西瓜根系分泌酸性磷酸酶對(duì)有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng)

王兵爽 李淑君 張舒桓 徐 昊 徐國(guó)華 任麗軒

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院／農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095）

西瓜（Citrullus lanatus）是葫蘆科西瓜屬植物，我國(guó)每年產(chǎn)量超過7 000萬t，在國(guó)內(nèi)的水果市場(chǎng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位［1］，是人們普遍喜愛的夏季水果。隨著西瓜需求量的提高和復(fù)種指數(shù)的增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過分依賴化肥而有機(jī)肥施用量較低。目前，在西瓜施肥方面存在施肥種類單一、養(yǎng)分結(jié)構(gòu)不合理等問題，土壤肥力和肥料利用率降低，西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)也受到影響。研究表明，施用有機(jī)肥可提高西瓜的產(chǎn)量、品質(zhì)，有機(jī)肥在改良土壤、提高肥力和保護(hù)環(huán)境方面也發(fā)揮著重要作用［2］。但是，施用有機(jī)肥時(shí)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收機(jī)制尚不完全清楚。

磷（P）是植物生長(zhǎng)必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，植物根系吸收的磷形態(tài)為H2PO4-和HPO42-。充足的磷營(yíng)養(yǎng)可提高西瓜葉片中核酸和果膠含量以及莖中纖維素含量，合適的磷營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)可提高西瓜果實(shí)的可溶性糖含量和維生素C含量，從而提升西瓜品質(zhì)，而過多的磷營(yíng)養(yǎng)卻降低了西瓜品質(zhì)［3］。有機(jī)肥中含有的有效磷不僅為植物生長(zhǎng)提供了直接的磷源，同時(shí)也為土壤微生物提供了能源。有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)可促進(jìn)植物根際促生菌（PGPR）的繁殖，提高生長(zhǎng)素的含量，促進(jìn)西瓜根系生長(zhǎng)和磷素吸收［4］。微生物有機(jī)肥能快速改善土壤微生物區(qū)系和恢復(fù)土壤酶活性，并有效促進(jìn)西瓜生長(zhǎng)，提高西瓜產(chǎn)量及品質(zhì)［5］。持續(xù)施用生物有機(jī)肥可提高作物產(chǎn)量、根際有益微生物種群的數(shù)量和土壤酶活性，進(jìn)而改善作物根際微生態(tài)環(huán)境［6］。

