不同分子量腐植酸組分對小麥幼苗和油菜生長的影響

吳洪燕 吳欽泉 楊越超 劉兆輝 丁方軍 ，3 馬學文 ，3* 初 茉

1 山東農大肥業科技有限公司 泰安 271000

2 農業農村部腐植酸類肥料重點實驗室 泰安 271000

3 山東農業大學資源與環境學院 泰安 271018

4 山東省農業科學院 濟南 250100

5 中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院 北京 100083

腐植酸在農業生產上應用廣泛[1～6]，其分子量的大小直接影響其在植物生長發育方面的作用。多數研究認為，分子量越小，腐植酸含有的官能團越豐富，分子活躍度也越高，容易被作物吸收利用，進而有利于促進作物生長、提高產量[7，8]。也有研究認為，分子量大、聚合度高的腐植酸更有利于提高酶的活性，促進作物生長[9]。這些研究尚未形成一致的結論。為進一步研究不同分子量腐植酸對作物生長發育的影響，了解不同分子量腐植酸的功能特性，本研究結合前人腐植酸分子量分級研究基礎[8]，將用褐煤提取的腐植酸按照分子量＜1000 Da、1000～5000 Da、5000～10000 Da、10000～ 30000 Da、30000～50000 Da、＞50000 Da分為6個不同組分，利用小麥幼苗及盆栽油菜進行各組分效果驗證，以期為腐植酸資源的高效開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料

供試小麥品種為“濟麥22”，供試油菜品種為“奶油油菜”。供試腐植酸樣品（液體）由采購自內蒙古烏海市的褐煤粉經雙氧水氧化堿液浸提獲得。

1.1.2 儀器

數顯恒溫水浴鍋HH-6、流動分析儀DMJ60（濟南博納生物技術有限公司）、旋轉蒸餾器RE52CS、754紫外可見分光光度計、GXZ型智能光照培養箱。

1.2 試驗設計

1.2.1 腐植酸分級

利用流動分析儀DMJ60中不同孔徑的超濾膜將腐植酸樣品按照分子量＜1000 Da、1000～5000 Da、5000～10000 Da、10000～30000 Da、30000～50000 Da、＞50000 Da進行分級，獲得6個不同分子量的腐植酸分級液，分別編號為HA1、HA2、HA3、HA4、HA5、HA6。

1.2.2 小麥種子發芽試驗

試驗于GXZ型智能光照培養箱中進行，白天24 ℃，夜晚20 ℃，各12 h。試驗設不添加腐植酸（CK）和添加 HA1、HA2、HA3、HA4、HA5、HA6且濃度梯度分別為50、100、150、200 ppm的腐植酸分級液，共25個處理，每個處理設3次重復。

分別在培養皿中加入10 mL各處理溶液，培養小麥種子2天左右，待芽長0.5～1 cm時，轉入含10 mL對應處理溶液的培養瓶中繼續培養，每兩天更換一次培養液，培養一周后，隨機取5株小麥幼苗，測量記錄根長、株高。

1.2.3 油菜盆栽試驗

試驗地點為山東農大肥業科技有限公司溫室大棚。試驗設不添加腐植酸（CK）和添加HA1、HA2、HA3、HA4、HA5、HA6且濃度梯度分別為100、150 ppm的腐植酸分級液，共13個處理，每個處理設3次重復。

選用直徑為20 cm的塑料盆，每盆底施尿素1.5 g，播種油菜，待生長至4～6片真葉時開始間苗，選留長勢一致的幼苗，每盆3株。兩天后分別沖施100 mL濃度為100、150 ppm不同分子量的腐植酸分級液，此后每周沖施1次，每次100 mL，共3次，計300 mL。

1.3 試驗測定項目及方法

1.3.1 理化指標檢測

（1）各組分比重。

將濃度較低的腐植酸分級液經旋轉蒸餾器（RE52CS）進行濃縮，檢測各組分腐植酸的濃度、體積，計算不同分子量腐植酸組分所占比例。

（2）E4/E6值測定。

取適量不同分子量腐植酸各組分，用0.05 mol/L碳酸氫鈉溶液分別稀釋至呈透明的棕紅色（調節濃度，使其在465 nm波長1 cm比色皿吸光度保持在0.6～0.9之間），作為測定E4/E6值的待測液，在分光光度計上，用0.05 mol/L碳酸氫鈉作空白，用1 cm比色皿分別測定465 和665 nm波長處的吸光度，記為E4和E6，二者比值E4/E6即為測定值。

1.3.2 小麥幼苗生長指標測定

在培養瓶培養7天左右，每瓶隨機抽取5株小麥幼苗，用直尺測量根長、株高兩項生長指標。

1.3.3 盆栽油菜生長指標測定

盆栽油菜收獲期，沖洗油菜的根系，用直尺測量油菜的根長；用天平稱量油菜地上部鮮重及根系干重。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2016進行處理，顯著性采用SAS8.1進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同分子量腐植酸組分物理性質分析

不同分子量腐植酸組分物理性質分析見表1。由表中可知，隨著腐植酸分子量的增加，腐植酸各組分占比呈先下降后上升的趨勢。其中，HA6占比最大，為76.39%；其次是HA5，占比10.20%；HA1～HA4整體占比不足14%。

