鹽分脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花幼苗生長和抗氧化系統的影響①

郭新送，蘇秀榮，范仲卿，于曉東，宋 摯，朱福軍，丁方軍,3

鹽分脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花幼苗生長和抗氧化系統的影響①

郭新送1,2，蘇秀榮1,3*，范仲卿1,2，于曉東1,2，宋 摯1,2，朱福軍1,2，丁方軍1,2,3

(1農業部腐植酸類肥料重點實驗室，山東泰安 271000；2山東省腐植酸高效利用示范工程技術研究中心，山東農大肥業科技有限公司，山東泰安 271000；3山東農業大學化學學院，山東泰安 271000)

鹽分脅迫；控釋尿素；腐植酸；葉綠素；抗氧化酶；過氧化物質

鹽漬土是我國重要的后備耕地資源，其具有分布范圍廣、占地面積大、利用困難等特點，大多數為中低產田[1]。以可溶性鹽計，濱海鹽漬化土種植糧食作物的土壤全鹽含量超過2 g/kg，種植棉花的土壤全鹽含量多數超過4 g/kg，達到中度鹽漬化及以上水平。濱海鹽漬化土壤鹽分含量高、養分含量低，淡水缺乏，導致棉花種植存在成苗難、缺苗斷壟嚴重、產量低等問題[2]。通過一些措施調控，促進棉花幼苗生長，增強棉花抗鹽堿能力，進而提高棉花產量，對于濱海鹽堿地棉花種植具有重要意義。

施用氮肥可提高棉花對鹽分的耐受性[3]。氮肥的來源有多種，常用的為尿素，而在鹽堿地上施用尿素在一定程度上加劇了鹽害。李成亮等[4]研究指出，包膜控釋氮肥提高了植株上部葉片的葉綠素含量和實際光合效率，控釋氮肥處理的棉花株高、莖粗、葉面積也均顯著提高。另外，在鹽脅迫下，施用腐植酸可促進作物對營養元素的吸收，尤其對種子萌芽、幼苗以及根系生長具有積極作用，從而促進作物生長[5-7]。García[8]及Muscolo等[9]的研究表明，鹽分脅迫下，腐植酸提高了超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性，加強了對氧自由基的清除，從而增強了幼苗的抗鹽堿能力。

鹽漬土上應用控釋尿素種植棉花的相關研究以及腐植酸提高棉花抗逆性的報道較為常見，但控釋尿素和腐植酸配施在鹽漬土上對棉花生長和抗氧化系統影響的系統研究卻少見報道。本研究以濱海中度鹽漬化土為供試土壤，采用盆栽試驗，模擬鹽分脅迫下的棉花栽培種植，研究尿素、控釋尿素及其與腐植酸配施對棉花生長特性及植株抗氧化酶活性的影響，探索不同調控措施下棉花的抗鹽機理，以期為中度鹽漬化土的棉花高效栽培提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤為濱海中度鹽漬化潮土，采自濱州沾化縣“渤海糧倉”示范區(地理坐標為117°45′ ~ 118°21′ E，37°34′ ~ 38°11′ N，)10 ~ 40 cm土層，土壤基本化學性狀如表1所示。

表1 試驗土壤化學性狀

1.2 供試作物

選用轉() 基因抗蟲棉() K638為供試作物。

1.3 供試肥料

供試氮肥為普通大顆粒尿素(含N量460 g/kg)和控釋尿素(含N量440 g/kg，24 h釋放率≤5%，28 d釋放率≤50%，控釋期為2 個月)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O5量160 g/kg)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O量500 g/kg)。

腐植酸為風化煤原料制備，采自新疆奇臺，腐植酸總量為760 g/kg，E4/E6為4.6，游離腐植酸占總酸36.8%，含水量178 ~ 195 g/kg，可溶性腐植酸(水浸提，干基)1.5%，成礦年代約3 000萬年。活化的腐植酸制備：酸化反應，風化煤原料與水按照1∶5(/)稱取置于液化反應釜中，加入5% 水量的20% H2O2溶劑，調節反應釜轉速為180 ~ 240 r/min，溫度為60℃，恒溫加熱60 min反應制得。

