缓释氧肥对花铃期棉花涝害的缓解效果初探

夏远秀，朱建强，吴启侠，李晋波，张 婷

(长江大学 农学院，湖北 荆州 434025)

缓释氧肥对花铃期棉花涝害的缓解效果初探

夏远秀，朱建强*，吴启侠，李晋波，张 婷

(长江大学 农学院，湖北 荆州 434025)

在湖北江汉平原地区，棉花花铃期降水较多，棉田易遭受雨涝危害，对棉花生长和产量影响较大。为探索有效缓解棉花涝害的措施，根据棉花花铃期受重涝危害的情形，模拟棉田淹水5～10 cm持续10 d，设置T1、T2两个处理，其中T1处理为受涝前不施用缓释氧肥，T2处理则于受涝前2 d每株穴施2 g缓释氧肥，涝后观察棉花生长并测定相关生理指标，成熟季节实收计产，同时以正常管理未受涝害的棉花为对照。结果表明：涝前施入缓释氧肥能显著增加受涝棉花的株高，抑制过氧化物酶活性过度升高，减少丙二醛的累积；T1处理的棉花产量为对照的43.31%，T2处理的棉花产量为对照的50.94%，可见，涝前施入缓释氧肥可显著缓解棉花涝害，减少产量损失。

缓释氧肥； 涝害； 棉花； 花铃期

湖北江汉平原地区一直是我国重要的粮棉油产区，但由于受亚热带季风气候的影响，7、8月阴雨寡照天气多发，常造成作物涝渍灾害。严重的涝渍导致棉花产量与纤维品质大幅降低[1-2]，尤以花铃期涝渍灾害对产量影响最大[3]。因此，研究有效的涝渍防控技术对减轻灾损很重要。杨亚珍等[4]的研究结果表明，棉花受渍胁迫后 1 周追施 40 mL/株印度梨形孢菌液可促进棉花茎秆发育，增加成铃数，提高棉花产量；宋学贞[5]研究表明，喷施硝普钠可减轻棉花主茎功能叶片的膜质过氧化及膜系统损伤程度，促进棉株各器官对N、P、K养分的吸收，有利缓解水涝伤害。对旱地作物而言，作物在涝渍胁迫下关键是土壤缺氧。氧肥是对施入过湿土壤能释放氧气可缓解植物和作物遭受厌氧胁迫的化学物质的简称，可以提高种子发芽率、植物存活率并促进植物生长[6-7]，即对作物生长有类似肥料的某些功效，因此，有研究者称之为氧肥。缓释氧肥则是一种在干燥情况下比较稳定、遇水后能缓慢释放氧气的氧肥。缓释氧肥的供氧物通常是过氧化物，缓释氧肥释放的氧气进入土壤能缓解涝渍灾害造成的低氧症，能够从源头上缓解或解除淹水胁迫对植物的伤害。因此，施用缓释氧肥无疑是一种缓解作物涝渍危害的有效途径。已有研究表明，缓释氧肥对林木幼苗、短梗大参、西瓜、池杉的涝渍灾害具有缓解作用[8-11]，但将缓释氧肥用于缓解棉花涝渍灾害的研究鲜有报道。鉴于此，于2015年7月下旬至8月上旬进行了棉花涝前施入缓释氧肥的试验，研究了缓释氧肥对棉花涝渍灾害的缓解效果，以期探索缓解棉花涝害的有效措施，为棉花涝渍防控提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况及供试材料

试验地位于地处江汉平原腹地的长江大学试验基地(30°21′N、112°09′E，海拔32 m)。该区域属东部季风农业气候大区、北亚热带农业气候带、长江中下游农业气候区，年平均气温16.5 ℃，≥10 ℃积温5 094.9～5 204.3 ℃·d，年均降水量 1 095 mm，年均日照时数 1 718 h。试验地土壤为中壤，碱解氮、速效磷、速效钾的含量分别为58.32、62.56、97.52 mg/kg，pH值8.03。

供试棉花品种为中国农业科学院棉花研究所选育的中棉所63。试验所用的缓释氧肥是自制肥料，由基本材料和粘合剂制成。基本材料是以硅藻土为填充物、过氧化钙为释氧肥料，填充物和释氧肥料按质量比4∶1混合，加入适量的磷酸二氢钾制成；粘合剂是由聚乙烯醇溶液、淀粉溶液按质量比3∶1混合而成；将基本材料100 g和粘合剂20 mL混合，造粒，干燥制成初成品。

1.2 试验设计

2015年5月18日将棉苗移栽到灌排可控的田间小区，每个小区面积20 m2(长10 m、宽2 m)，定植40株(行距100 cm，株距50 cm)。于7月下旬至8月上旬(花铃期)进行试验。试验设3个处理，即CK：对照，按正常生产进行种植和田间管理，无涝害；T1：7月30日受涝，保持田面淹水5～10 cm，持续 10 d，其他同CK；T2：在受涝前(7月28日)施入缓释氧肥，每株穴施2 g，施肥2 d后(7月30日)受涝，受涝起始时间以及田面淹水深度一致，其他同CK。重复3次，其中，肥料用量折算N为300 kg/hm2、P2O5为108 kg/hm2、K2O为255 kg/hm2。全部磷肥、50%的氮肥和钾肥作为基肥于棉花移栽时施入田间，剩余的氮肥和钾肥在花铃期作为追肥施入。对于T1、T2处理，于棉花受涝过程第3、6、10天取长势一致的植株主茎功能叶的倒4叶，带回实验室测定相关生理指标，同时取对照植株样作平行测定。

