一種抗逆型復合調節劑的制備及其應用

紀發達

(山東龍港硅業科技有限公司,山東 濰坊 261300)

土壤鹽堿化是當今世界面臨的一個重大問題,它對農作物的生長、產量和質量產生了巨大影響,極大地限制了現代農業的可持續發展[1,2]。根據聯合國糧食及農業組織的統計,世界上有近10億公頃的鹽堿地。由于降水稀少、灌溉不當和化肥過度使用,現有耕地中的次生鹽堿地面積也在不斷擴大。充分利用鹽堿地的有效措施是改良鹽堿地、培育耐鹽品種、提高抗鹽堿性[3]。鹽堿地改良包括物理改良、水利工程改良、化學改良和生物改良。然而,多種綜合處理技術各有優缺點:物理方法成本高,可持續性差;化學方法對土壤有二次污染,也有一定的局限性;生物法修復時間長。由于鹽堿地處理難度大、成本高,我國治理產業化程度不高,所帶來的直接經濟效益也不明顯。

在農作物生長過程中,除了病原體、害蟲、雜草及鼠類等有害生物威脅之外,農作物還面臨著干旱、高溫、低溫、土壤鹽堿化等日益嚴重的非生物因素的威脅[4]。高溫和凍害常常導致小麥、水稻、玉米和其他作物嚴重減產。例如,小麥灌漿期高溫引起的干熱風會導致產量減少20%。所以,抗逆調節劑的研制與應用引起人們的高度重視,抗逆主要是指增加營養元素的吸收、促進幼苗的生長、莖桿增實、增加干物質總量、促進主根系的生長,提高抗寒性、抗旱性、抗病蟲、抗鹽堿能力。

在現有技術中,抗逆手段主要包括選擇抗逆品種、定期灌溉、葉面施肥等,但是當遇到嚴重的干旱脅迫或低溫脅迫(包括霧霾天氣導致的陽光照射強度不夠等其他不利自然因素)時,上述人工手段不僅浪費大量水資源,而且效果有限。盡管使用了多效唑等植物生長調節劑,但大量化學試劑的使用導致了田地和作物中的殘留,這不僅污染了環境,而且降低了農作物產品的質量。

根據農作物的生長特性和環境,通過不斷地改良和完善,研制出一種高效的抗逆復合調節劑,提高了農作物在惡劣環境地區的存活率和生長能力,增強了農作物的抗旱、抗寒、耐熱、耐鹽堿等抗逆性,可以有效地減少或避免非生物因素的不利影響,有效實施對鹽堿地的生態恢復與重建,對提升作物抗脅迫能力、提高農作物產量和產品質量,及對各受脅迫地區的農業發展、經濟穩定和環境恢復具有重要的現實意義。

1 抗逆型復合調節劑的制備

一種抗逆型復合調節劑包括浸種劑及用于葉面噴施或根部灌注的耐鹽堿抗逆調節劑。

(1)浸種劑。由以下組分制成:w(甜菜堿)1%～3%,w(殼聚糖)1%～3%,w(黃腐酸鉀)0.5%～2%,w(蘇氨酸)0.5%～1%,w(復硝酚鈉)0.5%～1%,w(土微菌屬)0.5%～1%,余量為去離子水。將浸種劑原液用去離子水稀釋至1∶20,即得到浸種液。

將稀釋后的浸種液與篩選后的籽粒飽滿的、大小相近、品質優良的種子,按質量比1.5∶1,進行浸種10 h,浸種結束后對種子瀝水,晾干備用。

(2)耐鹽堿抗逆調節劑。按質量分數計由以下組分制成:w(硅酸鉀)6%～10%、w(腐殖酸)1%～3%,w(液體硅酸鈉)1%～3%,w(檸檬酸)0.5%～2%,w(5-氨基乙酰丙酸)0.5%～1%,w(改性膨潤土)0.2%～0.5%,w(多效唑)0.2%～0.5%,w(木質素磺酸鈉)0.1%～0.3%,余量為去離子水。

