施用黄腐酸对不同盐渍化棉田滴灌棉花生理生长的影响

黄炳川，杨莹攀，龚珂宁，张 楠，王兴鹏

（1.塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆阿拉尔843300；2.塔里木大学现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔843300）

土壤盐渍化是全球性问题，全球盐渍土面积[1]约3.97 亿hm²。而我国盐渍土面积约为3 665.8 万hm²，占我国耕地面积的30.2%[2]。目前，世界上至少有20%的灌溉土地受到盐的影响，或在用含盐量较高的水灌溉[3]。大面积的农田灌溉计划因受到盐碱化问题的影响，降低或限制着农业生产实践的生产能力和可持续发展性。人口发展趋势和未来的预测表明，人类生活会需要更多的粮食和纤维，所以急需解决如何高效利用受盐影响的土地和水资源等的相关问题。因此，探究在盐渍化棉田施用黄腐酸以获得较好的棉花产量，对南疆地区盐渍化土壤改良具有重要的现实意义。

黄腐酸是腐殖酸类中分子量较低的一种水溶性有机物，是一种天然的高分子有机酸，也是有机肥中的活性成分[4]。它属于芳香族羟基羧酸类物质[5]，含有羧基、酚羟基和醌基等多种活性基团，具有较强的络合、螯合和表面吸附能力[6]。黄腐酸不仅能够改良土壤，促进作物侧根生长，还能引起与非生物胁迫耐性有关的植物初级和次生代谢的变化，共同调节植物的生长[7,8]。也可以通过调控逆境胁迫下植物的新陈代谢，增强作物抗逆性能和改善作物品质[9,10]，在农业生产中表现出高效率、实用性强的特点。还可以清除或降低环境中多种有害物质的胁迫，有利于保护环境，是一种具有可持续性发展特点的新型生物技术。近年来，施加黄腐酸在农作物上如玉米[11,12]、小麦[13,14]和番茄[15]等的研究中已有报道，应用在盐渍土改良上的研究同样较多[16,17]。施用土壤改良剂不仅能有效改善盐渍土的土壤理化性质，还能增加作物出苗率和产量。针对南疆盐渍化土壤脱盐、增肥和提升地力上，多种改良措施如物理、化学、工程、生物及其综合调控手段已被广泛应用并用于验证[18,19]。无膜滴灌棉花失去了地膜在保墒方面的作用，使得土壤水分消耗增大，水分消耗的同时，盐分随水分蒸发在土壤内产生聚积现象，对棉花生长产生负面作用。因此，需要施用黄腐酸以改善南疆盐渍化棉田和满足无膜滴灌棉花的生长发育。

本研究以无膜棉花品种“中棉619”为研究对象，针对南疆盐渍土棉田，开展了施加黄腐酸对土壤盐分分布、无膜滴灌棉花生理生长及产量品质的影响试验，旨在为黄腐酸在南疆盐渍土土壤改良及提高南疆无膜滴灌棉花产量上的应用提供技术支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年4-10月在新疆生产建设兵团第一师阿拉尔市水利局十团节水灌溉试验站(81°17′56.52″ E，40°32′36.90″N，海拔1 014 m)内进行。试验区属于暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，常年干旱少雨，多年平均降水量不足50 mm，年蒸发量在2 100 mm 左右，相对湿度47%～60%。全年≥10 ℃积温约为4 000 ℃，全年无霜期220 d 左右，地下水埋深在3 m 左右。试验站土壤质地以沙壤土为主，透气性较好，土壤基本物理性质见表1[20]。

表1 土壤物理性质Tab.1 Soil physical properties

1.2 试验设计

供试棉种为“中棉619”，2020年4月25日播种，2020年10月25日收获。通过ET0-P（降雨量）控制灌溉，依据前人研究成果，当累计值达到45 mm 时进行灌溉，ET0计算公式[21]如下：

式中：ET0为参考作物蒸发蒸腾量，mm/d；Rn为净辐射量，MJ/（m2·d）；G为土壤热通量，MJ/（m2·d）；γ为湿度计常数，kPa/℃；T为日均气温，℃；μ2为距地面2 m高处风速，m/s；es为饱和水汽压，kPa；ea为实际水汽压，kPa；△为温度-饱和水汽压关系曲线T处的切线斜率，kPa/℃。

