一种抗逆型复合调节剂的制备及其应用

纪发达

(山东龙港硅业科技有限公司,山东 潍坊 261300)

土壤盐碱化是当今世界面临的一个重大问题,它对农作物的生长、产量和质量产生了巨大影响,极大地限制了现代农业的可持续发展[1,2]。根据联合国粮食及农业组织的统计,世界上有近10亿公顷的盐碱地。由于降水稀少、灌溉不当和化肥过度使用,现有耕地中的次生盐碱地面积也在不断扩大。充分利用盐碱地的有效措施是改良盐碱地、培育耐盐品种、提高抗盐碱性[3]。盐碱地改良包括物理改良、水利工程改良、化学改良和生物改良。然而,多种综合处理技术各有优缺点:物理方法成本高,可持续性差;化学方法对土壤有二次污染,也有一定的局限性;生物法修复时间长。由于盐碱地处理难度大、成本高,我国治理产业化程度不高,所带来的直接经济效益也不明显。

在农作物生长过程中,除了病原体、害虫、杂草及鼠类等有害生物威胁之外,农作物还面临着干旱、高温、低温、土壤盐碱化等日益严重的非生物因素的威胁[4]。高温和冻害常常导致小麦、水稻、玉米和其他作物严重减产。例如,小麦灌浆期高温引起的干热风会导致产量减少20%。所以,抗逆调节剂的研制与应用引起人们的高度重视,抗逆主要是指增加营养元素的吸收、促进幼苗的生长、茎杆增实、增加干物质总量、促进主根系的生长,提高抗寒性、抗旱性、抗病虫、抗盐碱能力。

在现有技术中,抗逆手段主要包括选择抗逆品种、定期灌溉、叶面施肥等,但是当遇到严重的干旱胁迫或低温胁迫(包括雾霾天气导致的阳光照射强度不够等其他不利自然因素)时,上述人工手段不仅浪费大量水资源,而且效果有限。尽管使用了多效唑等植物生长调节剂,但大量化学试剂的使用导致了田地和作物中的残留,这不仅污染了环境,而且降低了农作物产品的质量。

根据农作物的生长特性和环境,通过不断地改良和完善,研制出一种高效的抗逆复合调节剂,提高了农作物在恶劣环境地区的存活率和生长能力,增强了农作物的抗旱、抗寒、耐热、耐盐碱等抗逆性,可以有效地减少或避免非生物因素的不利影响,有效实施对盐碱地的生态恢复与重建,对提升作物抗胁迫能力、提高农作物产量和产品质量,及对各受胁迫地区的农业发展、经济稳定和环境恢复具有重要的现实意义。

1 抗逆型复合调节剂的制备

一种抗逆型复合调节剂包括浸种剂及用于叶面喷施或根部灌注的耐盐碱抗逆调节剂。

(1)浸种剂。由以下组分制成:w(甜菜碱)1%～3%,w(壳聚糖)1%～3%,w(黄腐酸钾)0.5%～2%,w(苏氨酸)0.5%～1%,w(复硝酚钠)0.5%～1%,w(土微菌属)0.5%～1%,余量为去离子水。将浸种剂原液用去离子水稀释至1∶20,即得到浸种液。

将稀释后的浸种液与筛选后的籽粒饱满的、大小相近、品质优良的种子,按质量比1.5∶1,进行浸种10 h,浸种结束后对种子沥水,晾干备用。

(2)耐盐碱抗逆调节剂。按质量分数计由以下组分制成:w(硅酸钾)6%～10%、w(腐殖酸)1%～3%,w(液体硅酸钠)1%～3%,w(柠檬酸)0.5%～2%,w(5-氨基乙酰丙酸)0.5%～1%,w(改性膨润土)0.2%～0.5%,w(多效唑)0.2%～0.5%,w(木质素磺酸钠)0.1%～0.3%,余量为去离子水。

2 抗逆型复合调节剂的应用实验

2.1 在黄瓜幼苗期的田间应用实验

(1)将耐盐碱抗逆调节剂按以下组分制成:w(硅酸钾)6%、w(腐殖酸)2%,w(液体硅酸钠)3%,w(柠檬酸)1%,w(5-氨基乙酰丙酸)1%,w(改性膨润土)0.3%,w(多效唑)0.3%,w(木质素磺酸钠)0.1%,余量为去离子水。

(2)将稀释至1∶20的浸种液和上述耐盐碱抗逆调节剂复配使用,与市场购买的生物药肥一抗逆剂,按每亩5 kg的施用量,稀释至1∶600,同时在500 m2的盐碱地进行黄瓜幼苗期的田间试验,间隔7～10 d,连续施用2～3次,其浇水、施肥等措施相同,试验结果见表1。

表1 抗逆调节剂在黄瓜幼苗期的田间试验

通过表1的试验结果可以看出,施用自研制的抗逆型复合调节剂与生物药肥一抗逆剂相比,黄瓜幼苗期的发芽势明显提高16.4%,株高提升32.3%,茎粗增加49.5%,鲜重提高58.1%。试验期间春季气候反常,在温度低、光照差、盐碱较重的情况下,使用浸种液,使幼苗发芽势达到92.62%,可见抗逆型复合调节剂对提高黄瓜幼苗的抗逆性效果显著。

2.2 在玉米成长期的田间应用实验

(1)将耐盐碱抗逆调节剂按以下质量分数制成:硅酸钾10%,腐殖酸1.5%,液体硅酸钠1.5%,柠檬酸1.5%,5-氨基乙酰丙酸0.5%,改性膨润土0.2%,多效唑0.2%,木质素磺酸钠0.2%,余量为去离子水。