有機(jī)肥中含有大量有機(jī)態(tài)磷，土壤中也有50%～80%的磷以有機(jī)磷形式存在，這些有機(jī)態(tài)磷不能被根系直接吸收［7］。酸性磷酸酶（APase）是一種重要的水解酶，參與分解土壤中和植株體內(nèi)的有機(jī)磷，在有機(jī)磷分解和再利用方面起重要作用［8］。較強(qiáng)的磷酸酶活性是生物有效磷富集的重要原因［9］。植物在缺磷條件下，根系酸性磷酸酶的基因表達(dá)量、酶活性提高，從而使有機(jī)復(fù)合物中的有機(jī)磷水解，釋放無機(jī)磷［10］，供植物吸收利用。此外，根系還通過分泌質(zhì)子和有機(jī)酸溶解有機(jī)磷，促進(jìn)根系對(duì)磷的吸收［11］。植物根系分泌的檸檬酸、蘋果酸等有機(jī)酸對(duì)根際環(huán)境中有機(jī)磷和無機(jī)磷的利用均有促進(jìn)作用［12］。有機(jī)酸還通過提高微生物的活性進(jìn)而活化土壤中難利用形態(tài)的磷［13］。而且，根系分泌有機(jī)酸和有機(jī)磷水解酶對(duì)根際有機(jī)磷的利用具有協(xié)同效應(yīng)［14］。因此，西瓜根系分泌的有機(jī)酸對(duì)根系利用有機(jī)肥很可能具有促進(jìn)作用，而理清根系分泌有機(jī)酸促進(jìn)作物利用有機(jī)磷的機(jī)制便于深入理解作物根系對(duì)施用有機(jī)肥的響應(yīng)。研究表明，西瓜根系分泌物中主要有機(jī)酸種類為檸檬酸、蘋果酸和琥珀酸［15］。植物根系對(duì)有機(jī)肥和土壤中有機(jī)磷的利用依賴根際土壤中酸性磷酸酶的活性［16］。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤酶活性，并提高土壤中有效磷的含量［17］。植物根際在有機(jī)磷營(yíng)養(yǎng)條件下，由于有效磷的缺乏，植物根系處于缺磷脅迫環(huán)境，很可能上調(diào)酸性磷酸酶基因表達(dá)，并提高酸性磷酸酶活性，以水解有機(jī)磷，生成磷酸鹽供根系吸收。為評(píng)估施用有機(jī)肥條件下植物根系是否通過提高酸性磷酸酶的分泌進(jìn)而提高對(duì)根際有機(jī)磷的利用，本文研究了有機(jī)肥中可溶性全磷和有效磷的含量，提供有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)時(shí)根系酸性磷酸酶活性的變化，有機(jī)肥不同施用量時(shí)西瓜根際土壤酸性磷酸酶活性、根際土壤有效磷含量、西瓜各部位磷含量，以及西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)等的變化，以證實(shí)供應(yīng)有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)時(shí)，西瓜根系通過提高酸性磷酸酶活性而提高對(duì)有機(jī)磷的利用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試西瓜品種為早佳84-24。有機(jī)肥種類是微生物有機(jī)肥（江陰聯(lián)業(yè)有機(jī)肥），其養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)450 g·kg-1；N15 g·kg-1；P2O527 g·kg-1；K2O10 g·kg-1；總養(yǎng)分52 g·kg-1；重金屬鉛、鎘未檢出，鉻、砷、汞含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根系分泌物模擬試驗(yàn)：采用檸檬酸、蘋果酸和琥珀酸浸提有機(jī)肥的方法，模擬西瓜根系分泌的有機(jī)酸存在時(shí)，有機(jī)肥中的可溶性全磷和可溶性無機(jī)磷的含量。有機(jī)肥浸提劑為：水作為對(duì)照（CON）；0.01、0.05 mol·L-1檸檬酸；0.01、0.05 mol·L-1蘋果酸；0.01、0.05 mol·L-1琥珀酸。稱取100 g有機(jī)肥，加入1 L浸提劑浸提3 d，每天在振蕩儀（IncuShaker IS-RDV1，麥儀科學(xué)儀器上海有限公司）上180 r·min-1下振蕩30 min，振蕩2次后靜置。

砂培試驗(yàn)：采用砂培方法研究施用有機(jī)肥對(duì)西瓜根系酸性磷酸酶活性的影響。試驗(yàn)設(shè)計(jì)無機(jī)肥和有機(jī)肥2個(gè)處理， 重復(fù)3次，每個(gè)盆缽河砂用量2.5 kg。各處理施肥量為氮：199.8 mg·kg-1；磷：155.8 mg·kg-1；鉀：109.2 mg·kg-1；鎂：50 mg·kg-1；鐵：5 mg·kg-1。有機(jī)肥作基肥一次施入，無機(jī)肥施用按照1∶1∶1的比例分別以基肥和2次追肥的形式施入。在出苗后每10天追肥一次。無機(jī)肥種類為：氮，Ca(NO3)2·4H2O；磷，KH2PO4；鉀，K2SO4；鎂，MgSO4·7H2O；鐵，F(xiàn)e-EDTA，以溶液形態(tài)施入。

選取籽粒飽滿的西瓜種子，用10% H2O2表面消毒5 min，59 ℃水浴30 min，冷卻后用清水沖洗2～3遍，然后置于30 ℃下保溫催芽。待種子露白后，選取發(fā)芽程度一致的種子播入石英砂中，待幼苗長(zhǎng)出2片真葉后移栽入盆缽，每盆移栽6株，均勻分布。移栽36 d后，將西瓜植株從砂中取出，洗凈根系；每盆中取2株用于測(cè)定根系酸性磷酸酶活性，剩余植株按照根、莖、葉部位分開，稱鮮重；于105 ℃殺青30 min，70 ℃烘至恒重，稱重。

