甜高粱、高丹草和拉巴豆對難溶性磷的活化與吸收

王亞麒,袁玲

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715)

土壤磷的生物有效性低是限制作物生長的重要因素之一[1-2]。我國南方土壤有效磷含量普遍偏低，為了滿足作物正常生長需要，農(nóng)田長期過量施用磷肥，造成肥料磷的利用效率不及20%，而磷素在土壤中大量固定積累[3]，這種惡性循環(huán)成為農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)科亟待解決的問題。據(jù)報道，合理輪作和調(diào)整種植制度具有改善土壤理化性狀、調(diào)節(jié)土壤肥力和提高系統(tǒng)生產(chǎn)力等優(yōu)點，如將綠肥作物加入輪作體系，可以起到改良土壤的作用[4]。在西南地區(qū)，農(nóng)田冬季休閑十分普遍，利用休閑地栽種綠肥具有可行性。近十多年，綠肥的研究主要集中在綠肥栽培、利用以及培肥改土上，如通過綠肥翻壓提高土壤有機質(zhì)，增加土壤微生物量及酶活性等方面[5-6]。本研究針對目前農(nóng)田磷素的突出問題，擬證實牧草綠肥挖掘土壤“磷庫”中難溶性磷的可能性、大小及機理。以提高土壤磷的生物有效性為目標(biāo)，選擇不同的綠肥品種，研究其活化效率及其機理，有益于挖掘綠肥資源，改良輪作體系，為減施磷肥提供科學(xué)依據(jù)。

甜高粱(Sorghumdochna)、高丹草(Sorghumhybrid sudan grass)和拉巴豆(Dolichoslablab)是我國重要的3種綠肥牧草。其中，甜高粱具有抗旱、耐澇、耐鹽堿等特性，在全球大多數(shù)半干旱地區(qū)都可以生長，對土壤的適應(yīng)能力極強[7]；高丹草由高粱(Sorghumbicolor)和蘇丹草(Sorghumsudanense)雜交而成，綜合了高粱莖粗、葉寬和蘇丹草分蘗力、再生力強的優(yōu)點，雜種優(yōu)勢非常明顯[8]；拉巴豆主根發(fā)達，側(cè)根多，其根系的生物學(xué)特性對吸收土壤磷有顯著效果[9]。

本研究采用水培試驗，將甜高粱、高丹草和拉巴豆培養(yǎng)在不同水平的水溶性磷和難溶性磷條件下，研究其生長狀況、養(yǎng)分吸收以及根系有機酸分泌等，旨在揭示牧草對難溶性磷的生理反應(yīng)、活化利用及機理，為綠肥在種植制度的合理布局和減施磷肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

牧草品種：“雅津1號”甜高粱、“得力”高丹草和“Highworth”拉巴豆均購于重慶市蘇卉花藝種業(yè)公司。

水培容器：容積2 L黑色PVC桶(高×直徑=16 cm×18 cm)，桶蓋上開3個直徑為3.5 cm的圓孔，放入定植籃，用海綿固定幼苗。

營養(yǎng)液配方：改良的Hoagland營養(yǎng)液標(biāo)準(zhǔn)配方(mg·L-1)：945 Ca(NO3)2·4H2O, 80 NH4NO3, 506 KNO3, 136 KH2PO4, 493 MgSO4·7H2O。Arnon微量元素營養(yǎng)液配方(mg·L-1)：2.13 MnSO4·4H2O, 2.86 H3BO3, 0.22 ZnSO4·7H2O, 0.08 CuSO4·5H2O, 0.02 (NH4)6Mo7O24·4H2O[10]。

1.2 試驗設(shè)計及過程

在培養(yǎng)液中，除磷之外，各處理的其他營養(yǎng)元素含量和形態(tài)均一致。具體設(shè)置是： 1)SP(對照，soluble phosphorus)：在營養(yǎng)液中，磷素均由水溶性磷(KH2PO4，下同)提供；2)1/4SP：由1/4質(zhì)量濃度(以SP處理磷的質(zhì)量濃度計算)的水溶性磷和Hoagland缺磷營養(yǎng)液構(gòu)成；3)1/8SP：由1/8質(zhì)量濃度的水溶性磷(同上)和Hoagland缺磷營養(yǎng)液構(gòu)成；4) IP(insoluble phosphorus)：在Hoagland缺磷營養(yǎng)液中，加入與SP處理相同質(zhì)量濃度的難溶性磷[Ca3(PO4)2，下同]。

