減氮配施生物刺激素對棉花產量及氮肥吸收利用的影響

王金剛，姜艷，田甜，朱永琪，楊振康，周天航，張文旭，佟炫夢，孫嘉祺，王海江

（石河子大學農學院，新疆 石河子832000）

農業部印發《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，明確要求圍繞“提質增效轉方式”的工作主線，大力推進化肥減量提效、資源節約、環境友好的現代農業發展之路[1]。氮素是作物生長過程中最主要的營養元素之一，對作物的生長發育起著關鍵作用。棉花作為我國主要的經濟作物，氮肥施用量居農作物前列[2]。近些年來，氮肥的不合理施用導致氮肥利用率降低，加重棉花病蟲害，并影響產量和品質[3]。據報道，我國氮肥當季利用率僅為30%～35%，遠低于世界發達國家水平[4]，農田氮肥損失率則高達30%～50%。過量的氮肥會導致耕層土壤板結和退化，土壤累積的氮肥還會通過揮發、徑流、淋洗對環境造成嚴重的污染[5]。因此，在保證作物產量和品質的前提下減少氮肥施用量，提高氮肥利用率，減少環境污染成為當前研究的難點[6]。

生物刺激素是一類可以提高作物抗逆性、改善作物品質的有機化合物、無機化合物或微生物，它的出現為肥料的高效利用提供了新的思路。生物刺激素施用于植物葉片或根際時，能調節植物體內的生理過程，有益于營養吸收[7]、抵抗非生物脅迫[8]、激活植物信號的傳遞途徑[9]、抑制土壤中病原菌的生長以及修復土壤重金屬污染等[10]。目前公認的植物生物刺激素主要有五類：腐殖酸、海藻提取物、蛋白水解物與氨基酸、殼聚糖及其衍生物和微生物菌劑[11]。應用較為普遍的黃腐酸是腐殖酸中的小分子有機酸，含有羥基、醌基等多種官能團，具有親水性、螯合絡合、氧化還原和吸附性，可以提高作物產量，促進作物對氮肥的吸收[12]。殼聚糖及其衍生物能促進擬南芥、甜椒、草莓和大豆等植物的生長，有研究發現施用殼聚糖會有利于擬南芥、甜椒吸收利用土壤中的氮、磷和鉀，這表明殼聚糖的添加可能改變植物對營養元素的吸收和分配[13]。海藻提取物通過改善植物的根際環境，增強植物根部硝酸還原酶的積累，促進對礦物營養成分的吸收能力，提高葉綠素含量和光合作用效率[14]，增加作物產量[15]。有研究認為生物刺激素具有保肥、增產和提高作物品質等功效，在小麥-玉米輪作體系中，腐殖酸和殼聚糖處理的氮肥回收效率、農藝利用效率和偏生產力均有不同程度的提高[16]。也有研究發現單施不同類型生物刺激素后，棉花結鈴質量及棉絮韌性均顯著降低，不利于棉花產量和品質的提高[17]。綜上所述，單施生物刺激素在農業中已得到普遍認可，但減氮配施生物刺激素對作物地上-地下部生長的作用及氮肥利用效率方面的研究較少?；诖?，本文連續兩季選取3種生物刺激素，探究不同減氮水平下配施生物刺激素對棉花生長發育、產量及氮肥吸收利用的影響，分析不同類型生物刺激素的增產機制，以期為棉花高產優質種植、減施氮肥及生物刺激素的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用的棉花品種為當地主栽品種新陸早75號，該品種株型緊湊且葉色偏深，對氮敏感度較高。供試土壤為灰漠土，取自石河子大學農學試驗站（45°19′N，86°3′E），土壤基本性質見表1。