田間試驗(yàn)：試驗(yàn)設(shè)置在江蘇省鹽城市響水縣南河鎮(zhèn)河堆村大棚內(nèi)（119°29′51″E～120°05′21″E，33°56′51″N～34°32′43″N），屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫14 ℃左右，年均降水1 000 mm左右。試驗(yàn)設(shè)置在兩個(gè)大棚中，每個(gè)大棚長(zhǎng)75 m，寬6.5 m。大棚土壤基本理化性狀如下：pH 7.62，堿解氮80.74 mg·kg-1，有效磷7.53 mg·kg-1，速效鉀173 mg·kg-1。研究施用有機(jī)肥及不同施用量對(duì)西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)和磷素吸收的影響。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理：（1）不施肥（CON）；（2）施用化肥（CF）；（3）6 t·hm-2有機(jī)肥（OM1）；（4）12 t·hm-2有機(jī)肥（OM2）；（5）18 t·hm-2有機(jī)肥（OM3），4次重復(fù)，各小區(qū)隨機(jī)排列。（2）、（3）、（4）、（5）處理的氮鉀肥施用量分別為N 300 kg·hm-2、K2O 240 kg·hm-2。各處理的磷肥施用量（P2O5）分別為，CON：0 kg·hm-2；CF：162 kg·hm-2；OM1：162 kg·hm-2；OM2：324 kg·hm-2；OM3：486 kg·hm-2。OM1處理和CF處理磷肥施用量一致。

西瓜伸蔓期和成熟期采集植株樣品和根際土壤，采樣時(shí)將西瓜植株分為根、莖、葉各部位，在105 ℃殺青30 min，70 ℃烘至恒重，稱重，磨碎。西瓜成熟期，統(tǒng)計(jì)西瓜的產(chǎn)量，采集瓜瓤中心部位，測(cè)定可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸的含量。采用抖土法采集根際土壤樣品，距離根系較遠(yuǎn)的位置采集非根際土壤，測(cè)定酸性磷酸酶活性及土壤有效磷含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

根系酸性磷酸酶活性的測(cè)定：酶活性是以單位時(shí)間內(nèi)單位重量鮮根水解對(duì)硝基苯磷酸二鈉（p-NPP）生成的對(duì)硝基苯酚的量來表示（μg·h-1·g-1FR）［18］。用酶標(biāo)儀（SpectraMax i3x，美谷分子儀器上海有限公司）于405 nm波長(zhǎng)下比色測(cè)定。

根際土壤酸性磷酸酶活性的測(cè)定采用磷酸苯二鈉法，于660 nm測(cè)定吸光度［19］。西瓜可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法［20］。西瓜可滴定酸含量的測(cè)定采用NaOH滴定法［21］。西瓜可溶性固形物含量采用折光儀（PAL-1 ATAGO，日本）測(cè)定［22］。有機(jī)肥浸提液中可溶性全磷、無機(jī)磷、土壤有效磷的測(cè)定（Olsen法）參照文獻(xiàn)［23］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行處理，采用SPSS 17.0單因素方差分析（One-way ANOVA）的圖基（Tukey）檢驗(yàn)進(jìn)行不同處理的差異顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平設(shè)P≤ 0.05。

2 結(jié) 果

2.1 有機(jī)肥中可溶性全磷和可溶性無機(jī)磷含量

圖1A表明，西瓜根系分泌物中的有機(jī)酸成分檸檬酸、蘋果酸和琥珀酸顯著提高有機(jī)肥中磷的溶解，而且有機(jī)酸濃度提高也提高磷的溶解性。有機(jī)肥中水浸提可溶性全磷含量為6.9 g·kg-1，占有機(jī)肥中全磷含量的25.6%，有機(jī)肥在0.01 mol·L-1檸檬酸溶液中可溶性全磷含量達(dá)12.3 g·kg-1，占有機(jī)肥中全磷含量的45.6%，檸檬酸浸提劑濃度為0.05 mol·L-1時(shí)，可溶性全磷含量達(dá)22.2 g·kg-1，占有機(jī)肥中全磷含量的82.2%。有機(jī)肥在0.05 mol·L-1蘋果酸浸提劑中可溶性全磷含量為17.3 g·kg-1，占有機(jī)肥中全磷含量的64.1%，在0.05 mol·L-1琥珀酸浸提劑中可溶性全磷含量為14.6 g·kg-1，占有機(jī)肥中全磷含量的54.1%。圖1B表明，有機(jī)酸溶液對(duì)有機(jī)肥中可溶性無機(jī)磷無提高效果，高濃度檸檬酸和琥珀酸降低有機(jī)肥溶液中可溶性無機(jī)磷含量。有機(jī)肥中水浸提可溶性無機(jī)磷含量為525.1 mg·kg-1，占水溶性全磷的7.6%。因此，有機(jī)肥中水溶性磷有92.4%為有機(jī)磷，西瓜根系分泌物中的有機(jī)酸提高可溶性全磷含量，但對(duì)植物可溶性無機(jī)磷含量無影響，高濃度有機(jī)酸降低有機(jī)肥中可溶性無機(jī)磷含量。有機(jī)酸提高的可溶性有機(jī)磷還需要經(jīng)過水解，釋放無機(jī)磷才能被植物吸收。

