减氮配施生物刺激素对棉花产量及氮肥吸收利用的影响

王金刚，姜艳，田甜，朱永琪，杨振康，周天航，张文旭，佟炫梦，孙嘉祺，王海江

（石河子大学农学院，新疆 石河子832000）

农业部印发《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，明确要求围绕“提质增效转方式”的工作主线，大力推进化肥减量提效、资源节约、环境友好的现代农业发展之路[1]。氮素是作物生长过程中最主要的营养元素之一，对作物的生长发育起着关键作用。棉花作为我国主要的经济作物，氮肥施用量居农作物前列[2]。近些年来，氮肥的不合理施用导致氮肥利用率降低，加重棉花病虫害，并影响产量和品质[3]。据报道，我国氮肥当季利用率仅为30%～35%，远低于世界发达国家水平[4]，农田氮肥损失率则高达30%～50%。过量的氮肥会导致耕层土壤板结和退化，土壤累积的氮肥还会通过挥发、径流、淋洗对环境造成严重的污染[5]。因此，在保证作物产量和品质的前提下减少氮肥施用量，提高氮肥利用率，减少环境污染成为当前研究的难点[6]。

生物刺激素是一类可以提高作物抗逆性、改善作物品质的有机化合物、无机化合物或微生物，它的出现为肥料的高效利用提供了新的思路。生物刺激素施用于植物叶片或根际时，能调节植物体内的生理过程，有益于营养吸收[7]、抵抗非生物胁迫[8]、激活植物信号的传递途径[9]、抑制土壤中病原菌的生长以及修复土壤重金属污染等[10]。目前公认的植物生物刺激素主要有五类：腐殖酸、海藻提取物、蛋白水解物与氨基酸、壳聚糖及其衍生物和微生物菌剂[11]。应用较为普遍的黄腐酸是腐殖酸中的小分子有机酸，含有羟基、醌基等多种官能团，具有亲水性、螯合络合、氧化还原和吸附性，可以提高作物产量，促进作物对氮肥的吸收[12]。壳聚糖及其衍生物能促进拟南芥、甜椒、草莓和大豆等植物的生长，有研究发现施用壳聚糖会有利于拟南芥、甜椒吸收利用土壤中的氮、磷和钾，这表明壳聚糖的添加可能改变植物对营养元素的吸收和分配[13]。海藻提取物通过改善植物的根际环境，增强植物根部硝酸还原酶的积累，促进对矿物营养成分的吸收能力，提高叶绿素含量和光合作用效率[14]，增加作物产量[15]。有研究认为生物刺激素具有保肥、增产和提高作物品质等功效，在小麦-玉米轮作体系中，腐殖酸和壳聚糖处理的氮肥回收效率、农艺利用效率和偏生产力均有不同程度的提高[16]。也有研究发现单施不同类型生物刺激素后，棉花结铃质量及棉絮韧性均显著降低，不利于棉花产量和品质的提高[17]。综上所述，单施生物刺激素在农业中已得到普遍认可，但减氮配施生物刺激素对作物地上-地下部生长的作用及氮肥利用效率方面的研究较少。基于此，本文连续两季选取3种生物刺激素，探究不同减氮水平下配施生物刺激素对棉花生长发育、产量及氮肥吸收利用的影响，分析不同类型生物刺激素的增产机制，以期为棉花高产优质种植、减施氮肥及生物刺激素的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用的棉花品种为当地主栽品种新陆早75号，该品种株型紧凑且叶色偏深，对氮敏感度较高。供试土壤为灰漠土，取自石河子大学农学试验站（45°19′N，86°3′E），土壤基本性质见表1。

表1 试验土壤基本性质Table 1 Basic properties of the experimental soil

1.2 试验方案

于2018年9—12月和2019年3—7月进行两年重复试验，均采用盆栽，在人工气候室进行。依据棉花生长发育所需的最适温、光特性，设定光照处理16 h，光照强度15 000 lx，温度（30±2）℃；暗处理8 h，温度（23±2）℃。取风干土壤过2 mm筛，装入塑料盆中，盆口直径20 cm，盘底直径15 cm，高20 cm，每盆装土5.5 kg。每盆播种4粒饱满均匀的种子，待长出2片真叶时选取2株长势均匀的壮苗用于后续的培养。

