盐分胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花幼苗生长和抗氧化系统的影响①

郭新送，苏秀荣，范仲卿，于晓东，宋 挚，朱福军，丁方军,3

盐分胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花幼苗生长和抗氧化系统的影响①

郭新送1,2，苏秀荣1,3*，范仲卿1,2，于晓东1,2，宋 挚1,2，朱福军1,2，丁方军1,2,3

(1农业部腐植酸类肥料重点实验室，山东泰安 271000；2山东省腐植酸高效利用示范工程技术研究中心，山东农大肥业科技有限公司，山东泰安 271000；3山东农业大学化学学院，山东泰安 271000)

盐分胁迫；控释尿素；腐植酸；叶绿素；抗氧化酶；过氧化物质

盐渍土是我国重要的后备耕地资源，其具有分布范围广、占地面积大、利用困难等特点，大多数为中低产田[1]。以可溶性盐计，滨海盐渍化土种植粮食作物的土壤全盐含量超过2 g/kg，种植棉花的土壤全盐含量多数超过4 g/kg，达到中度盐渍化及以上水平。滨海盐渍化土壤盐分含量高、养分含量低，淡水缺乏，导致棉花种植存在成苗难、缺苗断垄严重、产量低等问题[2]。通过一些措施调控，促进棉花幼苗生长，增强棉花抗盐碱能力，进而提高棉花产量，对于滨海盐碱地棉花种植具有重要意义。

施用氮肥可提高棉花对盐分的耐受性[3]。氮肥的来源有多种，常用的为尿素，而在盐碱地上施用尿素在一定程度上加剧了盐害。李成亮等[4]研究指出，包膜控释氮肥提高了植株上部叶片的叶绿素含量和实际光合效率，控释氮肥处理的棉花株高、茎粗、叶面积也均显著提高。另外，在盐胁迫下，施用腐植酸可促进作物对营养元素的吸收，尤其对种子萌芽、幼苗以及根系生长具有积极作用，从而促进作物生长[5-7]。García[8]及Muscolo等[9]的研究表明，盐分胁迫下，腐植酸提高了超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，加强了对氧自由基的清除，从而增强了幼苗的抗盐碱能力。

盐渍土上应用控释尿素种植棉花的相关研究以及腐植酸提高棉花抗逆性的报道较为常见，但控释尿素和腐植酸配施在盐渍土上对棉花生长和抗氧化系统影响的系统研究却少见报道。本研究以滨海中度盐渍化土为供试土壤，采用盆栽试验，模拟盐分胁迫下的棉花栽培种植，研究尿素、控释尿素及其与腐植酸配施对棉花生长特性及植株抗氧化酶活性的影响，探索不同调控措施下棉花的抗盐机理，以期为中度盐渍化土的棉花高效栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤为滨海中度盐渍化潮土，采自滨州沾化县“渤海粮仓”示范区(地理坐标为117°45′ ~ 118°21′ E，37°34′ ~ 38°11′ N，)10 ~ 40 cm土层，土壤基本化学性状如表1所示。

表1 试验土壤化学性状

1.2 供试作物

选用转() 基因抗虫棉() K638为供试作物。

1.3 供试肥料

供试氮肥为普通大颗粒尿素(含N量460 g/kg)和控释尿素(含N量440 g/kg，24 h释放率≤5%，28 d释放率≤50%，控释期为2 个月)，磷肥为过磷酸钙(含P2O5量160 g/kg)，钾肥为硫酸钾(含K2O量500 g/kg)。

腐植酸为风化煤原料制备，采自新疆奇台，腐植酸总量为760 g/kg，E4/E6为4.6，游离腐植酸占总酸36.8%，含水量178 ~ 195 g/kg，可溶性腐植酸(水浸提，干基)1.5%，成矿年代约3 000万年。活化的腐植酸制备：酸化反应，风化煤原料与水按照1∶5(/)称取置于液化反应釜中，加入5% 水量的20% H2O2溶剂，调节反应釜转速为180 ~ 240 r/min，温度为60℃，恒温加热60 min反应制得。

以上原料均由山东农大肥业科技有限公司提供。

1.4 试验设计

试验地点设于山东农大肥业科技有限公司温室大棚，设置不施氮对照(CK)、普通尿素处理(U)、控释尿素处理(CRU)、普通尿素+腐植酸处理(U+HA)、控释尿素+腐植酸处理(CRU+HA)，共5个处理，各处理的物料施用量见表2。每盆装土12 kg，底部用纱网覆盖出水口，并均匀铺满1 kg的细沙，所需施用的肥料、腐植酸与土壤混匀装盆。裸露的肥料颗粒应按入土壤中，每个处理重复9次，共45盆。各试验处理随机分布，每盆播种6 ~ 10粒棉花种子，种子埋于土表下8 ~ 10 cm，定量浇水覆膜，待出苗长至两片真叶后，去膜间苗定植，每盆留3棵幼苗供采样检测。定植后管理措施一致，直至收获，取样时为破坏性取样。

