鹽堿脅迫下液態有機肥對燕麥種子萌發及植株生長的影響

趙遠征 ，黃再婧 ，王 鑫 ，謝 陽 ，藍春浩 ，王 東

（1.內蒙古農業大學 園藝與植物保護學院，內蒙古 呼和浩特 010018；2.內蒙古自治區農牧業科學院 植物保護研究所，內蒙古 呼和浩特 010031；3.江蘇太古合一環境管理有限公司，江蘇 昆山 215321）

土壤鹽堿化是指土壤中鹽或堿的含量遠超植物正常生命活動所需要的量，從而直接對植物生長造成抑制或危害的現象。植物響應鹽脅迫是一個錯綜復雜的過程[1]，鹽堿脅迫是阻礙作物正常生長發育的重要因素，其影響僅次于干旱脅迫[2]。土壤鹽堿化是人類面臨的世界性問題，嚴重威脅著我國的生態環境及糧食安全，已成為限制作物產量和品質提高的主要非生物逆境之一。據統計，我國鹽漬土總面積約為3 600 萬hm2，耕地中鹽漬土面積達920.9 萬hm2，鹽漬土總面積占全國可利用土地面積的4.88%，占全國耕地面積的6.62%[3-4]。由于政策的改革和科技發展，改良并利用鹽堿地使之成為耕地對保障我國糧食安全、促進農業可持續發展和改善生態環境具有重要意義[5]。

目前人們采取了許多方法來改良鹽堿地，其中，生物改良鹽堿地被認為是綠色環保、行之有效的措施。近年來研究表明，施用有機肥具有促進植物在鹽堿脅迫條件下生長、改良土壤等作用。施肥可以有效滿足作物生長養分需求和提高產量，但化肥的濫用和過量使用，不僅導致土壤板結、肥力和理化性質下降，還會導致生態環境出現一系列問題[6]。因此，防止過度依賴和過量施用化肥，而通過增施有機肥替代化肥，是改良土壤、提高作物產量和維持生態平衡的重要途徑[7]。大量研究表明，增施有機肥不僅可以使土壤肥力得到提升，而且可以調節土壤微生物群落結構和土壤理化性質[8]，繼而改善植物根際環境，促進作物健康生長，最終實現增產增收[9]。溫延臣等[10]研究發現，相較于單施化肥，連續3 a 利用有機肥部分替代化肥后，土壤中有機質含量和全氮指標顯著升高。呂品[11]研究表明，增施有機肥可調節鹽堿土，促進其脫鹽，并防止返鹽。楊明等[12]研究表明，通過施用有機肥土壤pH 顯著下降，鹽基離子組分也變化明顯，且氮、磷、鉀、有機質含量等顯著提高，揭示了有機肥改良蘇打鹽堿土的效果。而且長期施用有機肥可改變土壤粒級組成，促進土壤團粒結構的形成[13]。周偉紅[14]則研究表明，增施有機肥可以促進土壤容重降低、孔隙度增大、透水性增強、鹽分淋洗下移。目前，相較于液態有機肥來說，針對固態有機肥的相關研究較多。其實，液態有機肥在平衡肥料補給和促進作物吸收方面優勢更為明顯，可大大提高有機肥的利用率[15]。植物會通過調節自身生理生化等代謝活動來應對鹽堿脅迫，根的生長情況和活力直接反映植物生長狀況[16]，同時一些植物酶活性高低變化也反映了植物抗逆過程，如葉片中抗壞血酸過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過氧化物酶等顯著升高以應對逆境變化[17-19]；同時植物體內的脯氨酸和可溶性糖等物質含量的變化也可作為反映植物抗逆的重要生理指標[20-21]。

本研究通過在中度鹽堿脅迫下，設置不同施肥處理進行燕麥種子萌發試驗和盆栽試驗，研究液態有機肥對燕麥種子萌發、植株生長的影響，并對不同處理下的燕麥植株和土壤分別進行酶活力測定和土壤理化性質分析，旨在為液態有機肥施用在促進作物生長、提高抗逆性、改良土壤等作用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