试验设4个施氮量，分别为：不施氮（N0）、当地大田施氮量（360 kg·hm－2，N1）、减氮20%（288 kg·hm－2，N0.8）和减氮40%（216 kg·hm－2，N0.6）；分别配施生物刺激素黄腐酸、壳聚糖、海藻酸（购自麦克林公司），用量分别为0.12 g·kg－1（含N 4%）、0.1 g·kg－1（含N 4.8%）、0.24 g·kg－1（含N 2.0%），确保不同生物刺激素处理施入土壤中的氮肥总量一致。加上不施生物刺激素的对照处理[18-20]，试验共设有16个处理（表2），每个处理15盆。

施肥方法：常规磷钾肥处理采用当地推荐水平[21]，即重过磷酸钙（P2O546%）105 kg·hm－2，硫酸钾（K2O 50%）75 kg·hm－2。磷钾肥装盆前全部拌土基施，氮肥（N 46%）40%基施，60%随水追施，各刺激素浓度统一调为0.55 g·L－1，其中壳聚糖全生育期共喷施1 L，黄腐酸1.2 L，海藻酸2.4 L，分别在棉花出苗期、苗期、现蕾期、初花期、盛花期、盛铃期叶面喷施10%、10%、20%、30%、20%和10%。棉花培养期间共灌水6次，均为滴施，使其田间持水量保持在70%～80%。

1.3 测定项目及方法

1.3.1棉花生长指标的测定。试验期间每个处理于棉花现蕾期、初花期和盛铃期随机取5株代表性棉株，分别测定株高、茎、叶、铃和根的干物质积累量及从上往下四片主茎叶的叶绿素含量[22]，并用考马斯亮蓝法测定棉花各器官可溶性蛋白含量[23]。

1.3.2棉花根系表征形态的测定。为防止根系被破坏，将盆子剪碎，带土的根系放到筛网内（孔径为80目），下面套放孔径较小的筛网（孔径为200目），用自来水慢慢冲洗土壤，直至冲洗干净为止，然后将筛网放在水面上，用镊子挑出根系。用Epson Scan-GT20000根系扫描仪扫描并保存图片，通过W inRHizo-LA2400软件分析得到根系的长度、表面积、根体积等指标[24]。

1.3.3棉花产量及构成因子的测定。各处理于棉花收获期，随机选取6株代表性棉株，风干测定产量及相关构成要素。

表2 减氮配施刺激素试验设计Table 2 Experimental design of nitrogen reduction combined with stimulating hormone

1.3.4棉花氮含量及氮肥利用效率。每个处理于初花期、收获期随机取5株代表性棉株，将地上部分成茎、叶、铃三部分，置于烘箱内105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，称量生物量，粉碎待用。棉株全氮含量用K9840-自动凯氏定氮仪测定[25]，按文献[26]计算如下参数。

氮肥吸收量（kg·hm－2）＝植株含氮量（%）×单株干物质质量；

氮肥偏生产力（kg·kg－1）＝施肥区棉花产量/施氮量；

氮肥农学效率（kg·kg－1）＝（施肥区棉花产量－对照区棉花产量）/施氮量；

氮肥表观利用率（%）＝（施氮区棉花地上部吸氮量－对照区棉花地上部吸氮量）/施氮量×100.

