高產(chǎn)量，但化肥的濫用和過量使用，不僅導(dǎo)致土壤板結(jié)、肥力和理化性質(zhì)下降，還會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)一系列問題[6]。因此，防止過度依賴和過量施用化肥，而通過增施有機(jī)肥替代化肥，是改良土壤、提高作物產(chǎn)量和維持生態(tài)平衡的重要途徑[7]。大量研究表明，增施有機(jī)肥不僅可以使土壤肥力得到提升，而且可以調(diào)節(jié)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤理化性質(zhì)[8]，繼而改善植物根際環(huán)境，促進(jìn)作物健康生長，最終實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收[9]。溫延臣等[10]研究發(fā)現(xiàn)，相較于單施化肥，連續(xù)3 a 利用有機(jī)肥部分替代化肥后，土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮指標(biāo)顯著升高。呂品[11]研究表明，增施有機(jī)肥可調(diào)節(jié)鹽堿土，促進(jìn)其脫鹽，并防止返鹽。楊明等[12]研究表明，通過施用有機(jī)肥土壤pH 顯著下降，鹽基離子組分也變化明顯，且氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量等顯著提高，揭示了有機(jī)肥改良蘇打鹽堿土的效果。而且長期施用有機(jī)肥可改變土壤粒級組成，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成[13]。周偉紅[14]則研究表明，增施有機(jī)肥可以促進(jìn)土壤容重降低、孔隙度增大、透水性增強(qiáng)、鹽分淋洗下移。目前，相較于液態(tài)有機(jī)肥來說，針對固態(tài)有機(jī)肥的相關(guān)研究較多。其實(shí)，液態(tài)有機(jī)肥在平衡肥料補(bǔ)給和促進(jìn)作物吸收方面優(yōu)勢更為明顯，可大大提高有機(jī)肥的利用率[15]。植物會通過調(diào)節(jié)自身生理生化等代謝活動來應(yīng)對鹽堿脅迫，根的生長情況和活力直接反映植物生長狀況[16]，同時(shí)一些植物酶活性高低變化也反映了植物抗逆過程，如葉片中抗壞血酸過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過氧化物酶等顯著升高以應(yīng)對逆境變化[17-19]；同時(shí)植物體內(nèi)的脯氨酸和可溶性糖等物質(zhì)含量的變化也可作為反映植物抗逆的重要生理指標(biāo)[20-21]。

本研究通過在中度鹽堿脅迫下，設(shè)置不同施肥處理進(jìn)行燕麥種子萌發(fā)試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)，研究液態(tài)有機(jī)肥對燕麥種子萌發(fā)、植株生長的影響，并對不同處理下的燕麥植株和土壤分別進(jìn)行酶活力測定和土壤理化性質(zhì)分析，旨在為液態(tài)有機(jī)肥施用在促進(jìn)作物生長、提高抗逆性、改良土壤等作用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

將土壤、蛭石、營養(yǎng)土按體積比1∶1∶1 混合作為供試土壤。供試燕麥品種為白燕2 號，由烏蘭察布市農(nóng)林科學(xué)研究所提供。供試液態(tài)有機(jī)肥（LOF，總氮0.62%、磷P2O50.29%、鉀K2O 1.64%）由江蘇太古合一環(huán)境管理有限公司提供。供試化肥為磷酸二銨，由內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院提供。供試鹽堿脅迫溶液為按比例配制pH 值為8.55 的混合鹽堿溶液，成分含量分別為0.3% NaCl、2.7% Na2SO4、2.7% NaHCO3、0.3% Na2CO3。

乙醇、氯化鈉、氫氧化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉等，購于天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。

1.2 種子萌發(fā)試驗(yàn)