1.3 测定指标

1.3.1 形态指标 8月15日，在各处理区随机选10株棉花，调查其株高和果枝数。

1.3.2 生理指标 叶绿素含量采用乙醇比色法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸显色法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定[12]。

1.3.3 产量 分别于8月15日、9月15日调查各处理结铃情况，成熟后分别计产、考种。

1.4 数据处理

采用DPS软件和Excel 2003进行数据处理和制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对棉花形态指标的影响

由表1可知，花铃期涝害使棉花生长严重受阻，T1处理棉花株高较CK显著降低29.0 cm，果枝数较CK显著减少2.7个/株；涝前施入缓释氧肥(T2处理)能减缓涝害对棉花生长的影响，与T1处理相比，T2处理株高增加5.8 cm，果枝数增加了0.3个/株，但缓解效果不显著。

表1 不同处理下棉花的形态指标

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 不同处理对棉花叶片叶绿素含量的影响

从图1可以看出，受涝3 d，T1、T2处理叶绿素含量与CK相比无明显变化；从受涝第6天株叶片的叶绿素含量与CK相比出现下降趋势，表现为T1

同一时间不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同

2.3 不同处理对棉花叶片POD活性的影响

POD活性是反映植株对逆境胁迫响应的重要指标，它通过催化以过氧化物为主的氧化还原反应，减缓细胞受损程度，提高植物抗逆能力。由图2可以看出，与CK相比，棉花花铃期受涝后(T1处理)叶片POD活性极显著增加，说明在涝害胁迫下，棉花植株可通过提高其POD活性来抵御涝害引起的不良影响；涝前施用缓释氧肥(T2处理)棉花叶片的POD活性较T1处理极显著降低，说明涝前施用缓释氧肥可显著抑制受涝植株POD活性过度升高，到受涝第10天，T2处理植株中的POD活性与T1处理的差异进一步拉大，而与CK差异变小(P>0.05)。表明，涝前2 d施入缓释氧肥能够显著缓解重涝对植株的伤害，对改善植株生理代谢和涝后促进生长具有重要意义。

同一时间不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01)，下同

2.4 不同处理对棉花叶片MDA含量的影响

MDA是植物膜脂过氧化反应的重要物质，能反映膜脂过氧化反应速率和膜受损情况，其含量越高，膜的受损程度越严重。由图3可以看出，花铃期受涝3 d，T1处理棉株叶片MDA含量与CK无显著差异，表明受涝3 d尚不足以引起膜脂明显伤害；受涝6 d及6 d后，T1处理棉株叶片MDA含量极显著高于CK，表明棉花花铃期受涝6 d及以上膜脂会受到伤害；涝前施用缓释氧肥(T2处理)的棉株叶片MDA含量在受涝第6天时极显著低于未施缓释氧肥的处理，说明缓释氧肥能够减少受涝植株MDA的累积，降低涝害对膜脂的过氧化伤害。

图3 不同处理下棉花叶片的MDA含量

2.5 不同处理对棉花可溶性蛋白、可溶性糖含量的影响

可溶性蛋白是植物体内氮素存在的主要形式，是反映植物体总代谢的一个重要生理生化指标。由图4A可以看出，在受涝6 d及以内受涝植株体内可溶性蛋白含量高于CK，而到受涝第10天则低于CK，其中涝前未施缓释氧肥的植株可溶性蛋白含量最低。这首先说明，棉花花铃期受涝6 d及以内，植株能够通过自适应进行调节，并藉以可溶性蛋白的亲水胶体性质明显增强细胞的持水力，防止细胞脱水衰老；其次，受涝10 d超出了植株自身的调节能力，可溶性蛋白发生降解，含量降低，因涝导致叶片衰老的现象将难以避免；第三，涝前施用缓释氧肥可在一定程度上抑制可溶性蛋白含量下降，阻滞细胞脱水，延缓叶片衰老。

可溶性糖是植物体内的渗透调节物质，可提高细胞内溶质浓度，降低水势，使植物能从外界继续吸水保持正常生长[13]。由图4B可以看出，受涝过程中棉花叶片的可溶性糖含量变化与可溶性蛋白含量相反。在受涝6 d及以内受涝植株体内可溶性糖含量均低于CK，而到受涝第10天明显高于CK，其中涝前施用缓释氧肥的植株可溶性糖含量高于涝前未施用缓释氧肥的处理。这说明，与CK相比，在受涝6 d及以内，棉花植株内的可溶性糖处于分解阶段，其后转向可溶性糖合成阶段，是植物适应渗透调节的被动响应；同时，也说明涝前施用缓释氧肥能在一定程度上增加植株体可溶性糖含量，有利提高作物的抗涝性。