試驗在西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院溫室大棚進行。于2017年7月1日育苗，8月20日收獲取樣。選用均勻、飽滿度一致的牧草種子用3% H2O2消毒3 min，用去離子水洗凈，置于25 ℃去離子水中浸泡16 h至露白后播種，出苗10 d后勻苗，每個育苗盤留30株均勻一致的幼苗，再繼續(xù)正常澆水培養(yǎng)5 d，獲得供試牧草幼苗備用。

選取整齊一致、生長勢相同的牧草幼苗，用去離子水沖洗干凈，移栽至培養(yǎng)液中培養(yǎng)。每桶移栽牧草3株，每個品種每個處理設(shè)5次重復(fù)，電動泵通氣4 h·d-1(每隔5 h通氣1 h，1 d共通氣4 h)，每隔10 d更換一次營養(yǎng)液，30 d后收獲取樣[11]，備測有關(guān)項目。

水培培養(yǎng)30 d后，每個品種每個處理隨機選取5株牧草分別放入5個150 mL試管(高×直徑=25 cm×3 cm)中；試管中對應(yīng)加入4種處理的營養(yǎng)液100 mL，并將試管放入特制避光培養(yǎng)箱中(莖葉露出箱外)繼續(xù)培養(yǎng)，10 d后收集試管中根系分泌物溶液測定相關(guān)指標(biāo)[12-13]。

1.3 測定項目與方法

農(nóng)藝性狀：水培30 d后，取出植株，沖洗，晾干，測量根長、莖長、側(cè)根數(shù)，計算根冠比：

根冠比(R/S)=根部生物量(root)/莖葉生物量(stem & leaf)

生物量、養(yǎng)分含量：待植株殺青(105 ℃，15 min)后，在65 ℃下烘干24 h，采用稱重法測定生物量，經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗光度法、火焰光度法測定全氮、全磷、全鉀含量[14-15]，計算牧草養(yǎng)分積累量：

養(yǎng)分積累量(mg·plant-1)=∑[各器官生物量(g·plant-1)×各器官養(yǎng)分含量(g·kg-1)]

植株對難溶性磷的活化能力分別用絕對活化指數(shù)和相對活化指數(shù)來表示。絕對活化指數(shù)：在難溶性磷為唯一磷源供應(yīng)的水培試驗(IP處理)中，植株對難溶性磷的絕對活化量(mg·bucket-1，包括植株磷的積累量+培養(yǎng)液中殘留的可溶性磷量)與培養(yǎng)液中加入的難溶性磷量(mg·bucket-1)之比。相對活化指數(shù)：植株對難溶性磷的絕對活化量(IP處理)與正常磷源供應(yīng)條件下(SP處理)植株體內(nèi)磷的積累量之比。

營養(yǎng)液中剩余可溶性正磷酸鹽(H2PO4-)含量：將水培10、20和30 d時更換下來的營養(yǎng)液過濾，吸取10 mL定容至100 mL測定可溶性正磷酸鹽含量(鉬藍比色法[16-17])。

有機酸：用0.1 mol·L-1H2SO4酸化收集試管根系分泌物培養(yǎng)液，用高效液相色譜儀(HPLC)測定有機酸[18-19]。樣品和標(biāo)樣前處理：用平頭注射器吸取1 mL樣液，過0.45 μm水相濾膜，等待進樣。色譜柱：Ion-300有機酸分析專用柱(Phenomenex，Torrance，CA，USA)，進樣量：20 μL，流動相：2.5 mmol·L-1硫酸，流速：1.0 mL·min-1，柱溫：35 ℃，壓力450 psi (1 psi=6.895 kPa)，檢測器：Diode Array L-7455紫外檢測器，檢測波長210 nm。檢測的有機酸包括草酸、檸檬酸、乳酸、琥珀酸、酒石酸和蘋果酸，其出峰時間依次為11.47、13.69、18.52、19.41、22.87和23.99 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2016對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計整理，采用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析，并采用LSD法比較處理間差異顯著性，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水平磷素對牧草生長狀況的影響