表1 試驗土壤基本性質Table 1 Basic properties of the experimental soil

1.2 試驗方案

于2018年9—12月和2019年3—7月進行兩年重復試驗，均采用盆栽，在人工氣候室進行。依據棉花生長發育所需的最適溫、光特性，設定光照處理16 h，光照強度15 000 lx，溫度（30±2）℃；暗處理8 h，溫度（23±2）℃。取風干土壤過2 mm篩，裝入塑料盆中，盆口直徑20 cm，盤底直徑15 cm，高20 cm，每盆裝土5.5 kg。每盆播種4粒飽滿均勻的種子，待長出2片真葉時選取2株長勢均勻的壯苗用于后續的培養。

試驗設4個施氮量，分別為：不施氮（N0）、當地大田施氮量（360 kg·hm－2，N1）、減氮20%（288 kg·hm－2，N0.8）和減氮40%（216 kg·hm－2，N0.6）；分別配施生物刺激素黃腐酸、殼聚糖、海藻酸（購自麥克林公司），用量分別為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%），確保不同生物刺激素處理施入土壤中的氮肥總量一致。加上不施生物刺激素的對照處理[18-20]，試驗共設有16個處理（表2），每個處理15盆。

施肥方法：常規磷鉀肥處理采用當地推薦水平[21]，即重過磷酸鈣（P2O546%）105 kg·hm－2，硫酸鉀（K2O 50%）75 kg·hm－2。磷鉀肥裝盆前全部拌土基施，氮肥（N 46%）40%基施，60%隨水追施，各刺激素濃度統一調為0.55 g·L－1，其中殼聚糖全生育期共噴施1 L，黃腐酸1.2 L，海藻酸2.4 L，分別在棉花出苗期、苗期、現蕾期、初花期、盛花期、盛鈴期葉面噴施10%、10%、20%、30%、20%和10%。棉花培養期間共灌水6次，均為滴施，使其田間持水量保持在70%～80%。

1.3 測定項目及方法

1.3.1棉花生長指標的測定。試驗期間每個處理于棉花現蕾期、初花期和盛鈴期隨機取5株代表性棉株，分別測定株高、莖、葉、鈴和根的干物質積累量及從上往下四片主莖葉的葉綠素含量[22]，并用考馬斯亮藍法測定棉花各器官可溶性蛋白含量[23]。

1.3.2棉花根系表征形態的測定。為防止根系被破壞，將盆子剪碎，帶土的根系放到篩網內（孔徑為80目），下面套放孔徑較小的篩網（孔徑為200目），用自來水慢慢沖洗土壤，直至沖洗干凈為止，然后將篩網放在水面上，用鑷子挑出根系。用Epson Scan-GT20000根系掃描儀掃描并保存圖片，通過W inRHizo-LA2400軟件分析得到根系的長度、表面積、根體積等指標[24]。

1.3.3棉花產量及構成因子的測定。各處理于棉花收獲期，隨機選取6株代表性棉株，風干測定產量及相關構成要素。

表2 減氮配施刺激素試驗設計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。每個處理于初花期、收獲期隨機取5株代表性棉株，將地上部分成莖、葉、鈴三部分，置于烘箱內105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，稱量生物量，粉碎待用。棉株全氮含量用K9840-自動凱氏定氮儀測定[25]，按文獻[26]計算如下參數。

氮肥吸收量（kg·hm－2）＝植株含氮量（%）×單株干物質質量；

氮肥偏生產力（kg·kg－1）＝施肥區棉花產量/施氮量；

氮肥農學效率（kg·kg－1）＝（施肥區棉花產量－對照區棉花產量）/施氮量；

氮肥表觀利用率（%）＝（施氮區棉花地上部吸氮量－對照區棉花地上部吸氮量）/施氮量×100.

