施用黃腐酸對不同鹽漬化棉田滴灌棉花生理生長的影響

黃炳川，楊瑩攀，龔珂寧，張 楠，王興鵬

（1.塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆阿拉爾843300；2.塔里木大學現代農業工程重點實驗室，新疆阿拉爾843300）

土壤鹽漬化是全球性問題，全球鹽漬土面積[1]約3.97 億hm2。而我國鹽漬土面積約為3 665.8 萬hm2，占我國耕地面積的30.2%[2]。目前，世界上至少有20%的灌溉土地受到鹽的影響，或在用含鹽量較高的水灌溉[3]。大面積的農田灌溉計劃因受到鹽堿化問題的影響，降低或限制著農業生產實踐的生產能力和可持續發展性。人口發展趨勢和未來的預測表明，人類生活會需要更多的糧食和纖維，所以急需解決如何高效利用受鹽影響的土地和水資源等的相關問題。因此，探究在鹽漬化棉田施用黃腐酸以獲得較好的棉花產量，對南疆地區鹽漬化土壤改良具有重要的現實意義。

黃腐酸是腐殖酸類中分子量較低的一種水溶性有機物，是一種天然的高分子有機酸，也是有機肥中的活性成分[4]。它屬于芳香族羥基羧酸類物質[5]，含有羧基、酚羥基和醌基等多種活性基團，具有較強的絡合、螯合和表面吸附能力[6]。黃腐酸不僅能夠改良土壤，促進作物側根生長，還能引起與非生物脅迫耐性有關的植物初級和次生代謝的變化，共同調節植物的生長[7,8]。也可以通過調控逆境脅迫下植物的新陳代謝，增強作物抗逆性能和改善作物品質[9,10]，在農業生產中表現出高效率、實用性強的特點。還可以清除或降低環境中多種有害物質的脅迫，有利于保護環境，是一種具有可持續性發展特點的新型生物技術。近年來，施加黃腐酸在農作物上如玉米[11,12]、小麥[13,14]和番茄[15]等的研究中已有報道，應用在鹽漬土改良上的研究同樣較多[16,17]。施用土壤改良劑不僅能有效改善鹽漬土的土壤理化性質，還能增加作物出苗率和產量。針對南疆鹽漬化土壤脫鹽、增肥和提升地力上，多種改良措施如物理、化學、工程、生物及其綜合調控手段已被廣泛應用并用于驗證[18,19]。無膜滴灌棉花失去了地膜在保墑方面的作用，使得土壤水分消耗增大，水分消耗的同時，鹽分隨水分蒸發在土壤內產生聚積現象，對棉花生長產生負面作用。因此，需要施用黃腐酸以改善南疆鹽漬化棉田和滿足無膜滴灌棉花的生長發育。

本研究以無膜棉花品種“中棉619”為研究對象，針對南疆鹽漬土棉田，開展了施加黃腐酸對土壤鹽分分布、無膜滴灌棉花生理生長及產量品質的影響試驗，旨在為黃腐酸在南疆鹽漬土土壤改良及提高南疆無膜滴灌棉花產量上的應用提供技術支持和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020年4-10月在新疆生產建設兵團第一師阿拉爾市水利局十團節水灌溉試驗站(81°17′56.52″ E，40°32′36.90″N，海拔1 014 m)內進行。試驗區屬于暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，常年干旱少雨，多年平均降水量不足50 mm，年蒸發量在2 100 mm 左右，相對濕度47%～60%。全年≥10 ℃積溫約為4 000 ℃，全年無霜期220 d 左右，地下水埋深在3 m 左右。試驗站土壤質地以沙壤土為主，透氣性較好，土壤基本物理性質見表1[20]。

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

1.2 試驗設計

供試棉種為“中棉619”，2020年4月25日播種，2020年10月25日收獲。通過ET0-P（降雨量）控制灌溉，依據前人研究成果，當累計值達到45 mm 時進行灌溉，ET0計算公式[21]如下：

式中：ET0為參考作物蒸發蒸騰量，mm/d；Rn為凈輻射量，MJ/（m2·d）；G為土壤熱通量，MJ/（m2·d）；γ為濕度計常數，kPa/℃；T為日均氣溫，℃；μ2為距地面2 m高處風速，m/s；es為飽和水汽壓，kPa；ea為實際水汽壓，kPa；△為溫度-飽和水汽壓關系曲線T處的切線斜率，kPa/℃。