气象数据由试验站HOBO 自动气象监测站实时获取，试验周期内田间气象数据如图1所示。

图1 2020年气棉花生育期内气象数据Fig.1 Meteorological data during the growth period of cotton in 2020

试验设定的黄腐酸浓度为15 kg/hm2[22]，在棉花生育期内随水滴施共10 次，田间管理措施如施肥、打药等均与当地农田管理方式保持一致。采用测坑小区试验，规格为2 m×3.3 m×3 m（深）的有底测坑，共设置3 个盐分梯度，土壤电导率分别为1 000、2 000 和3 000 μS/cm，分别作滴施黄腐酸和不滴施共6个处理，每个处理3次重复，共计18个试验小区。棉花行距配置为10 cm+66 cm+10 cm，株距10 cm[23]。试验处理见表2。

表2 试验处理Tab.2 Experimental treatment

1.3 测定项目与方法

（1）棉花株高、茎粗测定。自棉花苗期开始，每处理3个重复小区内各随机标记3 株长势均匀的棉花样株，共9 株，从棉花顶部生长点到第一片子叶处，每隔10 d 用钢尺（1 mm）测量一次棉花株高；每隔10 d 用电子游标卡尺（0.01 mm）测定一次棉花茎粗。

（2）棉花光合特性测定。分别在棉花苗期、蕾期、花铃前期、花铃后期对棉花光合特性进行测定，选择生长健康、长势一致、无病斑、光照均一的同一叶位（棉花倒四叶），使用美国Li-6400XT光合仪进行测定。主要测定指标包括叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）。

（3）棉花干物质测定。分别在2020年6月15日（盛苗期）、7月15日（盛蕾期）、8月10日（盛铃期）取样。每个小区随机选取6株，分茎、叶和蕾铃放入105 ℃烘箱，先杀青30 min，再以75 ℃烘干至恒量后用电子秤（0.01 g）称各部分干物质量。

（4）土壤电导率（EC）测定。于每个生育期采用土钻法取样，取土深度分别为10、20、30、40、60 cm，取样点位于滴灌带下，每个处理重复3次。将土样烘干磨碎后过5 mm 筛，按照5∶1 的水土比例配成悬浊液，震荡搅拌均匀，静置过滤2 h后用电导率仪测定电导率（EC）值。

（5）棉花产量及纤维品质测定。在棉花成熟期，对每个测坑棉花实收测产，同时测定棉花成铃数及单铃重等指标。每个处理取样15～20 g 皮棉，依据《棉花质量检验》中所述方法，委托农业农村部棉花品质监督检验测试中心对棉花纤维品质进行测定。

（6）灌溉水利用效率测定。棉花的灌溉水利用效率（IWUE）计算公式如下：

式中：Y为棉花总产量，t/hm2；D为生育期灌水量，m3/hm2。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2019 对数据进行处理，DPS 进行统计分析，采用LSD 法进行方差分析和差异性检验（α=0.05），图表中不同的小写字母表示在0.05水平差异显著，用Origin 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 施用黄腐酸对土壤盐分分布的影响

施用黄腐酸后，棉花各生育期的土壤盐分变化值如图2所示，各处理在0～60 cm 土层内，EC值随土层深度的增加呈增大趋势，变化规律较为一致。随着棉花生育期的推进和黄腐酸滴施次数的增加，滴施黄腐酸处理的EC值较对照处理均有明显降低；黄腐酸对EC值的影响效果主要在棉花的苗期和蕾期在浅层0～30 cm 土壤表现较为明显，随棉花生育期的推进，黄腐酸对EC值的影响效果逐渐向30 cm土层以下转移。

图2 棉花不同生育期土壤电导率变化Fig.2 Changes of soil electrical conductivity in different growth stages of cotton