1.4 數據分析方法

用IBM SPSS Statistics 21、M icrosoft Excel 2018、Origin 2018和W inRHIZO-LA2400根系分析軟件對數據進行分析處理，并用LSD法在0.05顯著水平進行樣本平均數的差異顯著性比較。

2 結果分析

2.1 減氮配施生物刺激素對棉花生長的影響

2.1.1棉花株高。由圖1可見，隨著生育進程的推進，棉花株高顯著增加。不施加刺激素S0的處理中，隨施氮量的增加棉花株高呈現升高趨勢；同一施氮水平下，增施生物刺激素能夠顯著增加棉花株高，減氮配施生物刺激素也顯著增加棉花株高。蕾期和初花期棉花株高的增長速度較快，初花期至盛鈴期棉花的增長速度放緩。不同種類刺激素對株高的影響幅度為殼聚糖（C）＞黃腐酸（F）＞海藻酸（A）。不同施氮水平下，不同刺激素對棉花株高的增加幅度差異顯著：刺激素F在N0.8水平下對株高影響最大，為74.97 cm，較N0.8S0增加36.31%（P＜0.05）；刺激素C在N0.6水平下對株高影響最大，為79 cm，較N0.6S0增加61.22%（P＜0.05）；刺激素A在N0.8水平下對株高影響最大，為66 cm，較N0.8S0增加24.53%（P＜0.05）。綜上，刺激素F和A在減氮20%水平下配施，刺激素C在減氮40%水平下配施對株高影響最大。

圖1 減氮配施生物刺激素對棉花株高的影響Fig.1 The effect of nitrogen reduction combined with biostimulant on cotton plant height

2.1.2 干物質積累量

由圖2可知，施氮量、單施生物刺激素以及減氮配施生物刺激素對棉花地上部各器官的干物質積累量均影響顯著，初花期葉片干物質積累占比較大，盛鈴期棉花干物質量向鈴轉移。總體上，地上部各器官干物質積累量隨施氮量的增加呈現先升高后降低的趨勢。不同類型刺激素均顯著提高棉花地上部各器官干物質積累量，其中刺激素C效果最好，其次是F，再次為A。減氮配施生物刺激素均能顯著增加棉花地上部各器官干物質積累量。生物刺激素F和A處理下，棉花地上部各器官干物質積累量在不同施氮水平間表現為N0.8＞N1＞N0.6＞N0，而C處理下表現為N0.6＞N0.8＞N1＞N0，與株高變化趨勢一致。生物刺激素C對棉花地上部各器官干物質積累量有明顯的促進作用，初花期N0.6C處理的單株莖、葉和鈴質量分別為7.46、21.70、13.85 g，較N0.6S0分別增加120.23%、211.99%、71.41%；盛鈴期N0.6C處理的單株莖、葉和鈴質量分別為23.46、25.12、30.33g，較N0.6S0分別增加119.87%、153.89%、94.80%。

不同施肥處理棉花各器官在整株的干物質積累分配比例表明：初花期葉＞鈴＞莖，分別占地上部干物質積累量的52.51%～61.73%、26.35%～32.41%、9.52%～17.12%；盛鈴期鈴＞葉＞莖，分別占地上部干物質積累量的33.11%～39.34%、24.33%～27.22%、14.51%～23.84%。減氮配施生物刺激素有利于棉花地上部各器官的干物質積累，初花期顯著提高葉片干物質積累量，盛鈴期顯著提高鈴干物質積累量，從而有助于提高棉花的產量。

圖2 減氮配施生物刺激素對棉花干物質積累量的影響Fig.2 The effect of nitrogen reduction combined with biostimulant on cotton dry matter accumulation

2.1.3葉綠素含量。由表3可知，棉花初花期各處理葉片葉綠素含量高于盛鈴期。施氮量、不同生物刺激素以及減氮與生物刺激素配施對棉花初花期和盛鈴期葉片的葉綠素含量影響顯著。增施氮肥能夠顯著增加葉片的葉綠素含量，但隨著施氮量的增加葉綠素含量呈現下降的趨勢，N0.8S0處理下棉花初花期葉片的葉綠素含量最大，平均值為2.30 mg·g－1，較N0S0升高15.58%。減氮配施生物刺激素對棉花葉片葉綠素含量的積累有促進作用，各刺激素處理中效果最顯著的分別是N0.8F、N0.6C、N0.8A，初花期葉片葉綠素平均含量分別為2.94、3.05、3.01 mg·g－1，較對照S0分別升高了23.53%、41.20%、26.47%。