氣象數據由試驗站HOBO 自動氣象監測站實時獲取，試驗周期內田間氣象數據如圖1所示。

圖1 2020年氣棉花生育期內氣象數據Fig.1 Meteorological data during the growth period of cotton in 2020

試驗設定的黃腐酸濃度為15 kg/hm2[22]，在棉花生育期內隨水滴施共10 次，田間管理措施如施肥、打藥等均與當地農田管理方式保持一致。采用測坑小區試驗，規格為2 m×3.3 m×3 m（深）的有底測坑，共設置3 個鹽分梯度，土壤電導率分別為1 000、2 000 和3 000 μS/cm，分別作滴施黃腐酸和不滴施共6個處理，每個處理3次重復，共計18個試驗小區。棉花行距配置為10 cm+66 cm+10 cm，株距10 cm[23]。試驗處理見表2。

表2 試驗處理Tab.2 Experimental treatment

1.3 測定項目與方法

（1）棉花株高、莖粗測定。自棉花苗期開始，每處理3個重復小區內各隨機標記3 株長勢均勻的棉花樣株，共9 株，從棉花頂部生長點到第一片子葉處，每隔10 d 用鋼尺（1 mm）測量一次棉花株高；每隔10 d 用電子游標卡尺（0.01 mm）測定一次棉花莖粗。

（2）棉花光合特性測定。分別在棉花苗期、蕾期、花鈴前期、花鈴后期對棉花光合特性進行測定，選擇生長健康、長勢一致、無病斑、光照均一的同一葉位（棉花倒四葉），使用美國Li-6400XT光合儀進行測定。主要測定指標包括葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）。

（3）棉花干物質測定。分別在2020年6月15日（盛苗期）、7月15日（盛蕾期）、8月10日（盛鈴期）取樣。每個小區隨機選取6株，分莖、葉和蕾鈴放入105 ℃烘箱，先殺青30 min，再以75 ℃烘干至恒量后用電子秤（0.01 g）稱各部分干物質量。

（4）土壤電導率（EC）測定。于每個生育期采用土鉆法取樣，取土深度分別為10、20、30、40、60 cm，取樣點位于滴灌帶下，每個處理重復3次。將土樣烘干磨碎后過5 mm 篩，按照5∶1 的水土比例配成懸濁液，震蕩攪拌均勻，靜置過濾2 h后用電導率儀測定電導率（EC）值。

（5）棉花產量及纖維品質測定。在棉花成熟期，對每個測坑棉花實收測產，同時測定棉花成鈴數及單鈴重等指標。每個處理取樣15～20 g 皮棉，依據《棉花質量檢驗》中所述方法，委托農業農村部棉花品質監督檢驗測試中心對棉花纖維品質進行測定。

（6）灌溉水利用效率測定。棉花的灌溉水利用效率（IWUE）計算公式如下：

式中：Y為棉花總產量，t/hm2；D為生育期灌水量，m3/hm2。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2019 對數據進行處理，DPS 進行統計分析，采用LSD 法進行方差分析和差異性檢驗（α=0.05），圖表中不同的小寫字母表示在0.05水平差異顯著，用Origin 2018繪圖。

2 結果與分析

2.1 施用黃腐酸對土壤鹽分分布的影響

施用黃腐酸后，棉花各生育期的土壤鹽分變化值如圖2所示，各處理在0～60 cm 土層內，EC值隨土層深度的增加呈增大趨勢，變化規律較為一致。隨著棉花生育期的推進和黃腐酸滴施次數的增加，滴施黃腐酸處理的EC值較對照處理均有明顯降低；黃腐酸對EC值的影響效果主要在棉花的苗期和蕾期在淺層0～30 cm 土壤表現較為明顯，隨棉花生育期的推進，黃腐酸對EC值的影響效果逐漸向30 cm土層以下轉移。

圖2 棉花不同生育期土壤電導率變化Fig.2 Changes of soil electrical conductivity in different growth stages of cotton