2.1.1根長和莖長 由表1可看出生長30 d后，3種牧草的根長表現(xiàn)為SP≈IP>1/4SP>1/8SP，莖長表現(xiàn)為SP>IP≈1/4SP>1/8SP，3種牧草的IP處理比1/4SP提高了2.07%～9.85%(根長)、比1/8SP提高了7.68%～11.68%(根長)、10.55%～37.89%(莖長)。

2.1.2側(cè)根數(shù) 與對照(SP)相比，1/4SP和1/8SP顯著降低了3種牧草側(cè)根數(shù)量，其中甜高粱、高丹草和拉巴豆分別降低了10.86%～27.53%、10.89%～28.54%、30.86%～37.04%，而甜高粱與高丹草的IP處理相較于對照變化不顯著(表1)。

2.1.3生物量 不同水平磷素對3種牧草生物量影響為SP>IP>1/4SP>1/8SP，IP處理分別比低磷處理高14.80%～31.23%(甜高粱)、8.68%～17.48%(高丹草)；但拉巴豆的IP處理較低，與低磷處理無顯著差異(表1)。

2.1.4根冠比 3種牧草的IP和1/8SP處理的根冠比均大于SP(表1)。難溶性磷相較于低磷條件下，牧草根長、莖長增加，根冠比增大，都是牧草對難溶性磷環(huán)境的一種主動適應(yīng)性反應(yīng)，且根冠比差異表現(xiàn)為：甜高粱>高丹草>拉巴豆，這充分體現(xiàn)了不同牧草對不同水平磷素反應(yīng)的差別。

表1 不同水平磷素對牧草生長狀況的影響Table 1 Effects of different levels of phosphorus on the growth of forage (mean±SD, n=3)

注：全磷處理用SP表示，低磷處理用1/4SP，1/8SP表示，難溶性磷處理用IP表示，同列相同植物含有不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: In each column, total phosphorus treatment was indicated by SP. low phosphorus treatment was indicated by 1/4SP and 1/8SP, and insoluble phosphorus treatment was indicated by IP. Dates followed by different small letters are significantly different atP<0.05, the same below.

2.2 不同水平磷素對牧草養(yǎng)分含量的影響

2.2.1全磷 圖1表明，3種牧草根部全磷含量與其營養(yǎng)液磷素水平顯著相關(guān)，SP最高，1/4SP或IP次之，1/8SP最低。莖葉全磷含量SP最高，其余3種處理則無顯著差異(甜高粱除外)。整體上高丹草與拉巴豆的IP分別比1/4SP高19.45%、4.40%，比1/8SP高51.52%、9.89%。而甜高粱的IP比1/4SP低41.61%，只比1/8SP高14.85%，呈現(xiàn)SP>IP≈1/4SP>1/8SP。

2.2.2全氮 高丹草根部IP處理與對照無顯著差異，且顯著高于低磷處理；甜高粱的SP和1/4SP顯著高于1/8SP與IP處理；拉巴豆根部的IP均低于其他3種處理(圖1)。整體呈現(xiàn)：甜高粱1/4SP>SP>1/8SP≈IP、高丹草SP>1/4SP≈1/8SP≈IP、拉巴豆SP>1/4SP≈1/8SP>IP。

2.2.3全鉀 SP處理下，3種牧草莖葉、根部全鉀含量均顯著高于難溶性磷與低磷處理(圖1)。甜高粱與拉巴豆整體呈現(xiàn)SP>1/4SP>1/8SP≈IP，而高丹草的IP處理相較于1/4SP與1/8SP，分別提高了11.35%和28.33%。

2.3 不同水平磷素對牧草養(yǎng)分積累量的影響

2.3.1磷積累量 表2可見，3種牧草根部、莖葉磷積累量以SP處理最高。IP、1/4SP和1/8SP處理的磷積累量分別比SP低49.73%～60.21%(甜高粱)、51.17%～72.78%(高丹草)、59.07%～81.85%(拉巴豆)；但IP顯著比1/4SP和1/8SP高3.66%～26.34%(甜高粱)、33.76%～79.37%(高丹草)、6.16%～125.60%(拉巴豆)。磷的積累量總體呈現(xiàn)：高丹草≥甜高粱>拉巴豆。

2.3.2氮積累量 與SP處理相比，隨著其他處理營養(yǎng)液中磷濃度的減少，3種牧草氮積累量也逐漸降低，但IP和1/4 SP處理之間無顯著差異且IP顯著高于1/8 SP處理(高丹草莖葉部除外)(P<0.05)。氮積累總量表現(xiàn)為SP>IP≈1/4SP>1/8SP；甜高粱>高丹草>拉巴豆(表2)。