2.2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)西瓜干物質(zhì)分配及根系酸性磷酸酶活性的影響

圖2A、圖2B表明，苗期盆栽試驗(yàn)中，西瓜苗移栽36天后，與施用化肥相比，施用有機(jī)肥西瓜地上部生物量顯著降低66.6%。圖2C表明，施用有機(jī)肥西瓜植株根冠比顯著提高76.8%。說明施用有機(jī)肥時(shí)，西瓜根際為有機(jī)態(tài)磷，有效磷含量低，從而提高了西瓜的根冠比。圖2D表明，西瓜苗移栽36 d后，有機(jī)肥處理?xiàng)l件下西瓜根系酸性磷酸酶的活性顯著提高57.0%。

2.3 有機(jī)肥及不同施用量對(duì)西瓜生長(zhǎng)和磷素吸收的影響

圖3A、圖3B表明，田間試驗(yàn)中，伸蔓期施用6、12和18 t·hm-2有機(jī)肥條件下，西瓜地上部生物量顯著高于對(duì)照，分別提高94.5%、80.4%、88.7%。圖3C、圖3D表明，與不施肥對(duì)照相比，施用化肥時(shí)西瓜根系的全磷含量和磷吸收量分別顯著提高42.4%、33.4%。與施用化肥相比，施用等磷量有機(jī)肥（6 t·hm-2，OM1）時(shí)，西瓜根系中全磷含量和磷吸收量均顯著降低24.6%，莖中全磷含量提高182.0%。與OM1處理相比，兩倍有機(jī)肥施用量（12 t·hm-2，OM2）和三倍有機(jī)肥施用量（18 t·hm-2，OM3）時(shí)，西瓜莖稈中磷含量分別降低48.0%、39.5%。與對(duì)照相比，施用6 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，西瓜莖中的全磷含量和磷吸收量分別提高76.9%、32.0%。與OM1處理相比，OM2處理的西瓜葉片中全磷含量和磷吸收量分別降低35.6%、34.9%。

圖1 有機(jī)酸對(duì)有機(jī)肥中可溶性全磷和可溶性無機(jī)磷含量的影響Fig. 1 Effects of organic acids on soluble phosphorus and soluble inorganic phosphorus content in organic manure

圖2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)西瓜生物量及根系酸性磷酸酶活性的影響Fig. 2 Effect of substitution of chemical fertilizer with organic manure on watermelon biomass and activity of acid phosphatase in root

2.4 有機(jī)肥及不同施用量對(duì)西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

圖4A表明，與對(duì)照相比，施用6、12和18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)西瓜產(chǎn)量顯著提高，分別提高了58.8%、92.3%、127.2%。與OM1處理相比，OM3處理西瓜產(chǎn)量顯著提高43.1%，因此有機(jī)肥增施可提高西瓜產(chǎn)量。圖4B表明，與對(duì)照相比，施用6 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)西瓜可溶性糖含量顯著提高15.8%。各處理之間西瓜可溶性固形物無差異（圖4C）。圖4D表明，與對(duì)照相比，施用18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，西瓜可滴定酸含量顯著提高27.0%。

圖3 有機(jī)肥及不同施用量對(duì)西瓜生物量、植株全磷含量和磷吸收量的影響Fig. 3 Effect of organic manure on watermelon biomass, phosphorus content, phosphorus absorption relative to application rate

圖4 有機(jī)肥及不同施用量對(duì)西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)的影響Fig. 4 Effect of organic manure on yield and quality of watermelon relative to application rate

2.5 有機(jī)肥及不同施用量對(duì)土壤酸性磷酸酶和有效磷的影響

圖5表明，與不施肥對(duì)照相比，施用化肥和有機(jī)肥均顯著提高西瓜根際土壤酸性磷酸酶活性。與化肥相比，施用6 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，西瓜根際土壤中酸性磷酸酶活性顯著提高12.2%。與OM1處理相比，OM3處理的西瓜根際土壤中酸性磷酸酶活性顯著降低10.7%。因此，有機(jī)肥替代化學(xué)肥料顯著提高西瓜根際土壤酸性磷酸酶活性，在一定范圍內(nèi)增施有機(jī)肥，根際土壤酸性磷酸酶活性保持較高水平，過高有機(jī)肥施用量又降低了西瓜根際土壤酸性磷酸酶活性。