用脫鹽率作為評價黃腐酸和灌溉協同作用下土壤的脫鹽效果，土壤脫鹽率如表3所示，0～60 cm 土壤平均脫鹽率由大至小依次為T1、T2、T3、CK1、CK2、CK3。0～30 cm 土層所有處理土壤脫鹽率均為正值，表現為明顯的脫鹽過程；30～40 cm 土層CK1、CK2、CK3 處理和50～60 cm 土層所有處理土壤脫鹽率為負值，則表現為積鹽過程；其中，30～40 cm 土層只有施加黃腐酸處理表現為脫鹽，說明黃腐酸在土層30～40 cm附近仍具有一定的作用效果。

表3 各不同處理0～60cm土層土壤脫鹽率Tab.3 Soil desalination rate in different soil layers of each treatment

T1 處理表現最好，土壤平均脫鹽率高達42.08%，T1、T2、T3處理較對照CK1、CK2、CK3處理的平均脫鹽率分別增加了26.8、19.25 和11.63 個百分點。脫鹽率和土層深度成反比，0～10 cm 土層各處理脫鹽率平均值高達56.57%，且0～20 cm 土壤脫鹽率最大，隨著土壤深度的增加，土壤脫鹽率逐漸降低。

2.2 施用黃腐酸對棉花生長的影響

施用黃腐酸下棉花莖粗和株高的變化如圖3所示，隨著生育期的推進，棉花莖粗和株高呈先增加后趨于平緩的趨勢，而隨著土壤鹽分的增加呈減小的趨勢，CK1 處理棉花莖粗較CK2 和CK3 分別增加了13.33%和20.78%，株高分別增加了11.88%和24.23%。施加黃腐酸后，T1 處理棉花莖粗較T2 和T3 分別增加了16.82%和38.78%，株高分別增加了13.40%和24.28%；而T1、T2、T3 處理較對照CK1、CK2、CK3 處理的棉花莖粗分別增加了12.1%、14.8%和11.9%，株高分別增加了8.8%、4.5%和11.9%。滴施黃腐酸后，不同處理的棉花莖粗和株高較對照均有較為明顯的生長加快。總體而言，施用黃腐酸在促進棉花生長方面主要體現在播后90 d 之前，而在打頂后（100 d），黃腐酸調節棉花生長的作用相對減弱。

圖3 棉花不同時期莖粗及株高Fig.3 Stem diameter and plant height of cotton at different stages

由圖4可知，棉花干物質積累量隨著生育期的推進呈增加趨勢，苗期和蕾期棉花處于快速生長期，棉花莖葉生物量占比較高。在棉花苗期，滴施黃腐酸對于干物質積累影響不明顯；花鈴期，棉花以生殖生長為主，蕾鈴占比較高，隨著土壤鹽分的增加棉花干物質積累量呈顯著減小趨勢。以花鈴期為例，CK1 較CK2 和CK3 分別增加了19.42%和36.27%，施加黃腐酸后，T1、T2、T3 處理棉花干物質積累量較CK1、CK2、CK3干物質量分別增加了1.21%、10.34%和3.91%。

圖4 棉花不同時期地上部干物質積累量Fig.4 Aboveground dry matter accumulation of cotton at different stages

2.3 施用黃腐酸對棉花光合特性的影響

施用黃腐酸對棉花各個生育期葉片光合特性的影響如圖5所示。從棉花整個生育期來看，棉花的Pn、Gs、Tr 等值隨棉花生育期的推進呈先升高后下降趨勢。在棉花生長的各個時期，CK1、CK2、CK3 隨土壤鹽分升高棉花的各項光合指標呈減小趨勢，相較于對照處理，施加黃腐酸處理均能不同程度提高棉花的各項光合指標。

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

在棉花蕾期和花鈴前期，與對照相比，施加黃腐酸處理能夠顯著提高棉花的Pn 值。蕾期Pn，T1、T2、T3 較CK1、CK2、CK3 分別提高10.84%、9.59%、和14.94%；花鈴前期時Pn， T1、T2、T3 較CK1、CK2、CK3 分別提高5.06%、12.28%、和9.71%。由圖5（b）和圖5（d）可知，施用黃腐酸后，棉花不同生育期Gs、Tr 值的變化趨勢較為一致，T1、T2、T3 處理的Gs、Tr 值均好于CK 處理，且差異性顯著。水分是影響光合作用的主要因素之一，受到鹽脅迫時，植株葉片含水量會下降，遭受水分脅迫，影響葉片的氣孔導度、蒸騰作用和凈光合速率。添加黃腐酸能夠在一定程度上緩解鹽脅迫下棉花的生理干旱程度，對提高棉花光合特性具有一定的促進作用。