2 抗逆型復合調節劑的應用實驗

2.1 在黃瓜幼苗期的田間應用實驗

(1)將耐鹽堿抗逆調節劑按以下組分制成:w(硅酸鉀)6%、w(腐殖酸)2%,w(液體硅酸鈉)3%,w(檸檬酸)1%,w(5-氨基乙酰丙酸)1%,w(改性膨潤土)0.3%,w(多效唑)0.3%,w(木質素磺酸鈉)0.1%,余量為去離子水。

(2)將稀釋至1∶20的浸種液和上述耐鹽堿抗逆調節劑復配使用,與市場購買的生物藥肥一抗逆劑,按每畝5 kg的施用量,稀釋至1∶600,同時在500 m2的鹽堿地進行黃瓜幼苗期的田間試驗,間隔7～10 d,連續施用2～3次,其澆水、施肥等措施相同,試驗結果見表1。

表1 抗逆調節劑在黃瓜幼苗期的田間試驗

通過表1的試驗結果可以看出,施用自研制的抗逆型復合調節劑與生物藥肥一抗逆劑相比,黃瓜幼苗期的發芽勢明顯提高16.4%,株高提升32.3%,莖粗增加49.5%,鮮重提高58.1%。試驗期間春季氣候反常,在溫度低、光照差、鹽堿較重的情況下,使用浸種液,使幼苗發芽勢達到92.62%,可見抗逆型復合調節劑對提高黃瓜幼苗的抗逆性效果顯著。

2.2 在玉米成長期的田間應用實驗

(1)將耐鹽堿抗逆調節劑按以下質量分數制成:硅酸鉀10%,腐殖酸1.5%,液體硅酸鈉1.5%,檸檬酸1.5%,5-氨基乙酰丙酸0.5%,改性膨潤土0.2%,多效唑0.2%,木質素磺酸鈉0.2%,余量為去離子水。

(2)將稀釋至20倍的浸種液和上述耐鹽堿抗逆調節劑復配使用,與市場購買的生物藥肥一抗逆劑,按每畝8 kg的施用量,稀釋1 000倍,均勻噴淋(澆灌)于根部,分別在玉米出苗期、拔節期、大喇叭口期、吐絲期進行鹽堿地田間試驗,試驗田3畝,其澆水、施肥等措施相同,試驗結果見表2、表3。

表2 抗逆調節劑在玉米成長期的時間統計

表3 抗逆調節劑在玉米成長期的田間試驗

從表2可以看出,施用自研制的抗逆型復合調節劑可使玉米的出苗期、拔節期、吐絲期提前3 d,整個玉米成長期縮短5 d。

從表3的試驗結果可以看出,與生物藥肥一抗逆劑相比,玉米出苗率提高16.9%,株高提高11 cm,莖粗增加0.17 cm,穗粒數提高9.0%,增產率相對提高50.8%,實現莖稈實、韌性強、穗大粒多,且具有防禿尖、促早熟、提高結實率、增加千粒重的功能,抗倒伏能力及增產率都有明顯提升[5]。

2.3 在花生成長期的田間應用實驗

(1)將耐鹽堿抗逆調節劑按以下質量分數制成:硅酸鉀8%,腐殖酸1%,液體硅酸鈉2%,檸檬酸1.5%,5-氨基乙酰丙酸1%,改性膨潤土0.5%,多效唑0.5%,木質素磺酸鈉0.3%,余量為去離子水。

(2)將稀釋至20倍的浸種液和上述耐鹽堿抗逆調節劑復配使用,與市場購買的生物藥肥一抗逆劑,按每畝3 kg的施用量,稀釋500倍,分別在花生苗期、花針期、結莢期各噴施1次,在開發區鹽堿地進行田間試驗,試驗田2畝,其澆水、施肥等措施相同,試驗結果見表4。