用脱盐率作为评价黄腐酸和灌溉协同作用下土壤的脱盐效果，土壤脱盐率如表3所示，0～60 cm 土壤平均脱盐率由大至小依次为T1、T2、T3、CK1、CK2、CK3。0～30 cm 土层所有处理土壤脱盐率均为正值，表现为明显的脱盐过程；30～40 cm 土层CK1、CK2、CK3 处理和50～60 cm 土层所有处理土壤脱盐率为负值，则表现为积盐过程；其中，30～40 cm 土层只有施加黄腐酸处理表现为脱盐，说明黄腐酸在土层30～40 cm附近仍具有一定的作用效果。

表3 各不同处理0～60cm土层土壤脱盐率Tab.3 Soil desalination rate in different soil layers of each treatment

T1 处理表现最好，土壤平均脱盐率高达42.08%，T1、T2、T3处理较对照CK1、CK2、CK3处理的平均脱盐率分别增加了26.8、19.25 和11.63 个百分点。脱盐率和土层深度成反比，0～10 cm 土层各处理脱盐率平均值高达56.57%，且0～20 cm 土壤脱盐率最大，随着土壤深度的增加，土壤脱盐率逐渐降低。

2.2 施用黄腐酸对棉花生长的影响

施用黄腐酸下棉花茎粗和株高的变化如图3所示，随着生育期的推进，棉花茎粗和株高呈先增加后趋于平缓的趋势，而随着土壤盐分的增加呈减小的趋势，CK1 处理棉花茎粗较CK2 和CK3 分别增加了13.33%和20.78%，株高分别增加了11.88%和24.23%。施加黄腐酸后，T1 处理棉花茎粗较T2 和T3 分别增加了16.82%和38.78%，株高分别增加了13.40%和24.28%；而T1、T2、T3 处理较对照CK1、CK2、CK3 处理的棉花茎粗分别增加了12.1%、14.8%和11.9%，株高分别增加了8.8%、4.5%和11.9%。滴施黄腐酸后，不同处理的棉花茎粗和株高较对照均有较为明显的生长加快。总体而言，施用黄腐酸在促进棉花生长方面主要体现在播后90 d 之前，而在打顶后（100 d），黄腐酸调节棉花生长的作用相对减弱。

图3 棉花不同时期茎粗及株高Fig.3 Stem diameter and plant height of cotton at different stages

由图4可知，棉花干物质积累量随着生育期的推进呈增加趋势，苗期和蕾期棉花处于快速生长期，棉花茎叶生物量占比较高。在棉花苗期，滴施黄腐酸对于干物质积累影响不明显；花铃期，棉花以生殖生长为主，蕾铃占比较高，随着土壤盐分的增加棉花干物质积累量呈显著减小趋势。以花铃期为例，CK1 较CK2 和CK3 分别增加了19.42%和36.27%，施加黄腐酸后，T1、T2、T3 处理棉花干物质积累量较CK1、CK2、CK3干物质量分别增加了1.21%、10.34%和3.91%。

图4 棉花不同时期地上部干物质积累量Fig.4 Aboveground dry matter accumulation of cotton at different stages

2.3 施用黄腐酸对棉花光合特性的影响

施用黄腐酸对棉花各个生育期叶片光合特性的影响如图5所示。从棉花整个生育期来看，棉花的Pn、Gs、Tr 等值随棉花生育期的推进呈先升高后下降趋势。在棉花生长的各个时期，CK1、CK2、CK3 随土壤盐分升高棉花的各项光合指标呈减小趋势，相较于对照处理，施加黄腐酸处理均能不同程度提高棉花的各项光合指标。

图5 棉花不同生育期光合指标Fig.5 Photosynthetic index of cotton at different growth stages

在棉花蕾期和花铃前期，与对照相比，施加黄腐酸处理能够显著提高棉花的Pn 值。蕾期Pn，T1、T2、T3 较CK1、CK2、CK3 分别提高10.84%、9.59%、和14.94%；花铃前期时Pn， T1、T2、T3 较CK1、CK2、CK3 分别提高5.06%、12.28%、和9.71%。由图5（b）和图5（d）可知，施用黄腐酸后，棉花不同生育期Gs、Tr 值的变化趋势较为一致，T1、T2、T3 处理的Gs、Tr 值均好于CK 处理，且差异性显著。水分是影响光合作用的主要因素之一，受到盐胁迫时，植株叶片含水量会下降，遭受水分胁迫，影响叶片的气孔导度、蒸腾作用和净光合速率。添加黄腐酸能够在一定程度上缓解盐胁迫下棉花的生理干旱程度，对提高棉花光合特性具有一定的促进作用。