圖1 不同水平磷素對牧草全磷、全氮、全鉀含量的影響Fig.1 Effects of different levels of phosphorus on the total phosphorus, total nitrogen and total potassium content of forage (mean±SD, n=3) 全磷處理用SP表示，低磷處理用1/4SP，1/8SP表示，難溶性磷處理用IP表示；不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)。下同。Total phosphorus treatment was indicated by SP. Low phosphorus treatment was indicated by 1/4SP and 1/8SP, and insoluble phosphorus treatment was indicated by IP; Dates followed by different small letters are significantly different at P<0.05. The same below.

品種Variety處理Treatments磷積累量Phosphorusaccumulation(mg·plant-1)根Root莖葉Stem&leaf氮積累量Nitrogenaccumulation(mg·plant-1)根Root莖葉Stem&leaf鉀積累量Potassiumaccumulation(mg·plant-1)根Root莖葉Stem&leaf甜高粱S.dochnaSP3.77±0.49a7.49±0.53a27.78±0.90a63.15±3.86a53.69±1.57a128.06±5.76a1/4SP2.19±0.15b3.27±0.25b20.05±1.57b61.48±1.31a43.67±2.33b126.01±2.25a1/8SP1.70±0.19c2.78±0.30c14.83±0.93c43.78±0.89b25.08±1.86c96.94±3.49bIP2.26±0.18b3.40±0.16b20.06±1.25b61.89±1.91a39.25±3.79b119.80±5.10a高丹草SorghumhybridsudangrassSP4.16±0.14a8.66±0.36a29.29±1.45a82.80±7.43a54.24±2.21a143.58±15.03a1/4SP1.67±0.18c3.01±0.27b18.03±1.49bc58.53±4.61b25.20±0.56c87.08±7.50bc1/8SP0.93±0.15d2.56±0.43c14.65±2.64c54.44±3.94b17.58±3.11d71.91±0.92cIP2.76±0.19b3.50±0.20b20.65±1.92b62.01±0.24b32.87±2.68b97.45±3.61b拉巴豆D.lablabSP4.10±0.38a5.16±0.51a31.20±1.71a86.20±8.45a60.74±4.88a89.76±8.79a1/4SP1.22±0.16c2.35±0.20b13.91±0.99b38.43±2.59b18.54±1.67b48.75±3.49b1/8SP0.88±0.12c0.80±0.09c10.57±0.86c13.50±1.99c19.10±1.82b18.41±2.26cIP1.66±0.14b2.13±0.10b15.25±0.73b39.54±0.08b19.71±1.24b39.83±3.01b

2.3.3鉀積累量 甜高粱根部鉀積累量表現(xiàn)為SP最高、IP和1/4SP次之、1/8SP最低，但莖葉SP、1/4SP、IP處理之間無顯著差異；高丹草鉀積累量IP比SP低32.13%～39.40%，但比1/4SP和1/8SP高30.43%～86.97%、11.91%～35.52%；拉巴豆根部鉀積累量表現(xiàn)為SP最高，IP、1/4SP和1/8SP之間無顯著差異，莖葉呈現(xiàn)SP>IP≈1/4SP>1/8SP(表2)。

2.4 營養(yǎng)液中可溶性正磷酸鹽的含量

甜高粱：隨著甜高粱生育期延長，可溶性正磷酸鹽含量逐漸減少，總體呈現(xiàn)SP>IP>1/4SP>1/8SP(圖2)。生育期10 d時，4種處理差異不顯著；生育期20和30 d時，處理之間差異顯著(P<0.05)，SP最高，IP次之，低磷處理最低，但1/4SP和1/8SP之間無顯著差異；且IP與SP之間的差異隨著生育期延長而逐漸減小，從1.81(10 d)、1.45 mg·L-1(20 d)，減小至0.64 mg·L-1(30 d)。

圖2 不同水平磷素下3種牧草對營養(yǎng)液剩余可溶性正磷酸鹽的影響Fig.2 Effects of 3 kinds of forage on residual soluble orthophosphate under different levels of phosphorus (mean±SD, n=3)