1.4 数据分析方法

用IBM SPSS Statistics 21、M icrosoft Excel 2018、Origin 2018和W inRHIZO-LA2400根系分析软件对数据进行分析处理，并用LSD法在0.05显著水平进行样本平均数的差异显著性比较。

2 结果分析

2.1 减氮配施生物刺激素对棉花生长的影响

2.1.1棉花株高。由图1可见，随着生育进程的推进，棉花株高显著增加。不施加刺激素S0的处理中，随施氮量的增加棉花株高呈现升高趋势；同一施氮水平下，增施生物刺激素能够显著增加棉花株高，减氮配施生物刺激素也显著增加棉花株高。蕾期和初花期棉花株高的增长速度较快，初花期至盛铃期棉花的增长速度放缓。不同种类刺激素对株高的影响幅度为壳聚糖（C）＞黄腐酸（F）＞海藻酸（A）。不同施氮水平下，不同刺激素对棉花株高的增加幅度差异显著：刺激素F在N0.8水平下对株高影响最大，为74.97 cm，较N0.8S0增加36.31%（P＜0.05）；刺激素C在N0.6水平下对株高影响最大，为79 cm，较N0.6S0增加61.22%（P＜0.05）；刺激素A在N0.8水平下对株高影响最大，为66 cm，较N0.8S0增加24.53%（P＜0.05）。综上，刺激素F和A在减氮20%水平下配施，刺激素C在减氮40%水平下配施对株高影响最大。

图1 减氮配施生物刺激素对棉花株高的影响Fig.1 The effect of nitrogen reduction combined with biostimulant on cotton plant height

2.1.2 干物质积累量

由图2可知，施氮量、单施生物刺激素以及减氮配施生物刺激素对棉花地上部各器官的干物质积累量均影响显著，初花期叶片干物质积累占比较大，盛铃期棉花干物质量向铃转移。总体上，地上部各器官干物质积累量随施氮量的增加呈现先升高后降低的趋势。不同类型刺激素均显著提高棉花地上部各器官干物质积累量，其中刺激素C效果最好，其次是F，再次为A。减氮配施生物刺激素均能显著增加棉花地上部各器官干物质积累量。生物刺激素F和A处理下，棉花地上部各器官干物质积累量在不同施氮水平间表现为N0.8＞N1＞N0.6＞N0，而C处理下表现为N0.6＞N0.8＞N1＞N0，与株高变化趋势一致。生物刺激素C对棉花地上部各器官干物质积累量有明显的促进作用，初花期N0.6C处理的单株茎、叶和铃质量分别为7.46、21.70、13.85 g，较N0.6S0分别增加120.23%、211.99%、71.41%；盛铃期N0.6C处理的单株茎、叶和铃质量分别为23.46、25.12、30.33g，较N0.6S0分别增加119.87%、153.89%、94.80%。

不同施肥处理棉花各器官在整株的干物质积累分配比例表明：初花期叶＞铃＞茎，分别占地上部干物质积累量的52.51%～61.73%、26.35%～32.41%、9.52%～17.12%；盛铃期铃＞叶＞茎，分别占地上部干物质积累量的33.11%～39.34%、24.33%～27.22%、14.51%～23.84%。减氮配施生物刺激素有利于棉花地上部各器官的干物质积累，初花期显著提高叶片干物质积累量，盛铃期显著提高铃干物质积累量，从而有助于提高棉花的产量。

图2 减氮配施生物刺激素对棉花干物质积累量的影响Fig.2 The effect of nitrogen reduction combined with biostimulant on cotton dry matter accumulation

2.1.3叶绿素含量。由表3可知，棉花初花期各处理叶片叶绿素含量高于盛铃期。施氮量、不同生物刺激素以及减氮与生物刺激素配施对棉花初花期和盛铃期叶片的叶绿素含量影响显著。增施氮肥能够显著增加叶片的叶绿素含量，但随着施氮量的增加叶绿素含量呈现下降的趋势，N0.8S0处理下棉花初花期叶片的叶绿素含量最大，平均值为2.30 mg·g－1，较N0S0升高15.58%。减氮配施生物刺激素对棉花叶片叶绿素含量的积累有促进作用，各刺激素处理中效果最显著的分别是N0.8F、N0.6C、N0.8A，初花期叶片叶绿素平均含量分别为2.94、3.05、3.01 mg·g－1，较对照S0分别升高了23.53%、41.20%、26.47%。

