馬彤彤，陳 莉，萬華龍，李 津，劉連濤，孫紅春，張永江，白志英，李存東

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 河北省作物生長調(diào)控實驗室，河北 保定 071001；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河北 保定 071001)

棉花屬于錦葵科棉屬，是世界上重要的經(jīng)濟作物，在中國及世界經(jīng)濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位[1]。氮素作為農(nóng)作物生育時期必需的大量營養(yǎng)元素之一，對其生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)優(yōu)劣具有極其重要的調(diào)控作用[2-3]。植物主要吸收2種形態(tài)的無機氮素，即銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO3--N)[3-4]。在旱作土壤中，以NO3--N形態(tài)存在為主，而在酸性土壤或淹水條件下，則以NH4+-N形態(tài)存在為主。在土壤中硝態(tài)氮在降水或灌水后易隨水土流失，造成地下水污染和氮肥利用效率降低，與此同時經(jīng)過反硝化作用釋放N2也會造成空氣污染。銨態(tài)氮經(jīng)過硝化作用很快轉(zhuǎn)化為NO3-，造成硝酸鹽污染，過量的銨態(tài)氮也會對植物產(chǎn)生毒害作用[5]。因此，合理配施銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO3--N)對提高作物氮肥利用率和減少環(huán)境污染意義重大。

增銨營養(yǎng)又稱為混合氮營養(yǎng)，即通過采取一定的方法增加根系環(huán)境NH4+的濃度。在水培試驗中通過改變NH4+-N 和NO3--N的比例達(dá)到增銨目的，而在大田試驗中則通過加入硝化抑制劑達(dá)到增銨效果[6]。據(jù)報道，增銨營養(yǎng)對作物、蔬菜的形態(tài)與生理產(chǎn)生了顯著的調(diào)控效應(yīng)。胡琳莉等[7]利用水培試驗發(fā)現(xiàn)，大白菜幼苗增銨處理的葉面積、株幅、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別比單硝處理提高了33.8%，30.5%，77.9%，72.9%。Sun等[8]發(fā)現(xiàn)，氮肥中加入硝化抑制劑明顯提高了水稻產(chǎn)量和氮肥利用率。Duan等[9]研究表明，增銨營養(yǎng)提高了水稻的生物量以及總N的積累量。張淑英等[10]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下，增銨營養(yǎng)顯著提高了棉花氮素養(yǎng)分含量，促進(jìn)棉苗生長，并且通過提高GS、GOGAT等氮代謝相關(guān)酶活性，增強棉花幼苗對低溫的抗性。鐘麗華等[11]結(jié)果表明，增銨營養(yǎng)提高了芥藍(lán)產(chǎn)品器官Vc、可溶性糖和可溶性蛋白含量，并且隨著NH4+-N /NO3--N的增加，芥藍(lán)硝酸鹽累積量逐漸降低，進(jìn)而表明增銨營養(yǎng)改善了芥藍(lán)的品質(zhì)。近年來，由于環(huán)境污染加劇，空氣質(zhì)量急劇惡化(pm2.5)，人們在關(guān)注增銨營養(yǎng)提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量的同時，也開始關(guān)注空氣質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，增銨營養(yǎng)(尿素中加入硝化抑制劑)可以提高作物產(chǎn)量和氮素利用率，同時也可以減少空氣中NH3以及N2O氣體的排放[12-15]。目前，增銨營養(yǎng)已成為國內(nèi)外專家的研究熱點之一，但對棉花形態(tài)的影響則研究甚少。

本試驗采用水培方法，對棉花形態(tài)特征與增銨營養(yǎng)中NH4+/NO3-的關(guān)系進(jìn)行探討，旨在為指導(dǎo)田間棉花種植、開發(fā)環(huán)境友好型肥料提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 植株培養(yǎng)與營養(yǎng)液配置方法

選用農(nóng)大棉601(ND601)品種作為供試材料，于2017年3-10月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)溫室進(jìn)行試驗。設(shè)5個NH4+-N /NO3--N配比，分別是0/100，25/75，50/50，75/25，100/0。營養(yǎng)液參照Hoagland營養(yǎng)液，并略作修改(表1)。微量元素按照Hammer等[16]的方法配制。

