不同分子量腐植酸组分对小麦幼苗和油菜生长的影响

吴洪燕 吴钦泉 杨越超 刘兆辉 丁方军 ，3 马学文 ，3* 初 茉

1 山东农大肥业科技有限公司 泰安 271000

2 农业农村部腐植酸类肥料重点实验室 泰安 271000

3 山东农业大学资源与环境学院 泰安 271018

4 山东省农业科学院 济南 250100

5 中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院 北京 100083

腐植酸在农业生产上应用广泛[1～6]，其分子量的大小直接影响其在植物生长发育方面的作用。多数研究认为，分子量越小，腐植酸含有的官能团越丰富，分子活跃度也越高，容易被作物吸收利用，进而有利于促进作物生长、提高产量[7，8]。也有研究认为，分子量大、聚合度高的腐植酸更有利于提高酶的活性，促进作物生长[9]。这些研究尚未形成一致的结论。为进一步研究不同分子量腐植酸对作物生长发育的影响，了解不同分子量腐植酸的功能特性，本研究结合前人腐植酸分子量分级研究基础[8]，将用褐煤提取的腐植酸按照分子量＜1000 Da、1000～5000 Da、5000～10000 Da、10000～ 30000 Da、30000～50000 Da、＞50000 Da分为6个不同组分，利用小麦幼苗及盆栽油菜进行各组分效果验证，以期为腐植酸资源的高效开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料

供试小麦品种为“济麦22”，供试油菜品种为“奶油油菜”。供试腐植酸样品（液体）由采购自内蒙古乌海市的褐煤粉经双氧水氧化碱液浸提获得。

1.1.2 仪器

数显恒温水浴锅HH-6、流动分析仪DMJ60（济南博纳生物技术有限公司）、旋转蒸馏器RE52CS、754紫外可见分光光度计、GXZ型智能光照培养箱。

1.2 试验设计

1.2.1 腐植酸分级

利用流动分析仪DMJ60中不同孔径的超滤膜将腐植酸样品按照分子量＜1000 Da、1000～5000 Da、5000～10000 Da、10000～30000 Da、30000～50000 Da、＞50000 Da进行分级，获得6个不同分子量的腐植酸分级液，分别编号为HA1、HA2、HA3、HA4、HA5、HA6。

1.2.2 小麦种子发芽试验

试验于GXZ型智能光照培养箱中进行，白天24 ℃，夜晚20 ℃，各12 h。试验设不添加腐植酸（CK）和添加 HA1、HA2、HA3、HA4、HA5、HA6且浓度梯度分别为50、100、150、200 ppm的腐植酸分级液，共25个处理，每个处理设3次重复。

分别在培养皿中加入10 mL各处理溶液，培养小麦种子2天左右，待芽长0.5～1 cm时，转入含10 mL对应处理溶液的培养瓶中继续培养，每两天更换一次培养液，培养一周后，随机取5株小麦幼苗，测量记录根长、株高。

1.2.3 油菜盆栽试验

试验地点为山东农大肥业科技有限公司温室大棚。试验设不添加腐植酸（CK）和添加HA1、HA2、HA3、HA4、HA5、HA6且浓度梯度分别为100、150 ppm的腐植酸分级液，共13个处理，每个处理设3次重复。

选用直径为20 cm的塑料盆，每盆底施尿素1.5 g，播种油菜，待生长至4～6片真叶时开始间苗，选留长势一致的幼苗，每盆3株。两天后分别冲施100 mL浓度为100、150 ppm不同分子量的腐植酸分级液，此后每周冲施1次，每次100 mL，共3次，计300 mL。

1.3 试验测定项目及方法

1.3.1 理化指标检测

（1）各组分比重。

将浓度较低的腐植酸分级液经旋转蒸馏器（RE52CS）进行浓缩，检测各组分腐植酸的浓度、体积，计算不同分子量腐植酸组分所占比例。

（2）E4/E6值测定。

取适量不同分子量腐植酸各组分，用0.05 mol/L碳酸氢钠溶液分别稀释至呈透明的棕红色（调节浓度，使其在465 nm波长1 cm比色皿吸光度保持在0.6～0.9之间），作为测定E4/E6值的待测液，在分光光度计上，用0.05 mol/L碳酸氢钠作空白，用1 cm比色皿分别测定465 和665 nm波长处的吸光度，记为E4和E6，二者比值E4/E6即为测定值。

1.3.2 小麦幼苗生长指标测定

在培养瓶培养7天左右，每瓶随机抽取5株小麦幼苗，用直尺测量根长、株高两项生长指标。

1.3.3 盆栽油菜生长指标测定

盆栽油菜收获期，冲洗油菜的根系，用直尺测量油菜的根长；用天平称量油菜地上部鲜重及根系干重。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2016进行处理，显著性采用SAS8.1进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同分子量腐植酸组分物理性质分析

不同分子量腐植酸组分物理性质分析见表1。由表中可知，随着腐植酸分子量的增加，腐植酸各组分占比呈先下降后上升的趋势。其中，HA6占比最大，为76.39%；其次是HA5，占比10.20%；HA1～HA4整体占比不足14%。