施加氮肥对棉花各叶位叶绿素积累均有促进作用，且由上往下呈现升高趋势，即倒4＞倒3＞倒2＞倒1，初花期N0.8S0处理的倒1、倒2、倒3、倒4叶的叶绿素含量分别为1.95、2.35、2.49、2.71 mg·g－1，较N0S0分别增加11.43%、16.34%、20.29%、28.44%，倒4叶的叶绿素含量增幅最大。与单施氮肥、生物刺激素相比，减氮配施刺激素显著提高棉花不同叶位的叶绿素含量，其中初花期N0.8F处理的倒1、倒2、倒3、倒4叶的叶绿素含量分别为2.41、2.93、3.19、3.53 mg·g－1，较N0.8S0分别升高了23.59%、25.11%、28.11%、30.26%；N0.8C处理下倒1、倒2、倒3、倒4叶的叶绿素含量分别为2.76、3.30、3.50、3.93 mg·g－1，较N0.8S0分别增加41.53%、40.43%、40.56%、45.02%；N0.8A处理下倒1、倒2、倒3、倒4叶的叶绿色含量分别为2.45、2.96、3.17、3.47 mg·g－1，较N0.8S0分别增加25.64%、25.96%、27.31%、28.04%。说明施加刺激素有利于棉花不同叶位叶绿素的积累，其中3种刺激素效果表现为C＞A＞F。棉花倒4叶是转化和贮存光合产物的主要叶位。通过氮素和生物刺激素两因素方差分析可知，氮素、生物刺激素以及两者的交互作用对棉花不同叶位叶绿素含量的影响均达到极显著水平。

2.1.4可溶性蛋白含量。由表4可知，施氮量、单施生物刺激素以及减氮配施生物刺激素对棉花初花期和盛铃期各器官可溶性蛋白含量均影响显著。适量施用氮肥可显著提高棉花各器官可溶性蛋白含量，但过量投入使可溶性蛋白有降低趋势。与初花期相比，盛铃期叶片、茎和根中的可溶性蛋白含量有降低的趋势，但铃的可溶性蛋白含量显著增加。在盛铃期，N0.8S0处理下叶、茎、根、铃的可溶性蛋白含量分别为13.51、12.04、13.98、19.11 mg·g－1，较N0S0升高了23.15%、36.82%、35.33%、25.15%。与单施氮肥、生物刺激素相比，减氮配施生物刺激素对不同器官可溶性蛋白含量影响显著，效果最显著的处理分别是N0.8F、N0.6C、N0.8A。盛铃期N0.8F处理下叶片、茎、根和铃的 可 溶 性 蛋 白 含 量 为17.26、14.96、17.07、25.23 mg·g－1，较N0.8S0分别增加了27.76%、24.25%、22.01%、32.03%；N0.6C处理下叶片、茎、根和铃的可溶性蛋白含量为18.95、15.92、17.16、26.85 mg·g－1，较不添加刺激素（S0）分别增加了46.67%、37.12%、34.59%、41.39%；N0.8A处理下叶片、茎、根和铃的可溶性蛋白含量为16.90、14.95、16.31、26.14 mg·g－1，较N0.8S0分别增加了25.09%、24.17%、16.67%、36.79%。通过氮素和生物刺激素两因素方差分析可知，氮素、生物刺激素以及两者的交互作用对棉花不同器官可溶性蛋白含量的影响均达到极显著水平。

表3 棉花叶绿素含量Table 3 Chlorophyll content in cotton leaves/（mg·g-1）

表4 棉花不同器官可溶性蛋白含量Table 4 Soluble protein content in different organs of cotton/（mg·g-1）

