有机无机氮配施提升盐渍土玉米光合效能与抗氧化响应的协同机制研究

本研究通过三年田间试验，系统探究了有机无机氮配施（OIN）对不同盐度土壤（EC=0.68-1.25 dS m-1）玉米光合特性（Pn、gs、Tr）、抗氧化酶活性（SOD/CAT/POD）及产量的调控机制。研究发现：轻度盐渍土中50%有机氮替代（U1O1）通过优化叶面积指数（LAI）和超氧化物歧化酶（SOD）活性实现最高增产；中度盐渍土下100%有机氮（O1）则通过协同提升生长指标、净光合速率（NPR）和过氧化氢酶（CAT）活性显著缓解盐胁迫。结构方程模型（SEM）揭示盐度梯度下产量形成路径差异，为盐碱地氮素管理提供理论依据。

　　

引言：

土壤盐渍化是干旱半干旱地区作物生产的主要限制因素。有机无机氮配施（OIN）虽被证实能改善盐渍土生产力，但其通过光合作用和抗氧化响应提升产量的机制尚不明确。内蒙古河套灌区作为典型盐碱区，土壤次生盐渍化问题日益突出，亟需探索可持续的氮素管理策略。

材料与方法：

2018-2020年在电导率（EC）0.68 dS m^-1（S1）和1.25 dS m^-1（S2）的硫酸盐-氯化物盐渍土开展试验。设置6个处理：不施氮（CK）、纯无机氮（U₁）及有机氮替代25%-100%（U₃O₁至O₁）。测定玉米生长指标（株高、LAI、生物量）、光合参数（净光合速率Pn、气孔导度gs、胞间CO₂浓度Ci、蒸腾速率Tr）及抗氧化系统（MDA含量、SOD/POD/CAT活性）。

结果：

1. 生长参数： S2土壤使玉米生物量、株高、LAI和叶绿素分别降低13.87%-38.56%、16.53%-30.95%、6.34%-22.67%和16.56%-27.04%。S1土壤中U₁O₁处理LAI和叶绿素最高，较CK提升34.27%和27.22%；S2土壤下O₁处理各项指标最优，生物量较U₁提高18.68%。

2. 光合特性： 盐胁迫导致Pn、gs、Tr分别下降9.16%-25.70%、41.00%-52.40%和21.29%-49.21%。S1土壤中U₁O₁处理Pn较CK提升59.99%，S2土壤O₁处理Pn增幅达55.07%，且Ci与Tr显著改善。

3. 抗氧化响应： S2土壤MDA含量较S1增加3.20%-164.15%，但CAT活性提升73.33%。S1土壤中U₁O₁使MDA降低60.15%，SOD活性提高20.20%；S2土壤O₁处理CAT活性较U₁提升66.67%，MDA降低35.53%。

4. 产量形成： S1土壤U₁O₁产量最高（较CK+57.28%），S2土壤O₁增产50.59%。结构方程模型显示：S1土壤75%产量变异由光合参数驱动（路径系数0.87），S2土壤81%变异由生长-光合-CAT协同贡献（CAT直接效应0.61）。

讨论：

在轻度盐渍土中，50%有机氮替代通过调控SOD活性维持氧化还原平衡，同时优化冠层结构延长灌浆期；而中度盐渍土需完全有机氮以激活CAT主导的H₂O₂清除系统，缓解离子毒性。该研究首次阐明盐度梯度下OIN通过差异化的光合-抗氧化耦合路径提升产量的机制，为盐碱地精准施肥提供科学依据。

结论：

1. 有机氮替代比例需依据盐度调整：轻度盐渍土推荐50%替代（U₁O₁），中度盐渍土宜采用100%有机氮（O₁）。

2. 产量提升机制存在盐度依赖性：轻度盐渍土依赖光合性能优化，中度盐渍土需生长-光合-抗氧化三重协同。

3. 抗氧化酶响应策略差异：SOD主导轻度盐渍土防御，CAT则是中度盐渍土关键靶点。