由表1還可以看出，隨著腐植酸分子量的增加，E4/E6值呈不斷降低趨勢，說明腐植酸分子中芳香環的芳構化度、縮合度越來越高，腐殖化度也逐漸增大[10，11]。

表1 不同分子量腐植酸組分物理性質分析Tab.1 Analysis of physical properties of different molecular weight humic acid components

2.2 不同濃度不同分子量腐植酸組分處理對小麥幼苗生長的影響

不同濃度不同分子量腐植酸組分對小麥幼苗生長的影響見表2、圖1。由表和圖中根長可以看出，與對照相比，不同濃度腐植酸分級液處理下，均表現為低分子量腐植酸組分（HA1～HA4）對小麥幼苗根系伸長具有明顯的促進作用，但不同分子量腐植酸組分的作用大小不同。以濃度為150 ppm為例，相比于對照，HA2處理的小麥幼苗根長比對照長8.18 cm，而HA6處理的小麥幼苗根長僅比對照長1.77 cm。不同濃度不同分子量腐植酸組分對小麥幼根生長的促進趨勢大體一致，作用大小稍有差異。腐植酸濃度為150 ppm時，各組分對小麥幼根生長的促進效果相對最好。

表2 不同濃度不同分子量腐植酸組分對小麥幼苗生長的影響Tab.2 Effects on wheat seedlings growth with different concentrations and different molecular weight of humic acid components cm

圖1 不同濃度不同分子量腐植酸組分對小麥幼苗生長的影響Fig.1 Effects on wheat seedlings growth with different concentrations and different molecular weight of humic acid components

由此表明，低分子量腐植酸組分（HA1～HA4）能顯著促進小麥幼苗根生長，HA2的促進作用最大，以150 ppm時最佳；高分子量腐植酸組分（HA5～HA6）對小麥幼苗根生長促進作用較小。

由表2株高可知，與對照相比，不同濃度不同分子量腐植酸組分對小麥幼苗株高基本都有促進作用，但不同分子量腐植酸組分的作用大小稍有差異。以HA4對小麥幼苗的促進作用最為顯著，分子量過大或過小的腐植酸組分對小麥幼苗株高的促進作用均減弱，部分甚至出現抑制作用；相同分子量不同濃度的腐植酸處理之間作用趨勢基本一致，以100 ppm濃度的腐植酸組分表現較好。當濃度為200 ppm時，不同分子量腐植酸組分處理的小麥幼苗株高無顯著差異，與對照也無顯著差異。

2.3 不同濃度不同分子量腐植酸組分處理對盆栽油菜的影響

由表3可知，腐植酸具有提高油菜產量（地上部鮮重）的作用，相同濃度不同分子量腐植酸組分作用效果不同，低分子量腐植酸組分（HA1～HA3）的效果較為顯著，高分子量腐植酸組分（HA4～HA6）對油菜的增產作用較小，甚至出現抑制現象。其中，HA2、HA3對油菜增產效果最為顯著，最大增產幅度可達17.3%。

不同濃度的腐植酸組分隨分子量變化對油菜地上部鮮重的促進作用趨勢大體一致，且在該試驗條件下，施用300 mL濃度為100 ppm的腐植酸組分更有利于提高油菜地上部鮮重。

根據表3根系干重可知，與對照相比，隨著分子量的增加，腐植酸對油菜根系干重的促進作用逐漸降低；HA4～HA6甚至出現抑制現象。說明，土壤中施用低分子量腐植酸組分能夠顯著促進油菜根系生長，尤其是HA1～HA3各腐植酸組分。此外，相同分子量不同濃度的腐植酸組分對油菜根系干重的相對作用不一致，說明，不同分子量腐植酸組分促進油菜根系生長的最佳濃度不同。

表3 不同濃度不同分子量腐植酸組分對盆栽油菜的影響Tab.3 Effects on potted rape with different concentrations and different molecular weight of humic acid components g

3 結論

（1）隨著分子量的增加，腐植酸E4/E6值越來越小，表明腐植酸分子中芳香環的芳構化度、縮合度越來越高，腐殖化度也逐漸增大。

（2）營養液培養條件下，不同濃度不同分子量腐植酸組分對小麥幼苗根系的促進作用大于對株高的促進作用。30000 Da以下的低分子量腐植酸組分對小麥幼苗的根長具有顯著的促進作用，分子量為10000～30000 Da腐植酸組分對小麥幼苗株高具有顯著的促進作用，不同濃度腐植酸組分隨分子量變化的作用趨勢基本一致，以濃度為150 ppm的腐植酸分級液對小麥幼苗根系的促進效果最好。說明，各分子量腐植酸都有刺激小麥幼苗生長的作用，但作用大小不同。

（3）盆栽條件下，10000 Da以下的低分子量腐植酸組分能明顯提高盆栽油菜地上部鮮重與根系干重，以300 mL 100 ppm的施用量和濃度效果更佳。證明低分子量腐植酸組分施入土壤中能促進油菜根系生長，有利于養分吸收，增加干物質積累，提高油菜產量。（4）分子量在30000 Da以下的腐植酸組分理化指標相近，E4/E6值較高，均大于9，腐植酸活性較強，但占比較少，總量不足14%；對作物根系、株高均有較好的刺激與促進作用，故實際應用過程中可將30000 Da以下的腐植酸進行合并分級。