图4 不同处理下棉花叶片的可溶性蛋白、可溶性糖含量

2.6 不同处理对棉花产量的影响

棉花花铃期受重涝胁迫除了影响植株的正常代谢和生长外，最终也会反映在棉花产量上。由表2可以看出，棉花在花铃期受涝10 d的情况下，无论涝前是否施用缓释氧肥，均会造成严重减产，相对产量仅为CK的43.31%～50.94%。但是，与涝前不施缓释氧肥的处理相比，涝前施用缓释氧肥有较明显的减损效果，可使产量损失减少7.63个百分点。由于受涝过程(7月30日10:00至8月9日10:00)处于棉花秋桃形成期，因此重涝对棉花的影响主要体现在秋桃和秋后桃数量严重减少，受涝植株的秋桃数仅为对CK的9.20%～10.34%。

表2 不同处理对棉花产量的影响

注：同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

3 结论与讨论

氧在水中的扩散速率仅为空气中的万分之一，涝害胁迫降低了植物根际的氧含量，植物体内的活性氧代谢平衡遭到破坏，引起活性氧的大量积累。另外，细胞内电子传递链被阻断，细胞能荷降低，细胞质酸化，Fe2+、Cu2+等二价离子过剩导致活性氧过量积累，而这种积累会破坏质膜和叶绿体膜的结构，引起细胞膜脂过氧化，导致MDA积累。活性氧清除酶类如POD、SOD、CAT在作物适应逆境过程中都发挥着巨大作用[14-15]。本试验结果表明，渍害胁迫导致棉花叶片叶绿素含量降低、POD活性不同程度地升高、MDA积累，这与郭文琦等[16]的研究结果一致。因此，对旱作物而言，涝渍条件下根系层缺氧是作物吸收水分和养分的最大障碍。氧肥及缓释氧肥的施入在一定程度上可缓解渍水缺氧对作物的胁迫，具有缓解涝渍危害的作用，本研究也证明了这一点。本研究表明，涝前施入缓释氧肥能显著抑制受涝棉花POD活性过度增加、减少MDA累积。氧肥除有缓解涝渍危害外，其氧化功能还可显著改善作物根际土壤环境，促进作物根系发育，有助于根系对营养物质的吸收，从而有助于干物质积累及产量的形成[17-19]，本研究结果显示，对于花铃期受重涝(10 d)危害的棉田，在涝前2 d将缓释氧肥穴施到田间，可改善植株代谢，缓解重涝对植株的伤害，产量损失可降低7.63个百分点。

本研究只是初步研究缓释氧肥缓解花铃期棉花涝害的效果，得出的研究成果虽有一定的现实指导意义，但还缺乏系统研究。下一步还需要结合作物生长季节区域降水特点、土壤类型和作物生长发育阶段，开展田面浅层淹水条件下不同受涝时间的试验，以揭示不同受涝条件下涝前单独施用缓释氧肥，以及缓释氧肥与涝后化学调控、营养调控配合使用的效果。

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Primary Investigation of Mitigating Effect of Oxygen Slow-release Fertilizer on Waterlogging Damage of Cotton in the Flowering and Boll Setting Stage

XIA Yuanxiu，ZHU Jianqiang*，WU Qixia，LI Jinbo，ZHANG Ting

(College of Agriculture,Yangtze University,Jingzhou 434025,China)

In Hubei plain area,cotton field is liable to waterlogging due to more precipitation during the flowering and boll setting stage,which brings an adverse impact on cotton growth and yield.In order to study effective measures to mitigate cotton damage caused by waterlogging,the relevant experiments were made which were based on severe waterlogging damage occurred in the flowering and boll setting stages,a situation was simulated that cotton suffered from waterlogging for 10 d under flooding depth of 5—10 cm,at the 2 d before waterlogging,each plant was added 2 g oxygen slow-release fertilizer(OSF) by hole fertilization(T2 treatment),but there was no OSF in T1 treatment before waterlogging,cotton growth and physiological indexes was observed after waterlogging,in the harvest season cotton yield was calculated according to actual crop.The experimental results showed that OSF added into cotton filed before waterlogging could significantly increase the plant height,restrain peroxidase activity and reduce malonaldehyde accumulation in the plant.Compared with the contrast(normal management,no waterlogging),the relative yield of the T1 treatment was 43.31% before waterlogging,which of the T2 treatment was 50.94% before waterlogging.Obviously,hole fertilization of OSF may remarkably mitigate waterlogging damage and reduce cotton yield loss.

oxygen slow-release fertilizer; waterlogging damage; cotton; flowering and boll setting stage of cotton

2016-03-30

公益性行业(农业)科研专项(201203032)；湖北省高等学校大学生创新创业训练计划项目(104892014031)

夏远秀(1993-)，男，湖北黄冈人，在读本科生，研究方向:农业资源与环境。E-mail:936649424@qq.com

*通讯作者：朱建强(1963-)，男，陕西周至人，教授，博士，主要从事农业涝渍灾害基础理论与技术研究。 E-mail:zyjb@sina.com

S562

A

1004-3268(2016)10-0045-05