以上原料均由山東農大肥業科技有限公司提供。

1.4 試驗設計

試驗地點設于山東農大肥業科技有限公司溫室大棚，設置不施氮對照(CK)、普通尿素處理(U)、控釋尿素處理(CRU)、普通尿素+腐植酸處理(U+HA)、控釋尿素+腐植酸處理(CRU+HA)，共5個處理，各處理的物料施用量見表2。每盆裝土12 kg，底部用紗網覆蓋出水口，并均勻鋪滿1 kg的細沙，所需施用的肥料、腐植酸與土壤混勻裝盆。裸露的肥料顆粒應按入土壤中，每個處理重復9次，共45盆。各試驗處理隨機分布，每盆播種6 ~ 10粒棉花種子，種子埋于土表下8 ~ 10 cm，定量澆水覆膜，待出苗長至兩片真葉后，去膜間苗定植，每盆留3棵幼苗供采樣檢測。定植后管理措施一致，直至收獲，取樣時為破壞性取樣。

表2 試驗處理

1.5 測定項目及數據處理

分別于棉花出苗后30、40、50 d收獲植株，并將植株地上部和地下部分開。根系用5 mol/L CaCl2沖洗，再用蒸餾水沖凈，計量鮮物質量；然后于鼓風烘箱中105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒重，測量干物質量，之后保存于紙質自封袋中以備其他指標測定。

試驗數據處理、制圖采用Excel 2003軟件，統計分析采用SPSS 22.0軟件，差異顯著性檢驗(<0.05)采用最小顯著極差法(LSD)。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花幼苗生長的影響

鹽脅迫下，不同處理的棉花幼苗長勢差異顯著(表2)。棉花出苗后50 d內普通尿素與控釋尿素處理的棉花株高、莖粗無顯著差異，但均顯著高于對照處理。普通尿素與控釋尿素配施腐植酸處理的棉花株高、莖粗均顯著高于未施腐植酸處理，其中控釋尿素配施腐植酸處理的棉花株高、莖粗較其他處理分別提高了1.33% ~ 15.69% 和1.63% ~ 26.98%。在棉花出苗后50 d內，未配施腐植酸情況下，控釋尿素處理的棉花葉片SPAD值顯著高于普通尿素處理；配施腐植酸情況下，普通尿素與控釋尿素處理對棉花SPAD值的影響差異不顯著，而施用腐植酸處理的棉花葉片SPAD值顯著高于未施用腐植酸處理。

表3 不同處理棉花幼苗株高、莖粗和葉片SPAD

注：表中同列不同小寫字母表示處理間差異達<0.05顯著水平，下同。

2.2 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花幼苗生物量的影響

棉花出苗后50 d，測得植株生物量如表4所示。與普通尿素處理相比，控釋尿素處理的地上部鮮、干物質量分別提高了13.57% ~ 43.81% 和12.65% ~ 39.48%，差異顯著，地下部鮮、干物質量未達差異顯著性水平。與未施用腐植酸處理相比，普通尿素與控釋尿素配施腐植酸處理的地上部鮮、干物質量和地下部鮮、干物質量分別提高了17.85% ~ 49.37% 和17.58% ~ 61.77%，達到差異顯著性水平。表明鹽分脅迫下，腐植酸促進棉花幼苗生長，表現為地下部和地上部生物量增加，為棉花后期生殖生長提供保障，控釋尿素與腐植酸配施效果更明顯。

表4 不同處理棉花幼苗生物量(g/盆)