2.1.5 根系形态

根系形态各指标随着施氮量的增加呈现先升高后降低的趋势（图3）。N0.8S0处理下根表面积、根长度、根体积、平均直径、根尖数和分支数分别为160.19 cm2、142.35 mm、0.05 cm3、0.19 mm、1 935、2 354，较对照N0S0分别增加26.37%、23.76%、33.41%、43.15%、18.57%、28.99%。减氮配施生物刺激素能够显著增加棉花根系的表面积、根长度、根体积、平均直径、根尖数和分支数，其中，效果最显著的是N0.8F、N0.6C和N0.8A。根表面积在N0.8F、N0.6C和N0.8A处理下分别为263.91、194.13、179.67 cm2，较不添加刺激素（S0）分别增加63.56%、27.50%、23.74%；根长度在N0.8F、N0.6C和N0.8A处理下分别为183.58、188.55、210.94 mm，较不添加刺激素分别增加28.96%、52.62%、48.19%；根体积在N0.8F、N0.6C和N0.8A处理下分别为0.21、0.12、0.06 cm3，较不添加刺激素（S0）分别增加305.74%、165.68%、101.91%；平均直径在N0.8F、N0.6C和N0.8A处理下分别为0.39、0.31、0.23 mm，较不添加刺激素 （S0）分别增加103.22%、93.17%、52.60%；根尖数在N0.8F、N0.6C和N0.8A处理下分别为4 073、3 456、3 015，较不添加刺激素（S0）分别增加100.16%、92.53%、55.81%；分支数在N0.8F、N0.6C和N0.8A处理下分别为4 842、3 789、2 835，较不添加刺激素（S0）分别增加105.69%、86.19%、29.93%。较其他两种刺激素，刺激素F对根表面积、根体积、平均直径、根尖数和分支数的改善效果最优，对根长度的改善效果差。

2.2 减施氮肥配施生物刺激素对棉花产量及构成因子的影响

由表5可知，单施氮肥、生物刺激素以及二者配施对棉花铃数、铃重及单株籽棉产量均有显著促进作用。与N0S0相比，适量施加氮肥可以使棉花铃数显著提高23.81%～26.19%，铃重显著提高9.27%～12.23%，单株籽棉产量显著提高13.42%～30.63%；常规施氮（N1）与减氮20%（N0.8）相比，棉花铃数、铃重和单株籽棉产量差异均不显著。较单施氮肥和生物刺激素，减氮配施生物刺激素显著提高棉花铃数、铃重和单株籽棉产量。N0.6C处理下棉花铃数、铃重和单株籽棉产量分别为7.85、6.79 g和46.47 g，较N0.6S0分别增加25.60%、19.33%和58.87%；N0.8F处理下棉花铃数、铃重和单株籽棉产量分别为7.08、6.17 g和42.18 g，较N0.8S0分别增加11.32%、8.82%和25.20%；N0.8A处理下棉花铃数、铃重和单株籽棉产量分别为6.72、6.08 g和39.11 g，较N0.8S0分别增加5.66%、7.23%和16.09%。

2.3 减施氮肥配施生物刺激素对棉花氮肥吸收利用的影响

图3 棉花根系形态变化Fig.3 Morphological changes of cotton root system

表5 减氮配施生物刺激素对棉花产量及构成因子的影响Table 5 Effects of nitrogen reduction combined with biostimulants on cotton yield and constituent factors

由表6可知，单施氮肥、生物刺激素以及二者配施均显著影响棉花氮肥的吸收利用。适量施用氮肥显著促进收获期氮肥吸收总量，其中N0.8S0较N0S0显著升高69.65%；常规施氮（N1）水平下棉花收获期氮肥吸收总量、氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥表观利用率较减氮20%（N0.8）呈现降低趋势。相同氮梯度下，棉花收获期氮肥吸收总量、氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥表观利用率表现为C＞F＞A，各处理间均差异显著。N0.6C处理下氮肥积累量较N0.6S0、N0.6A、N0.6F分别提高101.80%、44.92%和38.91%；氮肥偏生产力分别提高29.83%、8.94%和6.46%；氮肥农学效率分别提高116.29%、51.76%和34.19%；氮肥表观利用率分别提高88.62%、23.71%、19.63%。由此可见，与单施氮肥、生物刺激素相比，适量减施氮肥并配施生物刺激素可以明显提高棉花氮素利用率，其中减氮40%配施壳聚糖（N0.6C）处理的效果最好。N0.6C处理下收获期氮肥吸收总量、氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥表观利用率较N0.6S0分别增加191.71%、38.76%、116.45%和88.60%；N0.8F处理下收获期氮肥吸收总量、氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥表观利用率较N0.8S0分别增加67.76%、25.21%、74.62%和43.03%；N0.8A处理下收获期氮肥吸收总量、氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥表观利用率较N0.8S0分别增加60.31%、16.12%、53.35%和18.52%。

