黃炳川，楊瑩攀，龔珂寧，張 楠，王興鵬

（1.塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆阿拉爾843300；2.塔里木大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾843300）

土壤鹽漬化是全球性問(wèn)題，全球鹽漬土面積[1]約3.97 億hm2。而我國(guó)鹽漬土面積約為3 665.8 萬(wàn)hm2，占我國(guó)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(nóng)田灌溉計(jì)劃因受到鹽堿化問(wèn)題的影響，降低或限制著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的生產(chǎn)能力和可持續(xù)發(fā)展性。人口發(fā)展趨勢(shì)和未來(lái)的預(yù)測(cè)表明，人類(lèi)生活會(huì)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(guān)問(wèn)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(chǎn)量，對(duì)南疆地區(qū)鹽漬化土壤改良具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

黃腐酸是腐殖酸類(lèi)中分子量較低的一種水溶性有機(jī)物，是一種天然的高分子有機(jī)酸，也是有機(jī)肥中的活性成分[4]。它屬于芳香族羥基羧酸類(lèi)物質(zhì)[5]，含有羧基、酚羥基和醌基等多種活性基團(tuán)，具有較強(qiáng)的絡(luò)合、螯合和表面吸附能力[6]。黃腐酸不僅能夠改良土壤，促進(jìn)作物側(cè)根生長(zhǎng)，還能引起與非生物脅迫耐性有關(guān)的植物初級(jí)和次生代謝的變化，共同調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)[7,8]。也可以通過(guò)調(diào)控逆境脅迫下植物的新陳代謝，增強(qiáng)作物抗逆性能和改善作物品質(zhì)[9,10]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中表現(xiàn)出高效率、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。還可以清除或降低環(huán)境中多種有害物質(zhì)的脅迫，有利于保護(hù)環(huán)境，是一種具有可持續(xù)性發(fā)展特點(diǎn)的新型生物技術(shù)。近年來(lái)，施加黃腐酸在農(nóng)作物上如玉米[11,12]、小麥[13,14]和番茄[15]等的研究中已有報(bào)道，應(yīng)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(zhì)，還能增加作物出苗率和產(chǎn)量。針對(duì)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(xué)、工程、生物及其綜合調(diào)控手段已被廣泛應(yīng)用并用于驗(yàn)證[18,19]。無(wú)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(shí)，鹽分隨水分蒸發(fā)在土壤內(nèi)產(chǎn)生聚積現(xiàn)象，對(duì)棉花生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面作用。因此，需要施用黃腐酸以改善南疆鹽漬化棉田和滿(mǎn)足無(wú)膜滴灌棉花的生長(zhǎng)發(fā)育。

本研究以無(wú)膜棉花品種“中棉619”為研究對(duì)象，針對(duì)南疆鹽漬土棉田，開(kāi)展了施加黃腐酸對(duì)土壤鹽分分布、無(wú)膜滴灌棉花生理生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響試驗(yàn)，旨在為黃腐酸在南疆鹽漬土土壤改良及提高南疆無(wú)膜滴灌棉花產(chǎn)量上的應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年4-10月在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師阿拉爾市水利局十團(tuán)節(jié)水灌溉試驗(yàn)站(81°17′56.52″ E，40°32′36.90″N，海拔1 014 m)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)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(fā)量在2 100 mm 左右，相對(duì)濕度47%～60%。全年≥10 ℃積溫約為4 000 ℃，全年無(wú)霜期220 d 左右，地下水埋深在3 m 左右。試驗(yàn)站土壤質(zhì)地以沙壤土為主，透氣性較好，土壤基本物理性質(zhì)見(jiàn)表1[20]。

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

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(guò)ET0-P（降雨量）控制灌溉，依據(jù)前人研究成果，當(dāng)累計(jì)值達(dá)到45 mm 時(shí)進(jìn)行灌溉，ET0計(jì)算公式[21]如下：

式中：ET0為參考作物蒸發(fā)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(jì)常數(shù)，kPa/℃；T為日均氣溫，℃；μ2為距地面2 m高處風(fēng)速，m/s；es為飽和水汽壓，kPa；ea為實(shí)際水汽壓，kPa；△為溫度-飽和水汽壓關(guān)系曲線(xiàn)T處的切線(xiàn)斜率，kPa/℃。

氣象數(shù)據(jù)由試驗(yàn)站HOBO 自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)獲取，試驗(yàn)周期內(nèi)田間氣象數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 2020年氣棉花生育期內(nèi)氣象數(shù)據(jù)Fig.1 Meteorological data during the growth period of cotton in 2020