挑取飽滿燕麥種子，將其進(jìn)行表面消毒處理，用2%的次氯酸鈉表面消毒30 s，再用75%的乙醇表面消毒2 min，無菌水沖洗干凈。將種子在無菌條件下分別在不同施肥處理?xiàng)l件的溶液中浸泡8 h。試驗(yàn)共設(shè)5 個(gè)施肥處理，分別為：16%LOF.取50 mL離心管，加入8 mL 液態(tài)有機(jī)肥后用純凈水定容至50 mL；48%LOF.取50 mL 離心管，加入24 mL 液態(tài)有機(jī)肥后用純凈水定容至50 mL；80%LOF.取50 mL 離心管，加入40 mL 液態(tài)有機(jī)肥后用純凈水定容至50 mL；化肥（CF1）.取50 mL 離心管，加入磷酸二銨17 g 后用純凈水定容至50 mL，搖勻；對照.50 mL 純凈水。在無菌培養(yǎng)皿中，利用鹽堿脅迫液浸濕紙床來模擬中度鹽堿脅迫環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，紙床使用保水性和吸水性效果好的無菌濾紙。每處理組30 粒燕麥種子，重復(fù)3 次，于室溫下培養(yǎng)7 d 測定其發(fā)芽率、根長、莖長。

1.3 盆栽試驗(yàn)

種子處理同1.2。試驗(yàn)共設(shè)置5 個(gè)施肥處理，16%LOF、48%LOF、80%LOF 處理配制方式同1.2，化肥（CF2）處理按照焦彥強(qiáng)等[22]的研究結(jié)果，即1 kg 土中加入磷酸二銨6 g，以50 mL 純凈水為對照，各處理均設(shè)3 次重復(fù)，每個(gè)花盆里種30 粒燕麥種子。每個(gè)培養(yǎng)盆土壤為1 kg，將鹽堿脅迫液加入土壤2 d 后，將各處理50 mL 溶液加入鹽堿土中，每隔1 d澆灌一次鹽堿脅迫液，每次500 mL。每日記錄燕麥出苗數(shù)及株高，第4 天測定發(fā)芽勢，第7 天測定發(fā)芽率，20 d 后測定根長、莖粗，每處理隨機(jī)選取5 株測定鮮質(zhì)量和干質(zhì)量；隨即收獲進(jìn)行根活性和植株葉片酶活力測定。

根系活性還原強(qiáng)度測定按照根的活力檢測試劑盒（北京索萊寶科技有限公司）說明書嚴(yán)格進(jìn)行?？箟难徇^氧化物酶（APX）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性測定均按照檢測試劑盒（上海優(yōu)選生物科技有限公司）的說明書嚴(yán)格進(jìn)行操作。脯氨酸（PRO）、丙二醛（MDA）、可溶性糖含量均按照相應(yīng)的檢測試劑盒（上海優(yōu)選生物科技有限公司）說明書嚴(yán)格進(jìn)行測定。

1.4 土壤理化性質(zhì)測定

盆栽試驗(yàn)20 d 后收集土壤樣品，將所收集土樣風(fēng)干、研磨過篩后，將土和水按照1∶5 的比例置于250 mL 干燥三角瓶中，充分振蕩5 min 后過濾2 次移至干燥容器中，使用臺式pH 計(jì)進(jìn)行pH 值測定。采用碳酸氫鈉/氟化鈉鹽酸浸提，鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量；采用乙酸銨浸提火焰光度計(jì)法測定速效鉀含量；采用堿解擴(kuò)散法測定堿解氮含量；采用電極法測定電導(dǎo)率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 軟件進(jìn)行整理，利用SPSS 25.0 軟件采用Duncan 氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥種子的影響

由圖1 和表1 可知，中度鹽堿溶液脅迫下，各施肥處理與CK 相比，均提高了燕麥種子發(fā)芽率，并促進(jìn)根長和莖長生長。其中，80%液態(tài)有機(jī)肥處理的效果最好，其燕麥發(fā)芽率、根長、莖長分別較CK 增加了39.4%、41.0%、51.3%。

表1 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥種子發(fā)芽率、根長、莖長的影響Tab.1 Effect of fertilization on seed germination rate，root length， and stem length of oat under moderate saline-alkali stress

圖1 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥種子萌發(fā)的影響Fig.1 Effect of fertilization on oat seed germination under moderate saline-alkali stress