由图5（c）可知，施用黄腐酸对棉花蕾期Ci 值的影响较大，而在其他生育期，施用黄腐酸的影响效果不显著。黄腐酸对于棉花生育期各项光合指标的促进作用在苗期和花铃后期差异不显著，在蕾期和花铃前期差异显著。

2.4 黄腐酸对不同处理棉花产量的影响

不同处理的棉花籽棉产量及灌溉水利用效率（IWUE）均好于对照处理，且差异性显著。T1、T2、T3 处理的棉花籽棉产量较CK1、CK2、CK3 分别提高2.68%、2.94%和5.32%，T1、T2、T3处理的IWUE较CK1、CK2、CK3分别提高2.96%、3.13%和5.04%，说明施加黄腐酸在提高棉花产量和IWUE方面具有促进作用，见表4。

表4 黄腐酸对不同盐分处理棉花产量的影响Tab.4 Effect of fulvic acid on cotton yield under different salt treatments

2.5 黄腐酸对不同处理棉花品质的影响

由表5 可知，施用黄腐酸后，不同处理的棉花纤维上半部平均长度、伸长率差异并不显著。而不同处理的棉花整齐度指数、马克隆值、断裂比强度均优于CK 处理，且差异性显著，说明施加黄腐酸在一定程度上能够提升棉花品质。

表5 黄腐酸对不同盐分处理棉花品质的影响Tab.5 Effect of fulvic acid on cotton quality under different salt treatments

3 讨论

施加黄腐酸施会直接影响到土壤内的水盐分布、土壤结构、土壤蒸发等特征[24]。同时，改良剂中含有的微量和营养元素也可以促进棉花的生长和发育[25]，并对棉花产量和经济效益产生影响[26]。棉花生育期，EC 随着土壤深度的增加呈逐渐升高趋势，主要是灌溉促使土壤盐分随水分逐渐下渗而发生迁移，导致盐分向深层积累[27]。与对照相比，随着滴施黄腐酸次数的增加，不同处理的土壤盐分在0～30 cm 均有明显的降低，这与杨宇[28]、Clothier[29]、王斌[30]等的研究较为一致，说明黄腐酸对浅层土壤盐分具有一定的改良效果，在棉花苗期施用黄腐酸对于棉花生长较为有利。黄腐酸在土壤中的施加量越大，作用时间越长，土壤水稳性团粒结构的含量越大，土壤盐分含量的降幅也会增大。因此，应适当增加黄腐酸的施用量，而对应的施用量阈值还需要开展进一步的试验研究确定。

本研究发现，黄腐酸对不同盐分处理下棉花株高、茎粗和干物质积累均有促进作用。这是因为施加黄腐酸对土壤盐分有良性的调节效果，减轻了棉花根系吸收土壤中水分时盐分胁迫的影响，提高其在盐胁迫下的水分养分的吸收，提升了棉花叶片净光合速率，进而提高其光合能力，增加了棉花光合作用产物[31]，促进了棉花各器官的生长和分化[32]，从而使茎粗、株高和干物质积累得到显著提高[33]。这与宋美珍[34]、房英[35]、白萍[36]、姬亚琴[37]等的研究较为一致。

从产量结果来看，施用黄腐酸能够提高棉花IWUE和棉花产量等，各处理的WUE和棉花产量均高于CK处理；从品质结果来看，施用黄腐酸对于棉花纤维长度、断裂比强度也有一定的正效应，提升了纤维品质，这与陈根云[38]、王树林[39]的研究结果一致。

4 结论

施用适量的黄腐酸可以有效调节南疆盐渍土土壤中的盐分，尤其对0～30 cm 土壤的盐害缓解有较为明显的效果，有效缓解了土壤盐分对无膜棉花生长发育的抑制作用，同时提高了棉花叶片的净光合速率，促进了无膜棉花地上部干物质的累积，有利于提高棉花的产量。