表1 增銨營養(yǎng)液配制方法Tab.1 Method of ammonium nutrient solution

選取健壯棉花種子，用75%酒精消毒15～20 min，再用蒸餾水沖洗數(shù)次，于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h，溫度為25 ℃。之后選取露白種子播于盛有蛭石的小花盆中，每盆3粒，于溫室中育苗，定期澆水。待幼苗長至二葉一心時移至營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)。營養(yǎng)液每3 d換一次，初次移入1/4濃度，依次更換為1/2濃度和全營養(yǎng)液。待幼苗長至三葉一心時開始進(jìn)行不同NH4+-N 與NO3--N配比處理?？偟獫舛葹?.0 mmol/L，每個處理60株。水培容器為體積約800 mL的黑色不透明塑料盆，加蓋帶孔泡沫板，每盆1株棉苗，用海綿包莖方式固定植株。其間每天將pH值調(diào)至6.0～6.5。

1.2 測定項目

增銨處理后，分別在7，14，21 d每個處理隨機選取5株長勢一致并具有代表性的棉苗植株，測量株高、莖粗、葉面積、主根長等形態(tài)指標(biāo)。在增銨處理第21天，每個處理選取5株長勢一致并具有代表性的棉花幼苗，摘除綴芽，分解為根、莖、葉3部分，放置烘箱105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒重，測量其總干質(zhì)量和各器官干質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 21軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 增銨營養(yǎng)對棉花幼苗株高的影響

由圖1可知，隨著生育期的進(jìn)行，棉花株高逐漸增高，在增銨營養(yǎng)處理7～14 d時，棉花株高生長較快，在14～21 d時株高增長緩慢，但均在21 d時表現(xiàn)最高；但隨著營養(yǎng)液中NH4+濃度的增大，棉花株高呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢。其中，在增銨營養(yǎng)處理7 d時，NH4+/NO3-為50/50處理的棉苗株高最高，并顯著高于其他4個處理；在增銨營養(yǎng)14 d時，NH4+/NO3-為25/75的棉苗株高最高，除與NH4+/NO3-為50/50的處理無顯著差異外，顯著高于其他3個處理；在增銨營養(yǎng)21 d時，NH4+/NO3-比為25/75處理的株高最高，單硝營養(yǎng)處理次之，單銨營養(yǎng)處理最低。由此表明，在棉花不同生長發(fā)育時期，不同的NH4+/NO3-配比對株高的影響不同，總體而言，混合態(tài)氮素明顯促進(jìn)了棉苗的株高增長。

直方柱上標(biāo)注不同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖2-4同。Different letters above the bars mean significant differences(P<0.05).The same as Fig.2-4.

2.2 增銨營養(yǎng)對棉花幼苗莖粗的影響

由圖2可知，隨著生育時期的進(jìn)行，棉花莖粗逐漸增加，在增銨營養(yǎng)處理7～14 d時，棉花莖粗增長較慢，在14～21 d時莖粗增長較快，同樣在21 d時表現(xiàn)最粗；但隨著營養(yǎng)液中NH4+濃度的增大，棉花莖粗與株高表現(xiàn)類似，同樣呈現(xiàn)先增高后降低的變化趨勢。其中，在增銨營養(yǎng)處理7，14 d時，NH4+/NO3-為50/50處理的棉苗莖粗最大，均顯著高于單銨處理；在增銨營養(yǎng)21 d時，NH4+/NO3-為50/50處理的莖粗最大，除與NH4+/NO3-為25/75處理無顯著差異外，均顯著高于其他3個處理。由此表明，不同的NH4+/NO3-配比對棉花的莖粗影響不同，其中，NH4+/NO3-為50/50時，對棉花莖粗具有明顯促進(jìn)作用。

圖2 不同NH4+NO 3-比例下棉花莖粗的變化Fig.2 Change of plant stem of cotton underdifferent NH4+NO3-ratios