2.2 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥生長指標(biāo)的影響

從表2 可以看出，在中度鹽堿脅迫下，與CK 相比，各處理組均具有明顯的促生效果，發(fā)芽率和發(fā)芽勢均高于CK。在中度鹽堿脅迫下，48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理的出苗率均顯著高于其他處理（P＜0.05），分別較CK 提高了40.1% 和42.3%；16%、48%、80% 液態(tài)有機(jī)肥處理和化肥處理的發(fā)芽勢較CK 分別顯著提高40%、150%、160%、140%（P＜0.05）。

表2 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥發(fā)芽率、發(fā)芽勢的影響Tab.2 Effect of fertilization treatments on oat germination rate and germination potential under moderate saline-alkali stress %

由表3 可知，在第5 天，化肥處理的株高顯著高于其他處理（P＜0.05），較CK 提高了32.4%；但在第8 天后48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理的株高顯著高于化肥處理和CK，其中，80%液態(tài)有機(jī)肥處理在第8、10、15、20 天的促生效果最好，較CK 株高分別提高45.5%、63.5%、51.0%、54.9%。

表3 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥株高的影響Tab.3 Effect of fertilization on oat plant heigt under moderate saline-alkali stress cm

由表4 可知，在中度鹽堿脅迫下，80%液態(tài)有機(jī)肥處理的根長、莖粗、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著高于其他處理（P＜0.05），且分別比CK 提高36.8%、85.7%、30.4%、66.7%。

表4 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥生長指標(biāo)的影響Tab.4 Effect of fertilization on oat growth indexes under moderate saline-alkali stress

2.3 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥生理生化的影響

中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥根系活性還原強(qiáng)度的影響如圖2 所示。

圖2 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥根系活性還原強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of fertilization on reduction intensity in oat roots under moderate saline-alkali stress

由圖2 可知，各處理組與CK 相比，根系活性還原強(qiáng)度均有所提高，液態(tài)有機(jī)肥3 個(gè)處理對燕麥根活性的影響效果明顯，16%、48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理的根系活性還原強(qiáng)度分別比CK 顯著提高了10.4%、17.6%、22.1%（P＜0.05）。

由表5 可知，各處理組的葉片APX 活性與CK相比均顯著提高（P＜0.05），其中，48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理組分別比CK 提高33.2%和87.1%。各處理組葉片POD、CAT、SOD 活性與CK 相比均顯著提高（P＜0.05），其中，16%、48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理的POD 活性分別比CK 提高了26.3%、31.5%、45.6%，CAT 活性分別比CK 提高了4.9%、13.2%、19.5%，SOD 活性分別比CK 提高20.9%、33.3%、72.6%。

表5 中度鹽堿脅迫下施肥對植株葉片酶活性的影響Tab.5 Effect of fertilization on plant leaves enzyme activity under moderate saline-alkali stress U/g

由表6 可知，各處理組葉片脯氨酸含量、可溶性糖含量與CK 相比均顯著提高（P＜0.05），其中，16%、48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理的脯氨酸含量分別比CK 提高了5.3%、18.6%、39.1%，可溶性糖含量分別比CK 提高了13.0%、67.4%、125.0%；各處理組葉片MDA 含量與CK 相比均顯著下降（P＜0.05），其中，16%、48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理的MDA 含量分別比CK 降低了21.4%、31.9%、52.3%。

2.4 中度鹽堿脅迫下不同施肥對土壤pH 的影響

從圖3 可以看出，收獲期各處理pH 均顯著低于播種前的pH，其中，收獲期各液態(tài)有機(jī)肥處理的土壤pH 均顯著低于對照組和化肥處理組的土壤pH，說明液態(tài)有機(jī)肥具有一定的改良堿性土壤的作用。

圖3 中度鹽堿脅迫下施肥對土壤pH 的影響Fig.3 The effect of fertilization treatments on soil pH under moderate saline-alkali stress