施加氮肥對棉花各葉位葉綠素積累均有促進作用，且由上往下呈現升高趨勢，即倒4＞倒3＞倒2＞倒1，初花期N0.8S0處理的倒1、倒2、倒3、倒4葉的葉綠素含量分別為1.95、2.35、2.49、2.71 mg·g－1，較N0S0分別增加11.43%、16.34%、20.29%、28.44%，倒4葉的葉綠素含量增幅最大。與單施氮肥、生物刺激素相比，減氮配施刺激素顯著提高棉花不同葉位的葉綠素含量，其中初花期N0.8F處理的倒1、倒2、倒3、倒4葉的葉綠素含量分別為2.41、2.93、3.19、3.53 mg·g－1，較N0.8S0分別升高了23.59%、25.11%、28.11%、30.26%；N0.8C處理下倒1、倒2、倒3、倒4葉的葉綠素含量分別為2.76、3.30、3.50、3.93 mg·g－1，較N0.8S0分別增加41.53%、40.43%、40.56%、45.02%；N0.8A處理下倒1、倒2、倒3、倒4葉的葉綠色含量分別為2.45、2.96、3.17、3.47 mg·g－1，較N0.8S0分別增加25.64%、25.96%、27.31%、28.04%。說明施加刺激素有利于棉花不同葉位葉綠素的積累，其中3種刺激素效果表現為C＞A＞F。棉花倒4葉是轉化和貯存光合產物的主要葉位。通過氮素和生物刺激素兩因素方差分析可知，氮素、生物刺激素以及兩者的交互作用對棉花不同葉位葉綠素含量的影響均達到極顯著水平。

2.1.4可溶性蛋白含量。由表4可知，施氮量、單施生物刺激素以及減氮配施生物刺激素對棉花初花期和盛鈴期各器官可溶性蛋白含量均影響顯著。適量施用氮肥可顯著提高棉花各器官可溶性蛋白含量，但過量投入使可溶性蛋白有降低趨勢。與初花期相比，盛鈴期葉片、莖和根中的可溶性蛋白含量有降低的趨勢，但鈴的可溶性蛋白含量顯著增加。在盛鈴期，N0.8S0處理下葉、莖、根、鈴的可溶性蛋白含量分別為13.51、12.04、13.98、19.11 mg·g－1，較N0S0升高了23.15%、36.82%、35.33%、25.15%。與單施氮肥、生物刺激素相比，減氮配施生物刺激素對不同器官可溶性蛋白含量影響顯著，效果最顯著的處理分別是N0.8F、N0.6C、N0.8A。盛鈴期N0.8F處理下葉片、莖、根和鈴的 可 溶 性 蛋 白 含 量 為17.26、14.96、17.07、25.23 mg·g－1，較N0.8S0分別增加了27.76%、24.25%、22.01%、32.03%；N0.6C處理下葉片、莖、根和鈴的可溶性蛋白含量為18.95、15.92、17.16、26.85 mg·g－1，較不添加刺激素（S0）分別增加了46.67%、37.12%、34.59%、41.39%；N0.8A處理下葉片、莖、根和鈴的可溶性蛋白含量為16.90、14.95、16.31、26.14 mg·g－1，較N0.8S0分別增加了25.09%、24.17%、16.67%、36.79%。通過氮素和生物刺激素兩因素方差分析可知，氮素、生物刺激素以及兩者的交互作用對棉花不同器官可溶性蛋白含量的影響均達到極顯著水平。