將土壤、蛭石、營養土按體積比1∶1∶1 混合作為供試土壤。供試燕麥品種為白燕2 號，由烏蘭察布市農林科學研究所提供。供試液態有機肥（LOF，總氮0.62%、磷P2O50.29%、鉀K2O 1.64%）由江蘇太古合一環境管理有限公司提供。供試化肥為磷酸二銨，由內蒙古自治區農牧業科學院提供。供試鹽堿脅迫溶液為按比例配制pH 值為8.55 的混合鹽堿溶液，成分含量分別為0.3% NaCl、2.7% Na2SO4、2.7% NaHCO3、0.3% Na2CO3。

乙醇、氯化鈉、氫氧化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉等，購于天津市凱通化學試劑有限公司。

1.2 種子萌發試驗

挑取飽滿燕麥種子，將其進行表面消毒處理，用2%的次氯酸鈉表面消毒30 s，再用75%的乙醇表面消毒2 min，無菌水沖洗干凈。將種子在無菌條件下分別在不同施肥處理條件的溶液中浸泡8 h。試驗共設5 個施肥處理，分別為：16%LOF.取50 mL離心管，加入8 mL 液態有機肥后用純凈水定容至50 mL；48%LOF.取50 mL 離心管，加入24 mL 液態有機肥后用純凈水定容至50 mL；80%LOF.取50 mL 離心管，加入40 mL 液態有機肥后用純凈水定容至50 mL；化肥（CF1）.取50 mL 離心管，加入磷酸二銨17 g 后用純凈水定容至50 mL，搖勻；對照.50 mL 純凈水。在無菌培養皿中，利用鹽堿脅迫液浸濕紙床來模擬中度鹽堿脅迫環境進行試驗，紙床使用保水性和吸水性效果好的無菌濾紙。每處理組30 粒燕麥種子，重復3 次，于室溫下培養7 d 測定其發芽率、根長、莖長。

1.3 盆栽試驗

種子處理同1.2。試驗共設置5 個施肥處理，16%LOF、48%LOF、80%LOF 處理配制方式同1.2，化肥（CF2）處理按照焦彥強等[22]的研究結果，即1 kg 土中加入磷酸二銨6 g，以50 mL 純凈水為對照，各處理均設3 次重復，每個花盆里種30 粒燕麥種子。每個培養盆土壤為1 kg，將鹽堿脅迫液加入土壤2 d 后，將各處理50 mL 溶液加入鹽堿土中，每隔1 d澆灌一次鹽堿脅迫液，每次500 mL。每日記錄燕麥出苗數及株高，第4 天測定發芽勢，第7 天測定發芽率，20 d 后測定根長、莖粗，每處理隨機選取5 株測定鮮質量和干質量；隨即收獲進行根活性和植株葉片酶活力測定。

根系活性還原強度測定按照根的活力檢測試劑盒（北京索萊寶科技有限公司）說明書嚴格進行。抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性測定均按照檢測試劑盒（上海優選生物科技有限公司）的說明書嚴格進行操作。脯氨酸（PRO）、丙二醛（MDA）、可溶性糖含量均按照相應的檢測試劑盒（上海優選生物科技有限公司）說明書嚴格進行測定。

1.4 土壤理化性質測定

盆栽試驗20 d 后收集土壤樣品，將所收集土樣風干、研磨過篩后，將土和水按照1∶5 的比例置于250 mL 干燥三角瓶中，充分振蕩5 min 后過濾2 次移至干燥容器中，使用臺式pH 計進行pH 值測定。采用碳酸氫鈉/氟化鈉鹽酸浸提，鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量；采用乙酸銨浸提火焰光度計法測定速效鉀含量；采用堿解擴散法測定堿解氮含量；采用電極法測定電導率。

1.5 數據分析

試驗數據利用Excel 軟件進行整理，利用SPSS 25.0 軟件采用Duncan 氏新復極差法進行差異性檢驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥種子的影響