2.3 增銨營養(yǎng)對棉花幼苗葉面積的影響

葉片是植物進(jìn)行光合作用的重要部位，葉面積的大小直接影響著有機物的積累。由圖3可知，隨著棉花生育期的進(jìn)行，葉面積逐漸增大，在增銨營養(yǎng)處理7～14 d時，棉花葉面積增長較快，在14～21 d時增長緩慢，但均在21 d時表現(xiàn)最大；但隨著營養(yǎng)液中NH4+濃度的增大，棉花葉面積與株高、莖粗表現(xiàn)類似，亦呈現(xiàn)先增高后降低的變化趨勢。其中，在增銨營養(yǎng)處理7 d時，NH4+/NO3-為50/50處理的棉苗葉面積最大，除與NH4+/NO3-為75/25的處理無顯著差異外，均顯著高于其他3個處理；在增銨營養(yǎng)14 d時，NH4+/NO3-為50/50的棉苗葉面積最大，顯著高于單銨營養(yǎng)處理，單銨營養(yǎng)處理最低；在增銨營養(yǎng)21 d時，NH4+/NO3-為50/50處理的葉面積最大，除與NH4+/NO3-為25/75的處理無顯著差異外，均顯著高于其他3個處理，單銨營養(yǎng)處理最低，可能是單銨處理抑制了葉片增長。由此表明，不同的NH4+/NO3-配比對棉花的葉面積影響不同，混合態(tài)氮素促進(jìn)了棉苗的葉面積增大，進(jìn)而有利于光合作用的進(jìn)行和有機物的積累。

圖3 不同NH4+NO3-比例下棉花葉面積的變化Fig.3 Change of plant leaf area of cotton undedifferent NH4+NO3-ratios

2.4 增銨營養(yǎng)對棉花幼苗主根長的影響

根系是植物與土壤接觸的主要地下器官，起著吸收水分和無機鹽的作用，進(jìn)而與地上部的生長和發(fā)育密切相關(guān)。由圖4可知，隨著棉花生育時期的進(jìn)行，棉花主根長呈現(xiàn)增長趨勢，在增銨營養(yǎng)21 d時主根最長。隨著營養(yǎng)液中NH4+濃度的增加，棉花主根長亦呈現(xiàn)增長趨勢，其中單硝處理的主根長最短，單銨處理的主根長最長。在增銨營養(yǎng)7，14，21 d時，單銨與其他4個處理均有顯著性差異。由此表明，不同的NH4+/NO3-配比對棉花的主根長影響不同，其中單銨處理對主根長的促進(jìn)作用最為明顯。

2.5 增銨營養(yǎng)對棉花幼苗干物質(zhì)分配和根冠比的影響

干物質(zhì)是衡量植物有機物積累的一個重要指標(biāo)。從表2可以看出，在增銨營養(yǎng)21 d時，不同處理棉苗根莖葉干物質(zhì)的分配各不相同。隨著增銨營養(yǎng)液中NH4+濃度的增加，總干質(zhì)量、根干質(zhì)量、莖干質(zhì)量、葉干質(zhì)量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，并且均在NH4+/NO3-為75/25處理時達(dá)到最大，而后依次是50/50，25/75，0/100，100/0處理。而根冠比卻隨著增銨營養(yǎng)液中NH4+濃度的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，且單銨營養(yǎng)處理時根冠比最大。在NH4+/NO3-為75/25處理時，總干質(zhì)量除與NH4+/NO3-為50/50處理無顯著性差異外，均顯著高于其他3個處理；根干質(zhì)量和根冠比與其他處理無顯著差異；莖干質(zhì)量和葉干質(zhì)量在NH4+/NO3-為75/25處理時，均與單硝處理和單銨處理有顯著性差異，莖干質(zhì)量分別比單硝處理和單銨處理增加30.86%，50.94%，葉干質(zhì)量分別比單硝處理和單銨處理增加24.96%，67.69%，表明混合態(tài)氮素促進(jìn)了棉苗莖、葉干物質(zhì)分配。

圖4 不同NH4+NO3-比例下棉花主根長的變化Fig.4 Change of main root length of cottonunder different NH4+NO3-ratios

表2 不同NH4+NO3-比例對棉花干物質(zhì)積累及根冠比的影響Tab.2 Effects dry matter accumulation and root to shoot ratio of otton plants under different NH4+NO3-ratios

注：同一列的不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。
Note：The different small letters after data in the same column mean significant difference at P<0.05.