圖6A表明，施用有機(jī)肥提高伸蔓期西瓜根際土壤和非根際土壤中有效磷含量。與施用化肥相比，施用兩倍有機(jī)肥和三倍有機(jī)肥時(shí)，顯著提高非根際土壤中有效磷含量。與不施肥對(duì)照相比，施用6、12和18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)西瓜根際土壤有效磷含量分別提高85.8%、104.7%、95.6%。與不施肥對(duì)照相比，施用化肥以及6、12和18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)西瓜非根際土壤有效磷含量分別提高97.5%、162.5%、199.2%、179.5%。施用12和18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，非根際土壤有效磷含量均顯著高于施用化肥處理，分別提高51.5%、41.5%。圖6B表明，在西瓜成熟期，與不施肥對(duì)照相比，施用12和18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，根際土壤有效磷含量分別提高74.1%、104.4%。與對(duì)照相比，施用化肥以及12和18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，非根際土壤有效磷含量分別提高99.5%、57.3%、140.4%。與施用化肥相比，施用12和18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，根際土壤有效磷含量分別提高54.0%、80.8%。與施用化肥相比，施用18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，非根際土壤有效磷含量提高20.5%。與施用6 t·hm-2有機(jī)肥相比，施用18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)西瓜根際土壤和非根際土壤有效磷含量分別提高46.0%、95.6%。說明有機(jī)肥替代化學(xué)肥料具有緩解根際有效磷虧缺的趨勢(shì)，增施有機(jī)肥顯著改善西瓜生長(zhǎng)后期根際磷營(yíng)養(yǎng)虧缺的現(xiàn)象。

圖5 有機(jī)肥及不同施用量對(duì)根際土壤酸性磷酸酶活性的影響Fig. 5 Effect of organic manure on acid phosphatase activity in rhizosphere soil relative to application rate

圖6 有機(jī)肥及不同施用量對(duì)土壤有效磷含量的影響Fig. 6 Effect of organic manure on available phosphorus content relative to application rate

3 討 論

3.1 西瓜根系酸性磷酸酶活性對(duì)有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng)

土壤中的磷大多以復(fù)雜的有機(jī)磷和難溶性無機(jī)磷酸鹽的形態(tài)存在。有機(jī)肥約含有大量的的水溶性有機(jī)磷［24］。植物根系主要吸收的磷形態(tài)為無機(jī)正磷酸鹽，環(huán)境中的有機(jī)態(tài)磷難以被根系吸收，需水解后釋放磷酸鹽，才能被植物根系利用［25］。磷酸酶是水解磷酸單酯的水解酶類，產(chǎn)生的磷酸根離子供植物吸收利用［8］。不同種類的磷酸酶在不同pH條件下活性不同，在酸性土壤上酸性磷酸酶和中性磷酸酶占優(yōu)勢(shì)，在弱堿性土壤上堿性磷酸酶和中性磷酸酶占優(yōu)勢(shì)［26］。土壤中的酸性磷酸酶主要來源于土壤微生物和植物根系分泌物，有機(jī)肥替代化肥一方面促進(jìn)了土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，提高了酸性磷酸酶活性［27］；另一方面降低了植物根際土壤中有效磷含量，提高酸性磷酸酶活性［28］。施用有機(jī)肥為土壤微生物提供了營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)了有機(jī)養(yǎng)分的釋放，可提高土壤pH，從而提高土壤堿性磷酸酶和中性磷酸酶活性［29］。有機(jī)肥可能攜帶產(chǎn)磷酸酶微生物而具有磷酸酶活性，在根際土壤中，植物根系分泌物提供的碳源促進(jìn)產(chǎn)磷酸酶微生物的繁殖［30］，從而提高根際土壤磷酸酶活性；也可能因根系分泌物中化感物質(zhì)的抑制，降低產(chǎn)磷酸酶微生物數(shù)量而降低磷酸酶活性。根系分泌的有機(jī)酸對(duì)有機(jī)肥中產(chǎn)酸性磷酸酶微生物具有刺激作用［14］，同時(shí)有機(jī)酸也作為微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而促進(jìn)其生長(zhǎng)和繁殖，從而提高根際土壤酸性磷酸酶活性；而對(duì)于堿性磷酸酶，可能因?yàn)橛袡C(jī)酸對(duì)pH的降低而降低堿性磷酸酶活性。植物根系分泌的有機(jī)酸進(jìn)入土壤后會(huì)被土壤中產(chǎn)磷酸酶微生物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解［30］，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)和繁殖，提高根際土壤磷酸酶活性；在低溫等分解緩慢的條件下，有機(jī)酸可能在根際累積，促進(jìn)有機(jī)肥中有機(jī)磷的溶解（圖1），提高土壤溶液中有機(jī)磷的含量，提高土壤磷酸酶活性。