由圖4 可知，化肥處理的電導(dǎo)率最高，而各液態(tài)有機(jī)肥處理中80%液態(tài)有機(jī)肥的電導(dǎo)率略低于CK，比CK 降低了8.2%，48%液態(tài)有機(jī)肥處理的電導(dǎo)率與CK 間沒有差異，16%液態(tài)有機(jī)肥處理的電導(dǎo)率略高于CK。整體上說明，液態(tài)有機(jī)肥的施入并未顯著改變土壤溶液中的總離子濃度，相較于化肥來說，對于土壤環(huán)境更為友好。

圖4 中度鹽堿脅迫下施肥對土壤電導(dǎo)率的影響Fig.4 The effect of fertilization treatments on soil conductivity under moderate saline-alkali stress

2.5 中度鹽堿脅迫下施肥對土壤速效磷、速效鉀、堿解氮的影響

由表7 可知，化肥處理后的土壤中速效磷和堿解氮含量顯著高于其他處理和對照（P＜0.05）；但48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理組的速效鉀含量較高，均顯著高于化肥組和對照組（P＜0.05），且隨著稀釋濃度升高而增高。80%液態(tài)有機(jī)肥和化肥處理組的速效磷均與對照間差異顯著（P＜0.05），分別較CK 提高了22.5% 和1 691%；16%、48%、80%液態(tài)有機(jī)肥和化肥處理組的堿解氮、速效鉀均與對照間差異顯著（P＜0.05），堿解氮較對照分別提高了52.5%、81.5%、30.1%、83.8%；速效鉀較對照分別提高了48.3%、184%、519%、98.9%。

3 結(jié)論與討論

本研究的種子萌發(fā)和盆栽試驗(yàn)表明，施用液態(tài)有機(jī)肥能夠促進(jìn)燕麥種子萌發(fā)和植株生長，80%液態(tài)有機(jī)肥處理與化肥施用和對照相比，顯著提高了燕麥種子萌發(fā)和植株生長；施用有機(jī)肥能夠顯著提高植物長勢，如有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥可顯著提高棉花和木薯的長勢[23-24]，與本研究結(jié)果較為一致。

有研究發(fā)現(xiàn)，在鹽堿脅迫下，施用有機(jī)肥能夠提高植物抗逆能力，通過改變細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量如脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等來提高細(xì)胞滲透勢，或通過提高過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶的活性來提高抗逆性[25-26]。本研究中，液態(tài)有機(jī)肥施用后植物根系活性還原強(qiáng)度、葉片中抗壞血酸過氧化物酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶的活性和脯氨酸及植物可溶性糖含量均顯著提高，表明有機(jī)肥施用提高了植物應(yīng)對鹽堿脅迫的能力。

有機(jī)肥富含大量有益菌和作物所需微量元素，能夠均衡土壤養(yǎng)分，促進(jìn)土壤固定態(tài)元素釋放，改善土壤結(jié)構(gòu)[27]，有機(jī)肥的使用有利于土壤有機(jī)質(zhì)的恢復(fù)和肥力的增加[28]。本研究中，液態(tài)有機(jī)肥施用后，顯著降低了土壤pH 值，提高了速效鉀含量，對鹽堿性土壤具有一定的改良效果。48%、80%液態(tài)有機(jī)肥處理組的速效鉀含量較高，均顯著高于化肥和對照，且隨著液態(tài)有機(jī)肥體積分?jǐn)?shù)升高而增高，一般來說，土壤中速效鉀含量越高，作物的生長和產(chǎn)量就越高；電導(dǎo)率測定中，液態(tài)有機(jī)肥處理與CK差異不大，且80% 液態(tài)有機(jī)肥的電導(dǎo)率略低于CK，說明液態(tài)有機(jī)肥的施入并未顯著改變土壤溶液中的總離子濃度，相較于化肥來說，對于土壤環(huán)境更為友好。

綜上所述，在中度鹽堿脅迫下，液態(tài)有機(jī)肥相比于化肥能促進(jìn)燕麥萌發(fā)和生長，提高植物抗逆性，提高土壤肥力，改良鹽堿地土壤理化性質(zhì)，在改良鹽堿地促進(jìn)燕麥高效種植中具有廣闊前景。