2.3 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花葉片光合色素的影響

棉花出苗后50 d，取樣測定棉花葉片光合色素含量，結果(表5)顯示，鹽脅迫下施用普通尿素和控釋尿素處理間的棉花葉片葉綠素a、葉綠素b以及類胡蘿卜素含量差異不顯著。與未施用腐植酸處理相比，普通尿素和控釋尿素配施腐植酸處理的葉綠素a含量分別提高5.37% 和11.84%，其中控釋尿素配施腐植酸處理與控釋尿素處理之間差異顯著；普通尿素和控釋尿素配施腐植酸處理的葉綠素b含量分別提高8.16% 和12.13%，但與未施用腐植酸處理的差異不顯著。

表5 不同處理棉花葉片光合色素含量

2.4 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花葉片和根系抗氧化酶活性的影響

鹽脅迫下，不同處理對棉花葉片和根系抗氧化酶活性影響差異顯著(圖1)。整體來看，不同處理棉花葉片SOD和CAT活性顯著高于根系，而POD活性表現為根系高于葉片。與普通尿素處理相比，控釋尿素處理的棉花葉片和根系SOD活性提高3.32% ~ 9.72%，POD活性提高4.76% ~ 26.93%，CAT活性提高9.94% ~ 32.12%，其中控釋尿素處理的棉花葉片和根系CAT活性顯著高于普通尿素處理。

一般情況下，施用腐植酸會提高植株內SOD和CAT活性[15]。鹽脅迫下，施用腐植酸與未施用腐植酸處理對棉花葉片和根系抗氧化酶活性影響差異較大。與未施用腐植酸處理相比，施用腐植酸處理的棉花葉片和根系SOD活性提高了3.41% ~ 42.84%，葉片和根系中差異均顯著；POD活性提高了4.376% ~ 37.87%，其中葉片中差異顯著；CAT活性提高了5.53% ~ 64.61%，其中根系中差異顯著。控釋尿素配施腐植酸的協同作用對提高鹽脅迫下棉花植株抗氧化酶活性最為顯著。

2.5 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花葉片和根系過氧化物質含量的影響

3 討論

3.1 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花生長特性的影響

少量鹽分能刺激作物生長和促進作物對營養元素的吸收，但當土壤鹽分含量過高時則對作物產生毒害作用。鹽脅迫下，通過施肥措施可在一定程度上緩解鹽害。辛承松等[17]研究發現，在鹽脅迫環境的影響下，施用氮肥可有效緩解鹽害對棉花生長的抑制，且控釋氮肥效果更為明顯。本試驗供試土壤的全鹽含量為4.6 g/kg，達到中度鹽脅迫水平(全鹽含量 >3 g/kg)，控釋尿素與普通尿素相比，顯著提高了棉花幼苗地上部鮮、干物質量，且差異顯著。翟勇等[6]研究表明，施用腐植酸可促進作物根系，尤其是毛細根系生長，從而促進作物對營養元素的吸收，利于其生長。本試驗研究表明，在鹽脅迫下，配施腐植酸均顯著提高了棉花幼苗地上部和地下部干、鮮物質量，其中控釋尿素配施腐植酸處理較其他處理的棉花地上部鮮、干物質量分別提高13.46 ~ 69.46% 和12.64% ~ 82.23%，差異顯著。表明鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸的協同作用更有利于促進幼苗期棉花生長和生物量的累積。