表3 棉花葉綠素含量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 根系形態

根系形態各指標隨著施氮量的增加呈現先升高后降低的趨勢（圖3）。N0.8S0處理下根表面積、根長度、根體積、平均直徑、根尖數和分支數分別為160.19 cm2、142.35 mm、0.05 cm3、0.19 mm、1 935、2 354，較對照N0S0分別增加26.37%、23.76%、33.41%、43.15%、18.57%、28.99%。減氮配施生物刺激素能夠顯著增加棉花根系的表面積、根長度、根體積、平均直徑、根尖數和分支數，其中，效果最顯著的是N0.8F、N0.6C和N0.8A。根表面積在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為263.91、194.13、179.67 cm2，較不添加刺激素（S0）分別增加63.56%、27.50%、23.74%；根長度在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為183.58、188.55、210.94 mm，較不添加刺激素分別增加28.96%、52.62%、48.19%；根體積在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為0.21、0.12、0.06 cm3，較不添加刺激素（S0）分別增加305.74%、165.68%、101.91%；平均直徑在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為0.39、0.31、0.23 mm，較不添加刺激素 （S0）分別增加103.22%、93.17%、52.60%；根尖數在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為4 073、3 456、3 015，較不添加刺激素（S0）分別增加100.16%、92.53%、55.81%；分支數在N0.8F、N0.6C和N0.8A處理下分別為4 842、3 789、2 835，較不添加刺激素（S0）分別增加105.69%、86.19%、29.93%。較其他兩種刺激素，刺激素F對根表面積、根體積、平均直徑、根尖數和分支數的改善效果最優，對根長度的改善效果差。

2.2 減施氮肥配施生物刺激素對棉花產量及構成因子的影響

由表5可知，單施氮肥、生物刺激素以及二者配施對棉花鈴數、鈴重及單株籽棉產量均有顯著促進作用。與N0S0相比，適量施加氮肥可以使棉花鈴數顯著提高23.81%～26.19%，鈴重顯著提高9.27%～12.23%，單株籽棉產量顯著提高13.42%～30.63%；常規施氮（N1）與減氮20%（N0.8）相比，棉花鈴數、鈴重和單株籽棉產量差異均不顯著。較單施氮肥和生物刺激素，減氮配施生物刺激素顯著提高棉花鈴數、鈴重和單株籽棉產量。N0.6C處理下棉花鈴數、鈴重和單株籽棉產量分別為7.85、6.79 g和46.47 g，較N0.6S0分別增加25.60%、19.33%和58.87%；N0.8F處理下棉花鈴數、鈴重和單株籽棉產量分別為7.08、6.17 g和42.18 g，較N0.8S0分別增加11.32%、8.82%和25.20%；N0.8A處理下棉花鈴數、鈴重和單株籽棉產量分別為6.72、6.08 g和39.11 g，較N0.8S0分別增加5.66%、7.23%和16.09%。

2.3 減施氮肥配施生物刺激素對棉花氮肥吸收利用的影響

圖3 棉花根系形態變化Fig.3 Morphological changes of cotton root system

表5 減氮配施生物刺激素對棉花產量及構成因子的影響Table 5 Effects of nitrogen reduction combined with biostimulants on cotton yield and constituent factors

由表6可知，單施氮肥、生物刺激素以及二者配施均顯著影響棉花氮肥的吸收利用。適量施用氮肥顯著促進收獲期氮肥吸收總量，其中N0.8S0較N0S0顯著升高69.65%；常規施氮（N1）水平下棉花收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產力、氮肥農學效率和氮肥表觀利用率較減氮20%（N0.8）呈現降低趨勢。相同氮梯度下，棉花收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產力、氮肥農學效率和氮肥表觀利用率表現為C＞F＞A，各處理間均差異顯著。N0.6C處理下氮肥積累量較N0.6S0、N0.6A、N0.6F分別提高101.80%、44.92%和38.91%；氮肥偏生產力分別提高29.83%、8.94%和6.46%；氮肥農學效率分別提高116.29%、51.76%和34.19%；氮肥表觀利用率分別提高88.62%、23.71%、19.63%。由此可見，與單施氮肥、生物刺激素相比，適量減施氮肥并配施生物刺激素可以明顯提高棉花氮素利用率，其中減氮40%配施殼聚糖（N0.6C）處理的效果最好。N0.6C處理下收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產力、氮肥農學效率和氮肥表觀利用率較N0.6S0分別增加191.71%、38.76%、116.45%和88.60%；N0.8F處理下收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產力、氮肥農學效率和氮肥表觀利用率較N0.8S0分別增加67.76%、25.21%、74.62%和43.03%；N0.8A處理下收獲期氮肥吸收總量、氮肥偏生產力、氮肥農學效率和氮肥表觀利用率較N0.8S0分別增加60.31%、16.12%、53.35%和18.52%。