表2 试验处理

1.5 测定项目及数据处理

分别于棉花出苗后30、40、50 d收获植株，并将植株地上部和地下部分开。根系用5 mol/L CaCl2冲洗，再用蒸馏水冲净，计量鲜物质量；然后于鼓风烘箱中105℃下杀青30 min，80℃烘干至恒重，测量干物质量，之后保存于纸质自封袋中以备其他指标测定。

试验数据处理、制图采用Excel 2003软件，统计分析采用SPSS 22.0软件，差异显著性检验(<0.05)采用最小显著极差法(LSD)。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花幼苗生长的影响

盐胁迫下，不同处理的棉花幼苗长势差异显著(表2)。棉花出苗后50 d内普通尿素与控释尿素处理的棉花株高、茎粗无显著差异，但均显著高于对照处理。普通尿素与控释尿素配施腐植酸处理的棉花株高、茎粗均显著高于未施腐植酸处理，其中控释尿素配施腐植酸处理的棉花株高、茎粗较其他处理分别提高了1.33% ~ 15.69% 和1.63% ~ 26.98%。在棉花出苗后50 d内，未配施腐植酸情况下，控释尿素处理的棉花叶片SPAD值显著高于普通尿素处理；配施腐植酸情况下，普通尿素与控释尿素处理对棉花SPAD值的影响差异不显著，而施用腐植酸处理的棉花叶片SPAD值显著高于未施用腐植酸处理。

表3 不同处理棉花幼苗株高、茎粗和叶片SPAD

注：表中同列不同小写字母表示处理间差异达<0.05显著水平，下同。

2.2 盐胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花幼苗生物量的影响

棉花出苗后50 d，测得植株生物量如表4所示。与普通尿素处理相比，控释尿素处理的地上部鲜、干物质量分别提高了13.57% ~ 43.81% 和12.65% ~ 39.48%，差异显著，地下部鲜、干物质量未达差异显著性水平。与未施用腐植酸处理相比，普通尿素与控释尿素配施腐植酸处理的地上部鲜、干物质量和地下部鲜、干物质量分别提高了17.85% ~ 49.37% 和17.58% ~ 61.77%，达到差异显著性水平。表明盐分胁迫下，腐植酸促进棉花幼苗生长，表现为地下部和地上部生物量增加，为棉花后期生殖生长提供保障，控释尿素与腐植酸配施效果更明显。

表4 不同处理棉花幼苗生物量(g/盆)

2.3 盐胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花叶片光合色素的影响

棉花出苗后50 d，取样测定棉花叶片光合色素含量，结果(表5)显示，盐胁迫下施用普通尿素和控释尿素处理间的棉花叶片叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量差异不显著。与未施用腐植酸处理相比，普通尿素和控释尿素配施腐植酸处理的叶绿素a含量分别提高5.37% 和11.84%，其中控释尿素配施腐植酸处理与控释尿素处理之间差异显著；普通尿素和控释尿素配施腐植酸处理的叶绿素b含量分别提高8.16% 和12.13%，但与未施用腐植酸处理的差异不显著。

表5 不同处理棉花叶片光合色素含量

2.4 盐胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花叶片和根系抗氧化酶活性的影响

盐胁迫下，不同处理对棉花叶片和根系抗氧化酶活性影响差异显著(图1)。整体来看，不同处理棉花叶片SOD和CAT活性显著高于根系，而POD活性表现为根系高于叶片。与普通尿素处理相比，控释尿素处理的棉花叶片和根系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%，其中控释尿素处理的棉花叶片和根系CAT活性显著高于普通尿素处理。

一般情况下，施用腐植酸会提高植株内SOD和CAT活性[15]。盐胁迫下，施用腐植酸与未施用腐植酸处理对棉花叶片和根系抗氧化酶活性影响差异较大。与未施用腐植酸处理相比，施用腐植酸处理的棉花叶片和根系SOD活性提高了3.41% ~ 42.84%，叶片和根系中差异均显著；POD活性提高了4.376% ~ 37.87%，其中叶片中差异显著；CAT活性提高了5.53% ~ 64.61%，其中根系中差异显著。控释尿素配施腐植酸的协同作用对提高盐胁迫下棉花植株抗氧化酶活性最为显著。