由圖5（c）可知，施用黃腐酸對棉花蕾期Ci 值的影響較大，而在其他生育期，施用黃腐酸的影響效果不顯著。黃腐酸對于棉花生育期各項光合指標的促進作用在苗期和花鈴后期差異不顯著，在蕾期和花鈴前期差異顯著。

2.4 黃腐酸對不同處理棉花產量的影響

不同處理的棉花籽棉產量及灌溉水利用效率（IWUE）均好于對照處理，且差異性顯著。T1、T2、T3 處理的棉花籽棉產量較CK1、CK2、CK3 分別提高2.68%、2.94%和5.32%，T1、T2、T3處理的IWUE較CK1、CK2、CK3分別提高2.96%、3.13%和5.04%，說明施加黃腐酸在提高棉花產量和IWUE方面具有促進作用，見表4。

表4 黃腐酸對不同鹽分處理棉花產量的影響Tab.4 Effect of fulvic acid on cotton yield under different salt treatments

2.5 黃腐酸對不同處理棉花品質的影響

由表5 可知，施用黃腐酸后，不同處理的棉花纖維上半部平均長度、伸長率差異并不顯著。而不同處理的棉花整齊度指數、馬克隆值、斷裂比強度均優于CK 處理，且差異性顯著，說明施加黃腐酸在一定程度上能夠提升棉花品質。

表5 黃腐酸對不同鹽分處理棉花品質的影響Tab.5 Effect of fulvic acid on cotton quality under different salt treatments

3 討論

施加黃腐酸施會直接影響到土壤內的水鹽分布、土壤結構、土壤蒸發等特征[24]。同時，改良劑中含有的微量和營養元素也可以促進棉花的生長和發育[25]，并對棉花產量和經濟效益產生影響[26]。棉花生育期，EC 隨著土壤深度的增加呈逐漸升高趨勢，主要是灌溉促使土壤鹽分隨水分逐漸下滲而發生遷移，導致鹽分向深層積累[27]。與對照相比，隨著滴施黃腐酸次數的增加，不同處理的土壤鹽分在0～30 cm 均有明顯的降低，這與楊宇[28]、Clothier[29]、王斌[30]等的研究較為一致，說明黃腐酸對淺層土壤鹽分具有一定的改良效果，在棉花苗期施用黃腐酸對于棉花生長較為有利。黃腐酸在土壤中的施加量越大，作用時間越長，土壤水穩性團粒結構的含量越大，土壤鹽分含量的降幅也會增大。因此，應適當增加黃腐酸的施用量，而對應的施用量閾值還需要開展進一步的試驗研究確定。

本研究發現，黃腐酸對不同鹽分處理下棉花株高、莖粗和干物質積累均有促進作用。這是因為施加黃腐酸對土壤鹽分有良性的調節效果，減輕了棉花根系吸收土壤中水分時鹽分脅迫的影響，提高其在鹽脅迫下的水分養分的吸收，提升了棉花葉片凈光合速率，進而提高其光合能力，增加了棉花光合作用產物[31]，促進了棉花各器官的生長和分化[32]，從而使莖粗、株高和干物質積累得到顯著提高[33]。這與宋美珍[34]、房英[35]、白萍[36]、姬亞琴[37]等的研究較為一致。

從產量結果來看，施用黃腐酸能夠提高棉花IWUE和棉花產量等，各處理的WUE和棉花產量均高于CK處理；從品質結果來看，施用黃腐酸對于棉花纖維長度、斷裂比強度也有一定的正效應，提升了纖維品質，這與陳根云[38]、王樹林[39]的研究結果一致。

4 結論

施用適量的黃腐酸可以有效調節南疆鹽漬土土壤中的鹽分，尤其對0～30 cm 土壤的鹽害緩解有較為明顯的效果，有效緩解了土壤鹽分對無膜棉花生長發育的抑制作用，同時提高了棉花葉片的凈光合速率，促進了無膜棉花地上部干物質的累積，有利于提高棉花的產量。