3 結(jié)論與討論

研究表明，不同銨硝配比在不同外界環(huán)境條件下對作物生長的影響各異。劉英杰等[17]結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在大田栽培中敏感型、次敏感型和鈍感型3種小麥類型均在返青期內(nèi)，NH4+/NO3-為25/75處理的麥苗株高、葉面積指數(shù)最大；趙麗莉等[18]研究結(jié)果表明，黃芩種子發(fā)芽率和幼苗株高也均在NH4+/NO3-為25/75時最高；董寶珠等[19]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貪舛冗_(dá)到700 mg/L 時，銨態(tài)氮與硝態(tài)氮各占50%處理的煙苗的地上部葉長和葉寬最大；宋世威等[20]研究表明，營養(yǎng)液中適量增銨(25%)，芥藍(lán)株高、莖粗和菜薹鮮質(zhì)量均為最大。本試驗結(jié)果表明，棉花幼苗株高在增銨營養(yǎng)處理7 d，NH4+/NO3-為50/50處理的棉苗植株最高；在增銨營養(yǎng) 14，21 d，NH4+/NO3-為25/75處理的棉苗植株最高；并且在棉花的不同生育時期，NH4+/NO3-為50/50處理的棉苗莖粗、葉面積最大，這與前人的研究結(jié)果較為一致。表明混合氮素對農(nóng)大棉601植株的株高、莖粗、葉面積均有促進(jìn)作用，且不同生育時期、不同的銨硝配比對棉花各器官的生長影響不一。隨著增銨營養(yǎng)液中NH4+濃度的增加，棉花株高、莖粗、葉面積均呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，表明增銨營養(yǎng)大于50%時則明顯抑制了棉苗的生長，抑制程度隨銨態(tài)氮比例的增大而愈加明顯，這可能是由于NH4+產(chǎn)生了阻遏作用，或者產(chǎn)生了銨鹽毒害[20-23]，從而進(jìn)一步說明棉苗的地上部對NH4+/NO3-比例較為敏感，株高較莖和葉的反應(yīng)更為敏感。

生物量是代表植物生長發(fā)育的數(shù)量指標(biāo)。隨著增銨營養(yǎng)液中NH4+濃度的增加，總干質(zhì)量、根干質(zhì)量、莖干質(zhì)量、葉干質(zhì)量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，表明與單一形態(tài)氮素相比，增銨營養(yǎng)能夠提高作物的干物質(zhì)量，這與前人的研究結(jié)果[11，24-25]較為一致。這可能是由于增銨營養(yǎng)促進(jìn)了植株對N的吸收和同化，提高了氮利用率，增加了植株體內(nèi)總氮濃度，提高了光合速率，進(jìn)而促進(jìn)了作物干物質(zhì)的積累。盧穎林[5]認(rèn)為，在全根培養(yǎng)下，NH4+/NO3-為75/25時番茄幼苗地上部生物量最大。喬旭等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在 0，100，200 mmol/L 3個 NaCl濃度條件下，棉苗葉、莖、根的干物質(zhì)量均表現(xiàn)為銨硝混合營養(yǎng)處理(NH4+/NO3-為 50/50 和 75/25)顯著高于單銨或單硝營養(yǎng)；鄧蘭生等[27]通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，滴施NH4+/NO3-為75/25的氮肥，馬鈴薯葉片質(zhì)量、地上莖質(zhì)量、根系質(zhì)量以及總生物量最大。本試驗結(jié)果表明，棉花幼苗總干質(zhì)量、根干質(zhì)量、莖干質(zhì)量、葉干質(zhì)量在NH4+/NO3-為75/25處理時均達(dá)到最大值，莖干質(zhì)量和葉干質(zhì)量在NH4+/NO3-為75/25處理時，與單硝處理和單銨處理有顯著性差異，表明增銨營養(yǎng)對棉花干物質(zhì)量的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在地上部，而對地下部促進(jìn)作用并不明顯。單銨處理根冠比最大，主根長最長，表明單銨處理促進(jìn)了根系的生長，可能是由于地上部感受到了NH4+的刺激信號，調(diào)節(jié)碳水化合物向根系的運送，從而促進(jìn)了根系的生長。而株高、莖粗、葉面積均為增銨營養(yǎng)高于單硝處理，單硝處理高于單銨處理，表明銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對棉花地下部和地上部器官生長具有不同的作用機制，混合態(tài)氮素更利于棉苗的地上部生長。

綜上所述，不同形態(tài)氮素配比對棉花不同生長時期和不同器官的促進(jìn)作用以及物質(zhì)的分配產(chǎn)生不同的影響。增銨營養(yǎng)總體促進(jìn)了棉花幼苗的生長和有機物的積累，因此，在今后棉花生產(chǎn)實踐中施用氮肥時，應(yīng)合理配施不同形態(tài)氮素，在棉花苗期主要施用NH4+/NO3-為50/50的肥料，當(dāng)棉花營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長時，應(yīng)該施用NH4+/NO3-為75/25的肥料。