植物根系對(duì)有機(jī)肥和土壤中有機(jī)磷的利用依賴磷酸酶的水解。植物在缺磷脅迫條件下，酸性磷酸酶基因誘導(dǎo)表達(dá)，植株根中酸性磷酸酶活性顯著提高［31］，根系分泌的酸性磷酸酶活性也顯著提高，促進(jìn)土壤中有機(jī)磷水解為無機(jī)磷，供植物吸收利用［27］。本研究證實(shí)，施用有機(jī)肥提高了西瓜根系酸性磷酸酶活性，也提高了根際土壤的酸性磷酸酶活性（圖2D，圖5），而且當(dāng)有機(jī)肥施用量提高至正常水平的兩倍時(shí)，根際土壤酸性磷酸酶活性仍然較高，當(dāng)有機(jī)肥施用量提高至正常水平的三倍時(shí)，根際土壤中酸性磷酸酶活性不再提高（圖5）。說明有機(jī)肥替代化肥提高西瓜根系和根際土壤中的酸性磷酸酶活性，而過高的有機(jī)肥施用量卻不能提高根際土壤中酸性磷酸酶活性。一方面可能是由于高有機(jī)肥施用量條件下根際土壤有效磷含量較高，反饋抑制了植物根際土壤酸性磷酸酶活性［32］；另一方面，可能由于較高的有效磷含量緩解了根際的缺磷脅迫［33］。有機(jī)肥替代化學(xué)肥料時(shí)，通過調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高分泌磷酸酶微生物的生物量，促進(jìn)有機(jī)磷水解，提高有效磷含量，改善植物磷營(yíng)養(yǎng)［4］。由于有機(jī)肥中可溶性無機(jī)磷含量較低，有機(jī)肥替代化肥時(shí)植物根系處于缺磷脅迫狀態(tài)，會(huì)通過提高根系分泌酸性磷酸酶活性來提高植物根系利用有機(jī)磷的能力。在液培條件下的三葉草也有類似的結(jié)果，在2～10 mg·100 mL-1（以P計(jì)，下同）有機(jī)磷供應(yīng)條件下，酸性磷酸酶水解有機(jī)磷釋放的有效磷含量隨有機(jī)磷施用量的提高而提高。當(dāng)有機(jī)磷供應(yīng)量達(dá)20 mg·100 mL-1時(shí)，有效磷釋放量不再提高［34］。