高丹草：與甜高粱類似，SP最高，IP次之，1/4SP再次之，1/8SP最小(圖2)；但從第10天開始，低磷處理之間就已無顯著差異；其中IP與SP之間差異從1.87 mg·L-1(10 d)降低至0.77 mg·L-1(30 d)。

拉巴豆：隨拉巴豆生育期延長，4種處理下可溶性正磷酸鹽含量逐漸減少(圖2)。IP、1/4SP和1/8SP處理之間無顯著差異，均顯著低于SP處理(P<0.05)，總體表現(xiàn)為：SP>IP≈1/4SP≈1/8SP。

2.5 不同牧草對難溶性磷的絕對活化指數(shù)及相對活化指數(shù)

由表3可知，植株磷積累量表現(xiàn)為：高丹草≥甜高粱>拉巴豆(甜高粱與高丹草無顯著差異)；3種牧草的營養(yǎng)液剩余可溶性磷含量之間無顯著差異；難溶性磷絕對活化指數(shù)整體表現(xiàn)為：甜高粱≈高丹草>拉巴豆；相對活化指數(shù)表現(xiàn)為：甜高粱>高丹草≥拉巴豆(高丹草與拉巴豆無顯著差異)。

2.6 不同水平磷素對牧草根系分泌有機酸的影響

由表4可見，3種牧草在不同磷素水平下有機酸分泌差異顯著；在難溶性磷與低磷處理下，3種牧草均能分泌較多的草酸、乳酸和蘋果酸，合計占分泌總量的65.06%。

檸檬酸：甜高粱只有IP檢測出檸檬酸；除SP外，高丹草和拉巴豆其余處理均檢測出檸檬酸，濃度分別介于0.26～0.87 mg·mL-1和0.25～0.32 mg·mL-1之間。

表3 3種牧草對難溶性磷的活化指數(shù)Table 3 Activation indices of insoluble phosphorus in three forages (mean±SD, n=3)

表4 不同水平磷素對牧草根系分泌有機酸的影響Table 4 Effects of different levels of phosphorus on the organic acids secretion from forage roots (mean±SD, n=3)

注：未檢測出有機酸的用ND(no data)表示。

Note: The organic acid was not detected which was indicated by ND (no data).

草酸：隨著培養(yǎng)液中的可溶性磷含量降低，草酸分泌量逐漸升高；IP處理下3種牧草根系分泌的草酸量最大，均顯著高于SP、1/4SP和1/8SP(P<0.05)，且甜高粱、高丹草和拉巴豆的IP分別比1/4SP和1/8SP高14.29%～50.32%、35.71%～58.33%、27.27%～180.33%。

蘋果酸：除甜高粱與拉巴豆的SP處理未檢測出蘋果酸外，其余處理都有一定量蘋果酸分泌；甜高粱、拉巴豆的IP、1/4SP與1/8SP處理之間無顯著差異，濃度分別介于0.02～0.03 mg·mL-1和0.02～0.04 mg·mL-1之間；高丹草蘋果酸分泌量呈現(xiàn)IP≥1/8SP≥1/4SP>SP。

乳酸：除甜高粱外，IP處理乳酸分泌量均為最大，分別比1/4SP高18.03% (甜高粱)、50.25%(高丹草)、315.79%(拉巴豆)，比1/8SP高29.85%(高丹草)、172.41%(拉巴豆)，但甜高粱的IP比1/8SP低11.11%。

酒石酸：甜高粱、高丹草的SP處理和拉巴豆的所有處理未檢測出酒石酸；甜高粱與高丹草的酒石酸分泌量介于0.13～0.35 mg·mL-1之間，總體呈現(xiàn)IP≥1/8SP>1/4SP。

琥珀酸：甜高粱與拉巴豆不分泌琥珀酸，隨著營養(yǎng)液可溶性磷含量的降低，高丹草開始分泌琥珀酸，其含量為0.07(1/8SP)和0.04 mg·mL-1(IP)。

總有機酸：高丹草分泌量 (5.43 mg·mL-1)>甜高粱(4.12 mg·mL-1)>拉巴豆(2.59 mg·mL-1)，3種牧草整體呈現(xiàn)IP>1/8SP>1/4SP>SP；隨著營養(yǎng)液中可溶性磷含量的降低，有機酸分泌總量逐漸增加，到IP達最高，分別比1/4SP和1/8SP提高了15.9%～66.30%(甜高粱)、34.46%～186.75%(高丹草)、67.57%～148.48%(拉巴豆)。