試驗(yàn)設(shè)定的黃腐酸濃度為15 kg/hm2[22]，在棉花生育期內(nèi)隨水滴施共10 次，田間管理措施如施肥、打藥等均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)田管理方式保持一致。采用測(cè)坑小區(qū)試驗(yàn)，規(guī)格為2 m×3.3 m×3 m（深）的有底測(cè)坑，共設(shè)置3 個(gè)鹽分梯度，土壤電導(dǎo)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(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。棉花行距配置為10 cm+66 cm+10 cm，株距10 cm[23]。試驗(yàn)處理見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)處理Tab.2 Experimental treatment

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）棉花株高、莖粗測(cè)定。自棉花苗期開(kāi)始，每處理3個(gè)重復(fù)小區(qū)內(nèi)各隨機(jī)標(biāo)記3 株長(zhǎng)勢(shì)均勻的棉花樣株，共9 株，從棉花頂部生長(zhǎng)點(diǎn)到第一片子葉處，每隔10 d 用鋼尺（1 mm）測(cè)量一次棉花株高；每隔10 d 用電子游標(biāo)卡尺（0.01 mm）測(cè)定一次棉花莖粗。

（2）棉花光合特性測(cè)定。分別在棉花苗期、蕾期、花鈴前期、花鈴后期對(duì)棉花光合特性進(jìn)行測(cè)定，選擇生長(zhǎng)健康、長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)病斑、光照均一的同一葉位（棉花倒四葉），使用美國(guó)Li-6400XT光合儀進(jìn)行測(cè)定。主要測(cè)定指標(biāo)包括葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）。

（3）棉花干物質(zhì)測(cè)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(gè)小區(qū)隨機(jī)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(chēng)各部分干物質(zhì)量。

（4）土壤電導(dǎo)率（EC）測(cè)定。于每個(gè)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(diǎn)位于滴灌帶下，每個(gè)處理重復(fù)3次。將土樣烘干磨碎后過(guò)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(guò)濾2 h后用電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率（EC）值。

（5）棉花產(chǎn)量及纖維品質(zhì)測(cè)定。在棉花成熟期，對(duì)每個(gè)測(cè)坑棉花實(shí)收測(cè)產(chǎn)，同時(shí)測(cè)定棉花成鈴數(shù)及單鈴重等指標(biāo)。每個(gè)處理取樣15～20 g 皮棉，依據(jù)《棉花質(zhì)量檢驗(yàn)》中所述方法，委托農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)棉花纖維品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。

（6）灌溉水利用效率測(cè)定。棉花的灌溉水利用效率（IWUE）計(jì)算公式如下：

式中：Y為棉花總產(chǎn)量，t/hm2；D為生育期灌水量，m3/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，DPS 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD 法進(jìn)行方差分析和差異性檢驗(yàn)（α=0.05），圖表中不同的小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著，用Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用黃腐酸對(duì)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(nèi)，EC值隨土層深度的增加呈增大趨勢(shì)，變化規(guī)律較為一致。隨著棉花生育期的推進(jìn)和黃腐酸滴施次數(shù)的增加，滴施黃腐酸處理的EC值較對(duì)照處理均有明顯降低；黃腐酸對(duì)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(xiàn)較為明顯，隨棉花生育期的推進(jìn)，黃腐酸對(duì)EC值的影響效果逐漸向30 cm土層以下轉(zhuǎn)移。

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

用脫鹽率作為評(píng)價(jià)黃腐酸和灌溉協(xié)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T(mén)1、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(xiàn)為明顯的脫鹽過(guò)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(fù)值，則表現(xiàn)為積鹽過(guò)程；其中，30～40 cm 土層只有施加黃腐酸處理表現(xiàn)為脫鹽，說(shuō)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(xiàn)最好，土壤平均脫鹽率高達(dá)42.08%，T1、T2、T3處理較對(duì)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(gè)百分點(diǎn)。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(dá)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(duì)棉花生長(zhǎng)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(jìn)，棉花莖粗和株高呈先增加后趨于平緩的趨勢(shì)，而隨著土壤鹽分的增加呈減小的趨勢(shì)，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(duì)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(duì)照均有較為明顯的生長(zhǎng)加快。總體而言，施用黃腐酸在促進(jìn)棉花生長(zhǎng)方面主要體現(xiàn)在播后90 d 之前，而在打頂后（100 d），黃腐酸調(diào)節(jié)棉花生長(zhǎng)的作用相對(duì)減弱。

圖3 棉花不同時(shí)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(zhì)積累量隨著生育期的推進(jìn)呈增加趨勢(shì)，苗期和蕾期棉花處于快速生長(zhǎng)期，棉花莖葉生物量占比較高。在棉花苗期，滴施黃腐酸對(duì)于干物質(zhì)積累影響不明顯；花鈴期，棉花以生殖生長(zhǎng)為主，蕾鈴占比較高，隨著土壤鹽分的增加棉花干物質(zhì)積累量呈顯著減小趨勢(shì)。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(zhì)積累量較CK1、CK2、CK3干物質(zhì)量分別增加了1.21%、10.34%和3.91%。