2.5 盐胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花叶片和根系过氧化物质含量的影响

3 讨论

3.1 盐胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花生长特性的影响

少量盐分能刺激作物生长和促进作物对营养元素的吸收，但当土壤盐分含量过高时则对作物产生毒害作用。盐胁迫下，通过施肥措施可在一定程度上缓解盐害。辛承松等[17]研究发现，在盐胁迫环境的影响下，施用氮肥可有效缓解盐害对棉花生长的抑制，且控释氮肥效果更为明显。本试验供试土壤的全盐含量为4.6 g/kg，达到中度盐胁迫水平(全盐含量 >3 g/kg)，控释尿素与普通尿素相比，显著提高了棉花幼苗地上部鲜、干物质量，且差异显著。翟勇等[6]研究表明，施用腐植酸可促进作物根系，尤其是毛细根系生长，从而促进作物对营养元素的吸收，利于其生长。本试验研究表明，在盐胁迫下，配施腐植酸均显著提高了棉花幼苗地上部和地下部干、鲜物质量，其中控释尿素配施腐植酸处理较其他处理的棉花地上部鲜、干物质量分别提高13.46 ~ 69.46% 和12.64% ~ 82.23%，差异显著。表明盐胁迫下控释尿素配施腐植酸的协同作用更有利于促进幼苗期棉花生长和生物量的累积。

盐胁迫下，植物根系耐受能力下降，养分吸收少，叶片叶绿素和类胡萝卜素含量下降，长期处于盐胁迫下，叶片会失绿，甚至死亡[15]。张江辉等[18]研究表明，在盐胁迫条件下，随着棉花生长，其叶片叶绿素总量、叶绿素a和叶绿素b含量均呈逐渐下降的趋势。施用氮肥可在一定程度上促进棉花叶片叶绿素合成，从而促进光合物质积累。本研究中，与对照相比，施用普通尿素和控释尿素均能提高光合色素含量，棉花叶片叶绿素a、b含量以及叶绿素a/b显著增加，而对类胡萝卜素含量的影响不显著。施用腐植酸可促进叶片叶绿素形成，显著提高叶片叶绿素含量，增加养分的合成[6]。Marosz[16]研究表明，在盐渍化土壤上施用腐植酸，尤其是经过酸活化处理的腐植酸能够降低土壤浸提液的电导率。本研究供试腐植酸通过过氧化氢活化，其结构特征与酸活化相似，其也降低了土壤盐分的累积量，从而促进作物幼苗的生长，在尿素与腐植酸配施的过程中表现一致，普通尿素和控释尿素配施腐植酸处理的叶绿素a含量分别提高5.37% 和11.84%。

3.2 盐胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花抗氧化系统的影响

研究表明，盐胁迫下，植株叶片、根系CAT活性升高，而POD、SOD活性降低[19]。刘连涛等[20]研究指出，施用氮肥可提高植株体内的抗氧化酶活性，其中控释尿素较普通尿素能显著提高叶片抗氧化酶活性。本研究中，盐胁迫下，施用控释尿素处理的棉花叶片和根系SOD活性较普通尿素处理提高3.32% ~ 9.72%，POD活性提高4.76% ~ 26.93%，CAT活性提高9.94% ~ 32.12%，其中控释尿素处理的棉花叶片和根系CAT活性显著高于普通尿素处理。腐植酸会通过刺激植物各器官中蛋白质和酶的合成，提高植物体内SOD、CAT、SOD的活性[15]。本研究中，普通尿素和控释尿素配施腐植酸处理的棉花叶片和根系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%，其中控释尿素配施腐植酸处理的SOD、POD以及CAT活性显著高于未施用腐植酸处理。

4 结论

滨海盐化潮土的棉花盆栽试验结果显示，施用控释尿素和增施腐植酸均促进盐胁迫下棉花幼苗的生长。5个处理中，以控释尿素配施腐植酸效果最为明显，其显著提高了棉花幼苗的生物量，较其他处理地上部鲜、干物质量分别提高13.46% ~ 69.46% 和12.64% ~ 82.23%。控释尿素配施腐植酸提高了棉花幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b含量，提高了盐胁迫下棉花植株抗氧化酶活性，降低了植物体内过氧化物质的累积量，从而提高了棉花耐盐能力。

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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, 苏秀荣, 范仲卿, 等. 盐分胁迫下控释尿素配施腐植酸对棉花幼苗生长和抗氧化系统的影响. 土壤, 2021, 53(1): 112–117.

国家重点研发计划项目 (2017YFD0200706)资助。

(xrsu@sdau.edu.cn)

郭新送(1987—)，男，山东新泰人，硕士，工程师，主要从事土壤生态学方面研究。E-mail：guoxinsong1028@163.com