3 討論

本研究表明，在難溶性磷和低磷條件下，不同牧草的根長、莖長和生物量降低，根冠比增加，說明磷素對牧草生長有顯著影響。IP處理下牧草側(cè)根數(shù)顯著高于1/4SP與1/8SP，表明牧草通過改變根系形態(tài)，增加與環(huán)境的接觸面積，達到獲取難溶性磷的目的。這與通過增加須根、細根的比例，擴大植物根系吸收養(yǎng)分面積，提高磷吸收利用的研究相似[20-21]。根冠比是影響作物養(yǎng)分吸收效率的重要因子，也是作物高效基因型根系形態(tài)特征的主要篩選指標(biāo)[22]。與SP處理相比，其余3種處理根冠比顯著提高，可顯著增加與外界的接觸面積，使相對更多的根系參與磷素的活化與吸收[23]。這可能是作物對逆境的一種主動適應(yīng)機制，與徐茂等[24]在研究油菜(Brassicanapus)、黑麥草(Loliumperenne)等作物對磷的吸收與根系生理形態(tài)特征的結(jié)果類似。在3種牧草中，抗磷脅迫能力最強的是甜高粱，其生物量、側(cè)根數(shù)和根冠比都顯著高于其他兩種牧草。

在不同磷素水平中，3種牧草莖葉、根部全磷含量差異顯著，表現(xiàn)為SP>IP≥1/4SP>1/8SP，全氮和全鉀含量也表現(xiàn)為SP最高、IP與1/4SP次之、1/8SP最低。說明難溶性磷與低磷脅迫顯著影響牧草對磷的吸收，從而影響了牧草對氮和鉀的吸收利用。在難溶性磷處理下，牧草磷含量顯著高于低磷處理，結(jié)合牧草根系形態(tài)變化，說明牧草在難溶性磷脅迫下改變自身根系形態(tài)，增加根長、根冠比與根表面積，促進自身對磷的吸收[25-26]。植株養(yǎng)分積累量能明確表征植株生育期的養(yǎng)分吸收量，是評價作物養(yǎng)分吸收的重要指標(biāo)[27]。本試驗表明，不同水平磷素對3種牧草磷、氮、鉀養(yǎng)分積累量差異顯著。IP處理的磷、氮、鉀養(yǎng)分積累總量僅次于SP處理，均大于1/4SP和1/8SP處理。說明3種牧草均可利用營養(yǎng)液中的難溶性磷，將營養(yǎng)液中難溶性磷轉(zhuǎn)化為有效磷供自身吸收利用。但拉巴豆對難溶性磷活化利用不高，IP、1/4SP和1/8SP處理之間無顯著差異，其中禾本科牧草(甜高粱、高丹草)利用效率最高，遠高于豆科牧草(拉巴豆)，這與Pearse等[28]研究得出的禾本科植物比豆科植物更能有效利用難溶性磷的結(jié)果相似。

測定不同時期培養(yǎng)液中可溶性正磷酸鹽(H2PO4-)的變化，可以間接反映不同牧草對磷的利用狀況及對難溶性磷的活化程度。同一時期，培養(yǎng)液中H2PO4-殘留量越低，說明植物對磷的吸收利用越多；但本項設(shè)計為磷濃度的不均衡試驗，相比SP處理，1/4SP和1/8SP處理的H2PO4-殘留量是因為供給不足造成的。研究表明，隨著生育期的延長，3種牧草營養(yǎng)液中剩余的正磷酸鹽含量逐漸減少，以SP、IP、1/4SP、1/8SP的順序顯著降低。值得注意的是，IP處理營養(yǎng)液中殘留的H2PO4-濃度顯著高于兩個低磷處理，且從第20天開始，禾本科牧草(甜高粱、高丹草)的IP處理顯著高于1/4SP、1/8SP處理，而豆科牧草(拉巴豆)的IP與1/4SP、1/8SP之間無顯著差異，說明牧草在難溶性與低磷脅迫下能將難溶性磷活化成可溶性磷以供自身吸收利用，且隨著植株生育期延長，禾本科牧草相比豆科牧草活化難溶性磷的能力更強。