由表1还可以看出，随着腐植酸分子量的增加，E4/E6值呈不断降低趋势，说明腐植酸分子中芳香环的芳构化度、缩合度越来越高，腐殖化度也逐渐增大[10，11]。

表1 不同分子量腐植酸组分物理性质分析Tab.1 Analysis of physical properties of different molecular weight humic acid components

2.2 不同浓度不同分子量腐植酸组分处理对小麦幼苗生长的影响

不同浓度不同分子量腐植酸组分对小麦幼苗生长的影响见表2、图1。由表和图中根长可以看出，与对照相比，不同浓度腐植酸分级液处理下，均表现为低分子量腐植酸组分（HA1～HA4）对小麦幼苗根系伸长具有明显的促进作用，但不同分子量腐植酸组分的作用大小不同。以浓度为150 ppm为例，相比于对照，HA2处理的小麦幼苗根长比对照长8.18 cm，而HA6处理的小麦幼苗根长仅比对照长1.77 cm。不同浓度不同分子量腐植酸组分对小麦幼根生长的促进趋势大体一致，作用大小稍有差异。腐植酸浓度为150 ppm时，各组分对小麦幼根生长的促进效果相对最好。

表2 不同浓度不同分子量腐植酸组分对小麦幼苗生长的影响Tab.2 Effects on wheat seedlings growth with different concentrations and different molecular weight of humic acid components cm

图1 不同浓度不同分子量腐植酸组分对小麦幼苗生长的影响Fig.1 Effects on wheat seedlings growth with different concentrations and different molecular weight of humic acid components

由此表明，低分子量腐植酸组分（HA1～HA4）能显著促进小麦幼苗根生长，HA2的促进作用最大，以150 ppm时最佳；高分子量腐植酸组分（HA5～HA6）对小麦幼苗根生长促进作用较小。

由表2株高可知，与对照相比，不同浓度不同分子量腐植酸组分对小麦幼苗株高基本都有促进作用，但不同分子量腐植酸组分的作用大小稍有差异。以HA4对小麦幼苗的促进作用最为显著，分子量过大或过小的腐植酸组分对小麦幼苗株高的促进作用均减弱，部分甚至出现抑制作用；相同分子量不同浓度的腐植酸处理之间作用趋势基本一致，以100 ppm浓度的腐植酸组分表现较好。当浓度为200 ppm时，不同分子量腐植酸组分处理的小麦幼苗株高无显著差异，与对照也无显著差异。

2.3 不同浓度不同分子量腐植酸组分处理对盆栽油菜的影响

由表3可知，腐植酸具有提高油菜产量（地上部鲜重）的作用，相同浓度不同分子量腐植酸组分作用效果不同，低分子量腐植酸组分（HA1～HA3）的效果较为显著，高分子量腐植酸组分（HA4～HA6）对油菜的增产作用较小，甚至出现抑制现象。其中，HA2、HA3对油菜增产效果最为显著，最大增产幅度可达17.3%。

不同浓度的腐植酸组分随分子量变化对油菜地上部鲜重的促进作用趋势大体一致，且在该试验条件下，施用300 mL浓度为100 ppm的腐植酸组分更有利于提高油菜地上部鲜重。

根据表3根系干重可知，与对照相比，随着分子量的增加，腐植酸对油菜根系干重的促进作用逐渐降低；HA4～HA6甚至出现抑制现象。说明，土壤中施用低分子量腐植酸组分能够显著促进油菜根系生长，尤其是HA1～HA3各腐植酸组分。此外，相同分子量不同浓度的腐植酸组分对油菜根系干重的相对作用不一致，说明，不同分子量腐植酸组分促进油菜根系生长的最佳浓度不同。

表3 不同浓度不同分子量腐植酸组分对盆栽油菜的影响Tab.3 Effects on potted rape with different concentrations and different molecular weight of humic acid components g

3 结论

（1）随着分子量的增加，腐植酸E4/E6值越来越小，表明腐植酸分子中芳香环的芳构化度、缩合度越来越高，腐殖化度也逐渐增大。

（2）营养液培养条件下，不同浓度不同分子量腐植酸组分对小麦幼苗根系的促进作用大于对株高的促进作用。30000 Da以下的低分子量腐植酸组分对小麦幼苗的根长具有显著的促进作用，分子量为10000～30000 Da腐植酸组分对小麦幼苗株高具有显著的促进作用，不同浓度腐植酸组分随分子量变化的作用趋势基本一致，以浓度为150 ppm的腐植酸分级液对小麦幼苗根系的促进效果最好。说明，各分子量腐植酸都有刺激小麦幼苗生长的作用，但作用大小不同。

（3）盆栽条件下，10000 Da以下的低分子量腐植酸组分能明显提高盆栽油菜地上部鲜重与根系干重，以300 mL 100 ppm的施用量和浓度效果更佳。证明低分子量腐植酸组分施入土壤中能促进油菜根系生长，有利于养分吸收，增加干物质积累，提高油菜产量。（4）分子量在30000 Da以下的腐植酸组分理化指标相近，E4/E6值较高，均大于9，腐植酸活性较强，但占比较少，总量不足14%；对作物根系、株高均有较好的刺激与促进作用，故实际应用过程中可将30000 Da以下的腐植酸进行合并分级。