表4 抗逆調節劑在花生成長期的田間試驗

從表4的試驗結果可以看出,施用自研制的抗逆型復合調節劑與生物藥肥一抗逆劑后,有明顯的促成長和增產作用,主莖高提高42.8%,總果數增加46.6%,增產率更是高達35.2%,提高了花生成長期間的抗逆性,使其在逆境中茁壯健康生長和發育。

2.4 在山楂樹生長期的田間應用實驗

(1)將耐鹽堿抗逆調節劑按以下質量分數制成:硅酸鉀7%,腐殖酸2%,液體硅酸鈉3%,檸檬酸1%,5-氨基乙酰丙酸2%,改性膨潤土0.4%,多效唑0.3%,木質素磺酸鈉0.2%,余量為去離子水。

(2)將稀釋至20倍的浸種液和上述耐鹽堿抗逆調節劑復配使用,與市場購買的生物藥肥一抗逆劑,按每畝6 kg的施用量,稀釋300倍后,分別施用于每棵山楂樹四周的坑中,坑與主樹干的距離為0.8 m,試驗結果見表5。

表5 抗逆調節劑在山楂樹生長期的田間試驗

從表5的試驗結果可以看出,施用自研制的抗逆型復合調節劑與生物藥肥一抗逆劑相比,樹高增量提高22.3%,胸徑增量提高41.0%,主根長增加11.6 cm,病害發生率降低至5.22%。說明施用自研制的抗逆型復合調節劑可促進山楂樹生長,提高伉倒伏能力,提高果實的均勻性,并且減少病害發生率的發生。

綜上所述,抗逆型復合調節劑主要包含硅酸鉀、甜菜堿、腐殖酸、殼聚糖、液體硅酸鈉、黃腐酸鉀、5-氨基乙酰丙酸、蘇氨酸、復硝酚鈉、土微菌屬、多效唑等組分。其中,硅酸鉀可以提高作物組織的機械強度,增強植物的抗倒伏能力,提高莖葉表面的硅化程度,抵抗生物壓力和非生物壓力及病蟲害的侵染;硅具有改善植物形態、平衡養分吸收、調節激素代謝、改良土壤性狀等多種作用機制[6]。甜菜堿不僅能維持細胞滲透壓,還可以保護生物大分子的結構和完整性,進而保護不同逆境條件下植物的細胞和生物大分子。殼聚糖具有一定的吸濕保濕性能,同時自身還有抗菌殺蟲的作用,其短鏈降解產物具有調節植物生長的功能。5-氨基乙酰丙酸可調節葉綠素的合成,促進光合作用,提高光合效率,還可增強植物的抗旱、抗寒、抗病、抗鹽堿的能力[7]。再配合營養液、耐鹽堿菌劑、輔助抗逆組分等,施用于作物后,不僅能促進發芽、生長、生根、結果,還可以提高作物的抗逆性及預防病害率的發生,抗逆、增產效果顯著。

3 結語

抗逆型復合調節劑的研制與應用為提高作物育種效率,延長抗逆型新品種使用壽命,達到高產、穩產的目的提供新的選擇,解決了作物在極端脅迫環境中,自身抗逆調節能力無法滿足環境變化要求的問題。本文研制的抗逆型復合調節劑具有調節植物生長發育、抑制病害率及促進衰老等作用,在植物遇不良生長環境(逆境)時,可使植物細胞內發生一系列反應,激活植物體內抗逆免疫系統,誘導植物產生植保素,調節體內水分平衡,并可增加營養元素的吸收、促進幼苗的生長、增加干物質總量,增強作物的抗寒、抗旱、抗病、耐鹽堿能力。有著適用范圍廣、安全性高、效果顯著等特點,緩解干旱和其他自然脅迫條件下植株的受損程度,從而實現作物增產、抗逆、提質及肥料的減量施用,在提高作物產量和品質上有著廣闊的應用前景。