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

2.3 施用黃腐酸對(duì)棉花光合特性的影響

施用黃腐酸對(duì)棉花各個(gè)生育期葉片光合特性的影響如圖5所示。從棉花整個(gè)生育期來(lái)看，棉花的Pn、Gs、Tr 等值隨棉花生育期的推進(jìn)呈先升高后下降趨勢(shì)。在棉花生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期，CK1、CK2、CK3 隨土壤鹽分升高棉花的各項(xiàng)光合指標(biāo)呈減小趨勢(shì)，相較于對(duì)照處理，施加黃腐酸處理均能不同程度提高棉花的各項(xiàng)光合指標(biāo)。

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

在棉花蕾期和花鈴前期，與對(duì)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(shí)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(shì)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(shí)，植株葉片含水量會(huì)下降，遭受水分脅迫，影響葉片的氣孔導(dǎo)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(duì)提高棉花光合特性具有一定的促進(jìn)作用。

由圖5（c）可知，施用黃腐酸對(duì)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(duì)于棉花生育期各項(xiàng)光合指標(biāo)的促進(jìn)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(duì)不同處理棉花產(chǎn)量的影響

不同處理的棉花籽棉產(chǎn)量及灌溉水利用效率（IWUE）均好于對(duì)照處理，且差異性顯著。T1、T2、T3 處理的棉花籽棉產(chǎn)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(shuō)明施加黃腐酸在提高棉花產(chǎn)量和IWUE方面具有促進(jìn)作用，見(jiàn)表4。

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

2.5 黃腐酸對(duì)不同處理棉花品質(zhì)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(zhǎng)度、伸長(zhǎng)率差異并不顯著。而不同處理的棉花整齊度指數(shù)、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度均優(yōu)于CK 處理，且差異性顯著，說(shuō)明施加黃腐酸在一定程度上能夠提升棉花品質(zhì)。

表5 黃腐酸對(duì)不同鹽分處理棉花品質(zhì)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(huì)直接影響到土壤內(nèi)的水鹽分布、土壤結(jié)構(gòu)、土壤蒸發(fā)等特征[24]。同時(shí)，改良劑中含有的微量和營(yíng)養(yǎng)元素也可以促進(jìn)棉花的生長(zhǎng)和發(fā)育[25]，并對(duì)棉花產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)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(shì)，主要是灌溉促使土壤鹽分隨水分逐漸下滲而發(fā)生遷移，導(dǎo)致鹽分向深層積累[27]。與對(duì)照相比，隨著滴施黃腐酸次數(shù)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(shuō)明黃腐酸對(duì)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(duì)于棉花生長(zhǎng)較為有利。黃腐酸在土壤中的施加量越大，作用時(shí)間越長(zhǎng)，土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的含量越大，土壤鹽分含量的降幅也會(huì)增大。因此，應(yīng)適當(dāng)增加黃腐酸的施用量，而對(duì)應(yīng)的施用量閾值還需要開(kāi)展進(jìn)一步的試驗(yàn)研究確定。

本研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酸對(duì)不同鹽分處理下棉花株高、莖粗和干物質(zhì)積累均有促進(jìn)作用。這是因?yàn)槭┘狱S腐酸對(duì)土壤鹽分有良性的調(diào)節(jié)效果，減輕了棉花根系吸收土壤中水分時(shí)鹽分脅迫的影響，提高其在鹽脅迫下的水分養(yǎng)分的吸收，提升了棉花葉片凈光合速率，進(jìn)而提高其光合能力，增加了棉花光合作用產(chǎn)物[31]，促進(jìn)了棉花各器官的生長(zhǎng)和分化[32]，從而使莖粗、株高和干物質(zhì)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(chǎn)量結(jié)果來(lái)看，施用黃腐酸能夠提高棉花IWUE和棉花產(chǎn)量等，各處理的WUE和棉花產(chǎn)量均高于CK處理；從品質(zhì)結(jié)果來(lái)看，施用黃腐酸對(duì)于棉花纖維長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度也有一定的正效應(yīng)，提升了纖維品質(zhì)，這與陳根云[38]、王樹(shù)林[39]的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

施用適量的黃腐酸可以有效調(diào)節(jié)南疆鹽漬土土壤中的鹽分，尤其對(duì)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(duì)無(wú)膜棉花生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用，同時(shí)提高了棉花葉片的凈光合速率，促進(jìn)了無(wú)膜棉花地上部干物質(zhì)的累積，有利于提高棉花的產(chǎn)量。