鹽脅迫下，植物根系耐受能力下降，養分吸收少，葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量下降，長期處于鹽脅迫下，葉片會失綠，甚至死亡[15]。張江輝等[18]研究表明，在鹽脅迫條件下，隨著棉花生長，其葉片葉綠素總量、葉綠素a和葉綠素b含量均呈逐漸下降的趨勢。施用氮肥可在一定程度上促進棉花葉片葉綠素合成，從而促進光合物質積累。本研究中，與對照相比，施用普通尿素和控釋尿素均能提高光合色素含量，棉花葉片葉綠素a、b含量以及葉綠素a/b顯著增加，而對類胡蘿卜素含量的影響不顯著。施用腐植酸可促進葉片葉綠素形成，顯著提高葉片葉綠素含量，增加養分的合成[6]。Marosz[16]研究表明，在鹽漬化土壤上施用腐植酸，尤其是經過酸活化處理的腐植酸能夠降低土壤浸提液的電導率。本研究供試腐植酸通過過氧化氫活化，其結構特征與酸活化相似，其也降低了土壤鹽分的累積量，從而促進作物幼苗的生長，在尿素與腐植酸配施的過程中表現一致，普通尿素和控釋尿素配施腐植酸處理的葉綠素a含量分別提高5.37% 和11.84%。

3.2 鹽脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花抗氧化系統的影響

研究表明，鹽脅迫下，植株葉片、根系CAT活性升高，而POD、SOD活性降低[19]。劉連濤等[20]研究指出，施用氮肥可提高植株體內的抗氧化酶活性，其中控釋尿素較普通尿素能顯著提高葉片抗氧化酶活性。本研究中，鹽脅迫下，施用控釋尿素處理的棉花葉片和根系SOD活性較普通尿素處理提高3.32% ~ 9.72%，POD活性提高4.76% ~ 26.93%，CAT活性提高9.94% ~ 32.12%，其中控釋尿素處理的棉花葉片和根系CAT活性顯著高于普通尿素處理。腐植酸會通過刺激植物各器官中蛋白質和酶的合成，提高植物體內SOD、CAT、SOD的活性[15]。本研究中，普通尿素和控釋尿素配施腐植酸處理的棉花葉片和根系SOD活性提高了3.41% ~ 42.84%，POD活性提高了4.376% ~ 37.87%，CAT活性提高了5.53% ~ 64.61%，其中控釋尿素配施腐植酸處理的SOD、POD以及CAT活性顯著高于未施用腐植酸處理。

4 結論

濱海鹽化潮土的棉花盆栽試驗結果顯示，施用控釋尿素和增施腐植酸均促進鹽脅迫下棉花幼苗的生長。5個處理中，以控釋尿素配施腐植酸效果最為明顯，其顯著提高了棉花幼苗的生物量，較其他處理地上部鮮、干物質量分別提高13.46% ~ 69.46% 和12.64% ~ 82.23%。控釋尿素配施腐植酸提高了棉花幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b含量，提高了鹽脅迫下棉花植株抗氧化酶活性，降低了植物體內過氧化物質的累積量，從而提高了棉花耐鹽能力。

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Effects of Combined Application of Controlled-release Urea and Humic Acid on Growth and Antioxidant System of Cotton Seedlings Under Salt Stress

GUO Xinsong1, 2, SU Xiurong1, 3*, FAN Zhongqing1, 2, YU Xiaodong1, 2, SONG Zhi1,2, ZHU Fujun1,2, DING Fangjun1,2,3

(1 Key Laboratory of Humic Acid Fertilizer, Ministry of Agriculture, Taian, Shandong 271000, China; 2 Engineering Technology Research Center of Shandong Province, Efficient Utilization of Humic Acid, Shandong Agricultural University Fertilizer Science Tech. Co. Ltd., Taian, Shandong 271000, China; 3 College of Chemistry, Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271000, China)

Salt stress; Controlled-release urea; Humic acid; Chlorophyll; Antioxidant enzyme; Peroxidation substance

S143.1+5；S156.4+2

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.01.015

郭新送, 蘇秀榮, 范仲卿, 等. 鹽分脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花幼苗生長和抗氧化系統的影響. 土壤, 2021, 53(1): 112–117.

國家重點研發計劃項目 (2017YFD0200706)資助。

(xrsu@sdau.edu.cn)

郭新送(1987—)，男，山東新泰人，碩士，工程師，主要從事土壤生態學方面研究。E-mail：guoxinsong1028@163.com