3 討論

3.1 減氮配施生物刺激素對棉花生長的促進作用

殼聚糖及其衍生物作為生物刺激素，可增加植物對逆境脅迫的抗性，提高營養物質的吸收和植物光合作用的效率，進而提高作物的產量和品質[27-28]。張運紅等[29]研究發現噴施殼聚糖可促進小麥旗葉的生長和增加植株干物質的積累，提高小麥的產量。本試驗表明，減施氮肥40%配施殼聚糖（N0.6C）處理對增加棉花株高、干物質積累量、葉綠素和可溶性蛋白含量的效果最好，顯著增加棉花鈴重和鈴數，提高棉花產量。段淑娟等[30]研究結果也表明，在小麥返青拔節期及灌漿期氮素營養不足時施用殼聚類葉面肥，能夠有效改善小麥的植物學性狀，增加千粒重、提高成穗率和穗粒數，增產效果明顯。本文中減氮20%配施殼聚糖（N0.8C）較常規施肥處理的單株籽棉產量有所降低，但差異不顯著。減氮40%配施殼聚糖（N0.6C）處理通過增加棉花鈴重和鈴數，其單株籽棉產量顯著高于N0.8C、N1C處理，這或許是因為在低氮條件下配施殼聚糖能夠不同程度增強作物在低氮環境中的抗性[7]，促進作物產量的形成[31]。劉艷麗等[32]研究發現，較尿素處理，殼聚糖-尿素處理下小麥氮肥回收利用率顯著增加37%～91%，玉米的增加幅度為78%～93%，殼聚糖-尿素處理下小麥和玉米的氮肥農藝利用率和偏生產力均高于尿素處理。本研究發現氮肥減量配施殼聚糖顯著提高棉花收獲期氮肥吸收總量，氮肥配施生

物刺激素處理下的氮肥偏生產力、氮肥農學利用率和氮肥表觀利用率均顯著高于單施氮肥和單施生物刺激素處理，減氮40%配施殼聚糖（N0.6C）通過促進根系對土壤氮肥的吸收，滿足作物生育期需肥規律[33]，顯著提高氮肥利用效率。黃腐酸主要通過加強植物根系的發育來促進植物的生長。Elena等[34]研究發現，黃腐酸可以提高小麥、水稻、玉米等作物的根系活力，促進側根的伸長，進而提高農作物的產量和改善農作物的品質。本研究中氮肥減量20%配施黃腐酸對根系形態改善幅度最大，表現為抑制棉花根系主根長度，顯著促進根系側根的生長，增加根表面積、根體積、平均直徑、根尖數和分支數。海藻酸通過增加植物根部硝酸還原酶和磷酸酶的積累，增強植物對礦質營養成分的吸收能力，提高葉綠素和可溶性蛋白的含量[35]，增強光合作用效率[36-37]。 本文中減施20%氮肥配施海藻酸（N0.6A），顯著促進棉花生長，并增加產量。

表6 減氮配施生物刺激素對棉花產量及構成因子的影響Table 6 Effects of nitrogen reduction combined with biostimulants on cotton yield and constituent factors

綜上所述，減氮配施生物刺激素有利于棉花的生長發育和產量形成，能促進盛鈴期可溶性蛋白向生殖器官的富集轉運，減少氮肥投入量，提高氮肥利用效率。本文研究僅僅局限于減氮與單一刺激素配施，今后將繼續探究減氮與不同刺激素復配對棉花生長發育的影響。