3 讨论

3.1 减氮配施生物刺激素对棉花生长的促进作用

壳聚糖及其衍生物作为生物刺激素，可增加植物对逆境胁迫的抗性，提高营养物质的吸收和植物光合作用的效率，进而提高作物的产量和品质[27-28]。张运红等[29]研究发现喷施壳聚糖可促进小麦旗叶的生长和增加植株干物质的积累，提高小麦的产量。本试验表明，减施氮肥40%配施壳聚糖（N0.6C）处理对增加棉花株高、干物质积累量、叶绿素和可溶性蛋白含量的效果最好，显著增加棉花铃重和铃数，提高棉花产量。段淑娟等[30]研究结果也表明，在小麦返青拔节期及灌浆期氮素营养不足时施用壳聚类叶面肥，能够有效改善小麦的植物学性状，增加千粒重、提高成穗率和穗粒数，增产效果明显。本文中减氮20%配施壳聚糖（N0.8C）较常规施肥处理的单株籽棉产量有所降低，但差异不显著。减氮40%配施壳聚糖（N0.6C）处理通过增加棉花铃重和铃数，其单株籽棉产量显著高于N0.8C、N1C处理，这或许是因为在低氮条件下配施壳聚糖能够不同程度增强作物在低氮环境中的抗性[7]，促进作物产量的形成[31]。刘艳丽等[32]研究发现，较尿素处理，壳聚糖-尿素处理下小麦氮肥回收利用率显著增加37%～91%，玉米的增加幅度为78%～93%，壳聚糖-尿素处理下小麦和玉米的氮肥农艺利用率和偏生产力均高于尿素处理。本研究发现氮肥减量配施壳聚糖显著提高棉花收获期氮肥吸收总量，氮肥配施生

物刺激素处理下的氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和氮肥表观利用率均显著高于单施氮肥和单施生物刺激素处理，减氮40%配施壳聚糖（N0.6C）通过促进根系对土壤氮肥的吸收，满足作物生育期需肥规律[33]，显著提高氮肥利用效率。黄腐酸主要通过加强植物根系的发育来促进植物的生长。Elena等[34]研究发现，黄腐酸可以提高小麦、水稻、玉米等作物的根系活力，促进侧根的伸长，进而提高农作物的产量和改善农作物的品质。本研究中氮肥减量20%配施黄腐酸对根系形态改善幅度最大，表现为抑制棉花根系主根长度，显著促进根系侧根的生长，增加根表面积、根体积、平均直径、根尖数和分支数。海藻酸通过增加植物根部硝酸还原酶和磷酸酶的积累，增强植物对矿质营养成分的吸收能力，提高叶绿素和可溶性蛋白的含量[35]，增强光合作用效率[36-37]。 本文中减施20%氮肥配施海藻酸（N0.6A），显著促进棉花生长，并增加产量。

表6 减氮配施生物刺激素对棉花产量及构成因子的影响Table 6 Effects of nitrogen reduction combined with biostimulants on cotton yield and constituent factors

综上所述，减氮配施生物刺激素有利于棉花的生长发育和产量形成，能促进盛铃期可溶性蛋白向生殖器官的富集转运，减少氮肥投入量，提高氮肥利用效率。本文研究仅仅局限于减氮与单一刺激素配施，今后将继续探究减氮与不同刺激素复配对棉花生长发育的影响。