3.2 西瓜根系分泌有機(jī)酸促進(jìn)有機(jī)肥中有機(jī)磷的溶解

有機(jī)酸是植物根系的主要分泌物，在磷營(yíng)養(yǎng)脅迫條件下分泌量更高［35］。檸檬酸和其他有機(jī)酸可促進(jìn)礦物態(tài)磷和有機(jī)結(jié)合態(tài)磷的溶解，并提高磷在土壤中的擴(kuò)散率［36］。西瓜在生長(zhǎng)過程中根系向根際環(huán)境分泌檸檬酸、蘋果酸和琥珀酸［15］。本研究進(jìn)一步證實(shí)，植物根系分泌的有機(jī)酸可顯著提高有機(jī)肥中可溶性全磷含量，當(dāng)有機(jī)酸的濃度為0.05 mol·L-1時(shí)，檸檬酸、蘋果酸和琥珀酸的分泌使可溶性全磷含量分別提高了2.2倍、1.5倍和1.1倍，但是對(duì)可溶性無機(jī)磷含量無影響。有機(jī)肥中可溶性無機(jī)磷為植物生長(zhǎng)提供了磷營(yíng)養(yǎng)，而可溶性有機(jī)磷保證了植物生長(zhǎng)過程中磷的持續(xù)供應(yīng)［24］。本研究表明，有機(jī)肥中有7.6%為水溶性無機(jī)磷，可供植物直接吸收，還有92.4%為有機(jī)態(tài)磷，需經(jīng)過水解釋放無機(jī)磷才能被植物吸收利用。檸檬酸、蘋果酸和琥珀酸的分泌，促進(jìn)了有機(jī)肥中有機(jī)磷的溶解，這部分磷還需要經(jīng)過水解才能被植物根系利用。田間試驗(yàn)證實(shí)了有機(jī)肥增施提高了西瓜根際土壤有效磷含量，其一，由于有機(jī)肥中含有可溶性無機(jī)磷；其二，可溶性有機(jī)磷經(jīng)植物根系和土壤微生物分泌的酸性磷酸酶水解，提高了無機(jī)磷的含量；其三，西瓜在生長(zhǎng)過程中根系分泌的有機(jī)酸提高了可溶性有機(jī)磷含量，經(jīng)酸性磷酸酶水解釋放無機(jī)磷。有機(jī)肥中含有的有機(jī)物質(zhì)還促進(jìn)了西瓜植株中磷向地上部運(yùn)輸，有機(jī)肥替代和有機(jī)肥增施提高了磷向地上部的運(yùn)輸，植物莖和葉中磷含量較高，而根系磷含量較低。同時(shí)，施用有機(jī)肥對(duì)西瓜磷營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)具有較好的持續(xù)性，施用等磷量有機(jī)肥時(shí)，成熟期西瓜根際土壤酸性磷酸酶活性顯著提高，西瓜根際土壤中有效磷含量有提高的趨勢(shì)，隨著有機(jī)肥施用量的提高，成熟期西瓜根際土壤的有效磷含量提高。施用兩倍磷量有機(jī)肥時(shí)，西瓜根際土壤酸性磷酸酶活性也較高，有效磷含量也顯著提高；施用三倍磷量有機(jī)肥時(shí)，成熟期西瓜根際土壤酸性磷酸酶活性未提高，但是有效磷含量最高。因此，施用有機(jī)肥可以提高土壤中有效磷含量，提高土壤肥力，該結(jié)果與Zhao等［37］的研究結(jié)果一致，土壤中有效磷含量與配施有機(jī)肥的量呈正比關(guān)系。

本研究結(jié)果表明，有機(jī)肥替代化肥提高了西瓜可溶性糖含量（圖4B），有機(jī)肥增施提高了西瓜的產(chǎn)量，施用18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)西瓜產(chǎn)量最高（圖4A）。本研究的結(jié)果證實(shí)了施用6、12和18 t·hm-2有機(jī)肥條件下，成熟期根際土壤有效磷含量均高于施用化肥處理，施用18 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)，非根際土壤有效磷含量顯著高于施用化肥處理，提高了20.5%（圖6）；施用化肥時(shí)，西瓜根中的全磷含量顯著高于其他處理，而莖中施用6 t·hm-2有機(jī)肥時(shí)全磷含量最高（圖3C）。施用有機(jī)肥對(duì)西瓜產(chǎn)量的提高可能還與有機(jī)肥促進(jìn)磷素在土壤剖面的遷移和分布有關(guān)［38］。

4 結(jié) 論

有機(jī)肥中水浸提可溶性全磷含量為6.9 g·kg-1，其中可溶性無機(jī)磷含量為525.1 mg·kg-1，占可溶性全磷的7.6%，而92.4%的可溶性全磷為有機(jī)態(tài)磷。有機(jī)肥替代化肥提高了西瓜根系酸性磷酸酶活性和根際土壤中酸性磷酸酶活性，提高了根際土壤中有效磷含量，促進(jìn)了西瓜根系對(duì)磷素的吸收。合適的有機(jī)肥施用量（6 t·hm-2、12 t·hm-2有機(jī)肥）顯著提高西瓜根際土壤酸性磷酸酶活性，而過高的有機(jī)肥施用量（18 t·hm-2有機(jī)肥）不能提高根際土壤中酸性磷酸酶活性。增施有機(jī)肥可提高西瓜根際土壤有效磷含量和西瓜莖葉中磷含量，進(jìn)而提高西瓜產(chǎn)量。

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