3.2 生物刺激素增效機制的探討

Osuji和Cuero[38]研究發現殼聚糖在作物的氮代謝中起重要的調控作用，可以提高作物葉片葉綠素的貯存。殼聚糖結構中富含C和N元素，被微生物分解后易于作物吸收利用。本試驗發現殼聚糖在減氮40%（N0.6C）的條件下比減氮20%（N0.8C）對棉花的生長促進效果更為明顯，這可能是在低氮環境下，殼聚糖可以誘導識別棉花細胞膜上的受體蛋白并且識別跨膜傳遞信號，引發離子通道響應，從而將一些信使分子（活性氧化物、水楊酸等）傳遞至細胞膜上的受體蛋白，激活低氮脅迫相關防衛基因的表達，增強植株的抗逆性[39]；在大田常規施氮水平下，殼聚糖的生物活性不會被激發[40]，Zhang等[41]在誘導擬南芥對煙草花葉病毒抗性的研究中發現，殼聚寡糖可以增強抗病基因PR1（Pathogenesis-related protein1）的表達；在低氮脅迫下，可以誘導植物中抗逆基因的表達，緩解脅迫對其造成的危害[42]。

本研究發現，黃腐酸處理下的棉花根系形態優于殼聚糖和海藻酸處理，雖然黃腐酸對棉花根系主根長度的促進效果并不明顯，但可以顯著促進根系側根的生長，增加根表面積、根體積、平均直徑、根尖數和分支數，這主要是由于黃腐酸與氮肥配施后能夠提高氮肥的緩釋性能。黃腐酸含有許多活性基團，可以通過陽離子交換、螯合和吸附等方式將部分氮素固定在土壤中[43]，大幅降低硝態氮的淋洗和損失[44]，有效促進棉花對氮肥的吸收，顯著提高棉花產量和氮肥利用率[45]。Canellas等[46]研究也表明，與植物對照相比，從蚯蚓中提取出來的腐殖酸、黃腐酸等物質能夠增加側根的數量改善其發育，并提高根系中可溶性蛋白含量。此外，黃腐酸對作物根系的刺激也可能是通過調控根系質膜形成質子泵，誘導打開Ca2＋通道，分解ATP，向外排出H＋，質膜內外形成電勢差，從而促進根系的生長及對營養物質的吸收[47]。

與不施加刺激素相比，施用海藻酸在一定程度上能促進棉花的生長發育和產量形成。這主要是因為海藻酸富含大量的聚陰離子化合物，能和土壤中的陽離子化合物結合，改善根系的生長環境[36]，間接促進作物根系對營養物質的吸收[48]，而黃腐酸和殼聚糖可直接作用于作物，通過調控根系對養分的吸收，促進作物生長。海藻酸是否會提供作物生長所需的養分，直接參與調控，還需進一步探究。

綜上所述，生物刺激素在農業領域的功能研究已取得一些成果，減氮配施生物刺激素能促進棉花的生長發育。不同類型生物刺激素的活性基團、作用機理及施用效果存在明顯差異，不同生物刺激素的增效機制有待進一步研究。

4 結論

適量減氮配施殼聚糖、黃腐酸和海藻酸均能顯著促進棉花的生長發育和氮素利用效率，且能達到減氮增效的作用。減氮20%配施黃腐酸（N0.8F）對棉花根系形態影響最大，主要表現為抑制棉花根系主根長度，顯著促進根系側根生長，增加根表面積、根體積、平均直徑、根尖數和分支數。減氮40%配施殼聚糖（N0.6C）明顯提高棉花株高、葉綠素含量，特別是在初花期至盛鈴期，能促進干物質和可溶性蛋白向鈴大量轉運，顯著增加鈴重和鈴數，進而提高籽棉產量和氮素利用率；減氮20%配施海藻酸（N0.8A）顯著增加棉花鈴重、鈴數，提高籽棉產量和氮肥利用效率。