3.2 生物刺激素增效机制的探讨

Osuji和Cuero[38]研究发现壳聚糖在作物的氮代谢中起重要的调控作用，可以提高作物叶片叶绿素的贮存。壳聚糖结构中富含C和N元素，被微生物分解后易于作物吸收利用。本试验发现壳聚糖在减氮40%（N0.6C）的条件下比减氮20%（N0.8C）对棉花的生长促进效果更为明显，这可能是在低氮环境下，壳聚糖可以诱导识别棉花细胞膜上的受体蛋白并且识别跨膜传递信号，引发离子通道响应，从而将一些信使分子（活性氧化物、水杨酸等）传递至细胞膜上的受体蛋白，激活低氮胁迫相关防卫基因的表达，增强植株的抗逆性[39]；在大田常规施氮水平下，壳聚糖的生物活性不会被激发[40]，Zhang等[41]在诱导拟南芥对烟草花叶病毒抗性的研究中发现，壳聚寡糖可以增强抗病基因PR1（Pathogenesis-related protein1）的表达；在低氮胁迫下，可以诱导植物中抗逆基因的表达，缓解胁迫对其造成的危害[42]。

本研究发现，黄腐酸处理下的棉花根系形态优于壳聚糖和海藻酸处理，虽然黄腐酸对棉花根系主根长度的促进效果并不明显，但可以显著促进根系侧根的生长，增加根表面积、根体积、平均直径、根尖数和分支数，这主要是由于黄腐酸与氮肥配施后能够提高氮肥的缓释性能。黄腐酸含有许多活性基团，可以通过阳离子交换、螯合和吸附等方式将部分氮素固定在土壤中[43]，大幅降低硝态氮的淋洗和损失[44]，有效促进棉花对氮肥的吸收，显著提高棉花产量和氮肥利用率[45]。Canellas等[46]研究也表明，与植物对照相比，从蚯蚓中提取出来的腐殖酸、黄腐酸等物质能够增加侧根的数量改善其发育，并提高根系中可溶性蛋白含量。此外，黄腐酸对作物根系的刺激也可能是通过调控根系质膜形成质子泵，诱导打开Ca2＋通道，分解ATP，向外排出H＋，质膜内外形成电势差，从而促进根系的生长及对营养物质的吸收[47]。

与不施加刺激素相比，施用海藻酸在一定程度上能促进棉花的生长发育和产量形成。这主要是因为海藻酸富含大量的聚阴离子化合物，能和土壤中的阳离子化合物结合，改善根系的生长环境[36]，间接促进作物根系对营养物质的吸收[48]，而黄腐酸和壳聚糖可直接作用于作物，通过调控根系对养分的吸收，促进作物生长。海藻酸是否会提供作物生长所需的养分，直接参与调控，还需进一步探究。

综上所述，生物刺激素在农业领域的功能研究已取得一些成果，减氮配施生物刺激素能促进棉花的生长发育。不同类型生物刺激素的活性基团、作用机理及施用效果存在明显差异，不同生物刺激素的增效机制有待进一步研究。

4 结论

适量减氮配施壳聚糖、黄腐酸和海藻酸均能显著促进棉花的生长发育和氮素利用效率，且能达到减氮增效的作用。减氮20%配施黄腐酸（N0.8F）对棉花根系形态影响最大，主要表现为抑制棉花根系主根长度，显著促进根系侧根生长，增加根表面积、根体积、平均直径、根尖数和分支数。减氮40%配施壳聚糖（N0.6C）明显提高棉花株高、叶绿素含量，特别是在初花期至盛铃期，能促进干物质和可溶性蛋白向铃大量转运，显著增加铃重和铃数，进而提高籽棉产量和氮素利用率；减氮20%配施海藻酸（N0.8A）显著增加棉花铃重、铃数，提高籽棉产量和氮肥利用效率。