(2)将稀释至20倍的浸种液和上述耐盐碱抗逆调节剂复配使用,与市场购买的生物药肥一抗逆剂,按每亩8 kg的施用量,稀释1 000倍,均匀喷淋(浇灌)于根部,分别在玉米出苗期、拔节期、大喇叭口期、吐丝期进行盐碱地田间试验,试验田3亩,其浇水、施肥等措施相同,试验结果见表2、表3。

表2 抗逆调节剂在玉米成长期的时间统计

表3 抗逆调节剂在玉米成长期的田间试验

从表2可以看出,施用自研制的抗逆型复合调节剂可使玉米的出苗期、拔节期、吐丝期提前3 d,整个玉米成长期缩短5 d。

从表3的试验结果可以看出,与生物药肥一抗逆剂相比,玉米出苗率提高16.9%,株高提高11 cm,茎粗增加0.17 cm,穗粒数提高9.0%,增产率相对提高50.8%,实现茎秆实、韧性强、穗大粒多,且具有防秃尖、促早熟、提高结实率、增加千粒重的功能,抗倒伏能力及增产率都有明显提升[5]。

2.3 在花生成长期的田间应用实验

(1)将耐盐碱抗逆调节剂按以下质量分数制成:硅酸钾8%,腐殖酸1%,液体硅酸钠2%,柠檬酸1.5%,5-氨基乙酰丙酸1%,改性膨润土0.5%,多效唑0.5%,木质素磺酸钠0.3%,余量为去离子水。

(2)将稀释至20倍的浸种液和上述耐盐碱抗逆调节剂复配使用,与市场购买的生物药肥一抗逆剂,按每亩3 kg的施用量,稀释500倍,分别在花生苗期、花针期、结荚期各喷施1次,在开发区盐碱地进行田间试验,试验田2亩,其浇水、施肥等措施相同,试验结果见表4。

表4 抗逆调节剂在花生成长期的田间试验

从表4的试验结果可以看出,施用自研制的抗逆型复合调节剂与生物药肥一抗逆剂后,有明显的促成长和增产作用,主茎高提高42.8%,总果数增加46.6%,增产率更是高达35.2%,提高了花生成长期间的抗逆性,使其在逆境中茁壮健康生长和发育。

2.4 在山楂树生长期的田间应用实验

(1)将耐盐碱抗逆调节剂按以下质量分数制成:硅酸钾7%,腐殖酸2%,液体硅酸钠3%,柠檬酸1%,5-氨基乙酰丙酸2%,改性膨润土0.4%,多效唑0.3%,木质素磺酸钠0.2%,余量为去离子水。

(2)将稀释至20倍的浸种液和上述耐盐碱抗逆调节剂复配使用,与市场购买的生物药肥一抗逆剂,按每亩6 kg的施用量,稀释300倍后,分别施用于每棵山楂树四周的坑中,坑与主树干的距离为0.8 m,试验结果见表5。

表5 抗逆调节剂在山楂树生长期的田间试验

从表5的试验结果可以看出,施用自研制的抗逆型复合调节剂与生物药肥一抗逆剂相比,树高增量提高22.3%,胸径增量提高41.0%,主根长增加11.6 cm,病害发生率降低至5.22%。说明施用自研制的抗逆型复合调节剂可促进山楂树生长,提高伉倒伏能力,提高果实的均匀性,并且减少病害发生率的发生。

综上所述,抗逆型复合调节剂主要包含硅酸钾、甜菜碱、腐殖酸、壳聚糖、液体硅酸钠、黄腐酸钾、5-氨基乙酰丙酸、苏氨酸、复硝酚钠、土微菌属、多效唑等组分。其中,硅酸钾可以提高作物组织的机械强度,增强植物的抗倒伏能力,提高茎叶表面的硅化程度,抵抗生物压力和非生物压力及病虫害的侵染;硅具有改善植物形态、平衡养分吸收、调节激素代谢、改良土壤性状等多种作用机制[6]。甜菜碱不仅能维持细胞渗透压,还可以保护生物大分子的结构和完整性,进而保护不同逆境条件下植物的细胞和生物大分子。壳聚糖具有一定的吸湿保湿性能,同时自身还有抗菌杀虫的作用,其短链降解产物具有调节植物生长的功能。5-氨基乙酰丙酸可调节叶绿素的合成,促进光合作用,提高光合效率,还可增强植物的抗旱、抗寒、抗病、抗盐碱的能力[7]。再配合营养液、耐盐碱菌剂、辅助抗逆组分等,施用于作物后,不仅能促进发芽、生长、生根、结果,还可以提高作物的抗逆性及预防病害率的发生,抗逆、增产效果显著。

3 结语

抗逆型复合调节剂的研制与应用为提高作物育种效率,延长抗逆型新品种使用寿命,达到高产、稳产的目的提供新的选择,解决了作物在极端胁迫环境中,自身抗逆调节能力无法满足环境变化要求的问题。本文研制的抗逆型复合调节剂具有调节植物生长发育、抑制病害率及促进衰老等作用,在植物遇不良生长环境(逆境)时,可使植物细胞内发生一系列反应,激活植物体内抗逆免疫系统,诱导植物产生植保素,调节体内水分平衡,并可增加营养元素的吸收、促进幼苗的生长、增加干物质总量,增强作物的抗寒、抗旱、抗病、耐盐碱能力。有着适用范围广、安全性高、效果显著等特点,缓解干旱和其他自然胁迫条件下植株的受损程度,从而实现作物增产、抗逆、提质及肥料的减量施用,在提高作物产量和品质上有着广阔的应用前景。