由圖1 和表1 可知，中度鹽堿溶液脅迫下，各施肥處理與CK 相比，均提高了燕麥種子發芽率，并促進根長和莖長生長。其中，80%液態有機肥處理的效果最好，其燕麥發芽率、根長、莖長分別較CK 增加了39.4%、41.0%、51.3%。

表1 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥種子發芽率、根長、莖長的影響Tab.1 Effect of fertilization on seed germination rate，root length， and stem length of oat under moderate saline-alkali stress

圖1 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥種子萌發的影響Fig.1 Effect of fertilization on oat seed germination under moderate saline-alkali stress

2.2 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥生長指標的影響

從表2 可以看出，在中度鹽堿脅迫下，與CK 相比，各處理組均具有明顯的促生效果，發芽率和發芽勢均高于CK。在中度鹽堿脅迫下，48%、80%液態有機肥處理的出苗率均顯著高于其他處理（P＜0.05），分別較CK 提高了40.1% 和42.3%；16%、48%、80% 液態有機肥處理和化肥處理的發芽勢較CK 分別顯著提高40%、150%、160%、140%（P＜0.05）。

表2 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥發芽率、發芽勢的影響Tab.2 Effect of fertilization treatments on oat germination rate and germination potential under moderate saline-alkali stress %

由表3 可知，在第5 天，化肥處理的株高顯著高于其他處理（P＜0.05），較CK 提高了32.4%；但在第8 天后48%、80%液態有機肥處理的株高顯著高于化肥處理和CK，其中，80%液態有機肥處理在第8、10、15、20 天的促生效果最好，較CK 株高分別提高45.5%、63.5%、51.0%、54.9%。

表3 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥株高的影響Tab.3 Effect of fertilization on oat plant heigt under moderate saline-alkali stress cm

由表4 可知，在中度鹽堿脅迫下，80%液態有機肥處理的根長、莖粗、鮮質量和干質量均顯著高于其他處理（P＜0.05），且分別比CK 提高36.8%、85.7%、30.4%、66.7%。

表4 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥生長指標的影響Tab.4 Effect of fertilization on oat growth indexes under moderate saline-alkali stress

2.3 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥生理生化的影響

中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥根系活性還原強度的影響如圖2 所示。

圖2 中度鹽堿脅迫下施肥對燕麥根系活性還原強度的影響Fig.2 Effect of fertilization on reduction intensity in oat roots under moderate saline-alkali stress

由圖2 可知，各處理組與CK 相比，根系活性還原強度均有所提高，液態有機肥3 個處理對燕麥根活性的影響效果明顯，16%、48%、80%液態有機肥處理的根系活性還原強度分別比CK 顯著提高了10.4%、17.6%、22.1%（P＜0.05）。

由表5 可知，各處理組的葉片APX 活性與CK相比均顯著提高（P＜0.05），其中，48%、80%液態有機肥處理組分別比CK 提高33.2%和87.1%。各處理組葉片POD、CAT、SOD 活性與CK 相比均顯著提高（P＜0.05），其中，16%、48%、80%液態有機肥處理的POD 活性分別比CK 提高了26.3%、31.5%、45.6%，CAT 活性分別比CK 提高了4.9%、13.2%、19.5%，SOD 活性分別比CK 提高20.9%、33.3%、72.6%。

表5 中度鹽堿脅迫下施肥對植株葉片酶活性的影響Tab.5 Effect of fertilization on plant leaves enzyme activity under moderate saline-alkali stress U/g

由表6 可知，各處理組葉片脯氨酸含量、可溶性糖含量與CK 相比均顯著提高（P＜0.05），其中，16%、48%、80%液態有機肥處理的脯氨酸含量分別比CK 提高了5.3%、18.6%、39.1%，可溶性糖含量分別比CK 提高了13.0%、67.4%、125.0%；各處理組葉片MDA 含量與CK 相比均顯著下降（P＜0.05），其中，16%、48%、80%液態有機肥處理的MDA 含量分別比CK 降低了21.4%、31.9%、52.3%。

2.4 中度鹽堿脅迫下不同施肥對土壤pH 的影響

從圖3 可以看出，收獲期各處理pH 均顯著低于播種前的pH，其中，收獲期各液態有機肥處理的土壤pH 均顯著低于對照組和化肥處理組的土壤pH，說明液態有機肥具有一定的改良堿性土壤的作用。

圖3 中度鹽堿脅迫下施肥對土壤pH 的影響Fig.3 The effect of fertilization treatments on soil pH under moderate saline-alkali stress

由圖4 可知，化肥處理的電導率最高，而各液態有機肥處理中80%液態有機肥的電導率略低于CK，比CK 降低了8.2%，48%液態有機肥處理的電導率與CK 間沒有差異，16%液態有機肥處理的電導率略高于CK。整體上說明，液態有機肥的施入并未顯著改變土壤溶液中的總離子濃度，相較于化肥來說，對于土壤環境更為友好。

圖4 中度鹽堿脅迫下施肥對土壤電導率的影響Fig.4 The effect of fertilization treatments on soil conductivity under moderate saline-alkali stress

2.5 中度鹽堿脅迫下施肥對土壤速效磷、速效鉀、堿解氮的影響

由表7 可知，化肥處理后的土壤中速效磷和堿解氮含量顯著高于其他處理和對照（P＜0.05）；但48%、80%液態有機肥處理組的速效鉀含量較高，均顯著高于化肥組和對照組（P＜0.05），且隨著稀釋濃度升高而增高。80%液態有機肥和化肥處理組的速效磷均與對照間差異顯著（P＜0.05），分別較CK 提高了22.5% 和1 691%；16%、48%、80%液態有機肥和化肥處理組的堿解氮、速效鉀均與對照間差異顯著（P＜0.05），堿解氮較對照分別提高了52.5%、81.5%、30.1%、83.8%；速效鉀較對照分別提高了48.3%、184%、519%、98.9%。

3 結論與討論

本研究的種子萌發和盆栽試驗表明，施用液態有機肥能夠促進燕麥種子萌發和植株生長，80%液態有機肥處理與化肥施用和對照相比，顯著提高了燕麥種子萌發和植株生長；施用有機肥能夠顯著提高植物長勢，如有學者發現，施用有機肥可顯著提高棉花和木薯的長勢[23-24]，與本研究結果較為一致。

有研究發現，在鹽堿脅迫下，施用有機肥能夠提高植物抗逆能力，通過改變細胞的滲透調節物質含量如脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等來提高細胞滲透勢，或通過提高過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶的活性來提高抗逆性[25-26]。本研究中，液態有機肥施用后植物根系活性還原強度、葉片中抗壞血酸過氧化物酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶的活性和脯氨酸及植物可溶性糖含量均顯著提高，表明有機肥施用提高了植物應對鹽堿脅迫的能力。

有機肥富含大量有益菌和作物所需微量元素，能夠均衡土壤養分，促進土壤固定態元素釋放，改善土壤結構[27]，有機肥的使用有利于土壤有機質的恢復和肥力的增加[28]。本研究中，液態有機肥施用后，顯著降低了土壤pH 值，提高了速效鉀含量，對鹽堿性土壤具有一定的改良效果。48%、80%液態有機肥處理組的速效鉀含量較高，均顯著高于化肥和對照，且隨著液態有機肥體積分數升高而增高，一般來說，土壤中速效鉀含量越高，作物的生長和產量就越高；電導率測定中，液態有機肥處理與CK差異不大，且80% 液態有機肥的電導率略低于CK，說明液態有機肥的施入并未顯著改變土壤溶液中的總離子濃度，相較于化肥來說，對于土壤環境更為友好。

綜上所述，在中度鹽堿脅迫下，液態有機肥相比于化肥能促進燕麥萌發和生長，提高植物抗逆性，提高土壤肥力，改良鹽堿地土壤理化性質，在改良鹽堿地促進燕麥高效種植中具有廣闊前景。