為了更直觀反映不同植物對難溶性磷的活化利用差別，分別用絕對活化指數(shù)和相對活化指數(shù)來表征。絕對活化指數(shù)是對難溶性磷的絕對活化量(包括植株體內(nèi)吸收累積的磷和殘留在溶液中的可溶性正磷酸鹽)與加入的難溶性磷量的比值，這個指標(biāo)直觀，但明顯受到難溶性磷加入量的影響。因為IP處理中難溶性磷的加入量與SP處理加入的可溶性磷量一致，所以，在等量供磷條件下，植株對難溶性磷的活化量(IP處理)與正常供磷植株磷的積累量(SP處理)之比即為相對活化指數(shù)，該指標(biāo)更能客觀反映植株在低磷脅迫下對難溶性磷的活化吸收能力。本項研究表明：在難溶性磷脅迫下，3種牧草活化磷、吸收磷的能力差異顯著，它們對磷的活化吸收能力整體表現(xiàn)為：甜高粱>高丹草>拉巴豆。值得注意的是，高丹草的絕對活化指數(shù)與甜高粱無顯著差異，但相對活化指數(shù)顯著低于甜高粱，說明高丹草在正常供磷條件下吸磷量較大，能有效吸收利用溶液中的可溶性磷，但在難溶性磷脅迫條件下，利用難溶性磷的能力低于甜高粱。簡言之，相對活化指標(biāo)更客觀，可用于其他難溶性養(yǎng)分的評價上。

根系分泌物的組成和含量變化是植株對環(huán)境脅迫最直接、最明顯的反應(yīng)，是植株適應(yīng)低磷脅迫的重要生理機制之一，其中有機酸是磷效率植物根系分泌物中的一種重要有機物，被普遍認(rèn)為以直接或間接的方式影響土壤磷的有效性[30-31]。在缺磷脅迫下，磷效率植物分泌的低分子量有機酸可以抑制土壤表面對磷的吸附，促進土壤吸附磷的解吸，是判斷土壤中難溶性磷活化程度的重要指標(biāo)[32-33]。本研究表明，難溶性磷與低磷脅迫在抑制牧草生長與養(yǎng)分吸收的同時，不同程度的促進3種牧草根系分泌有機酸，且不同牧草的草酸、乳酸、蘋果酸和檸檬酸分泌量各不相同，說明3種牧草之間的土壤解磷能力存在差異[34-35]。甜高粱與高丹草分泌的有機酸總量顯著高于拉巴豆，與營養(yǎng)液中的可溶性正磷酸鹽含量呈正比，究其原因可能是不同種類牧草在環(huán)境脅迫下，根際微環(huán)境發(fā)生變化，根系分泌物增加，其中分泌的有機酸可使根際酸化并使?fàn)I養(yǎng)液中難溶性磷酸鹽溶解為根系易吸收利用的有效磷。在分泌的總有機酸中，草酸與乳酸占有機酸分泌總量的64.09%，在IP處理下，草酸與檸檬酸的分泌量顯著高于其他3種處理。研究表明，草酸與檸檬酸絡(luò)合鈣、鐵、鋁的能力較強，草酸與鈣、鐵、鋁的絡(luò)合/沉淀常數(shù)分別是3.00、25.00、20.00，檸檬酸與鈣、鐵、鋁的絡(luò)合/沉淀常數(shù)分別是3.42、25.00、20.00，遠高于相應(yīng)鈣、鐵、鋁等離子與磷酸鹽的絡(luò)合/沉淀常數(shù)[36-37]。因此，牧草分泌的草酸可溶解土壤難溶性鈣、鐵、鋁磷酸鹽，釋放無機磷。3種牧草均能分泌大量乳酸，這可能是由于水培淹水環(huán)境，牧草進行無氧呼吸而釋放較多乳酸所致。值得注意的是，在難溶性磷和低磷脅迫下，相較于對照，拉巴豆分泌有機酸的增加量要顯著高于甜高粱與高丹草，但有機酸分泌總量卻低于其他兩種牧草，這可能是由于豆科牧草與禾本科牧草的營養(yǎng)成分與種間差異所致，有研究表明，植株的生物量與其有機酸分泌量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，拉巴豆的抗磷脅迫性較弱，且IP和1/8SP處理的生物量極低，故分泌的有機酸量低，但具體原因還有待進一步研究。

4 結(jié)論

1) 難溶性磷和低磷脅迫對甜高粱、高丹草和拉巴豆生長有明顯抑制作用，根長、莖長、生物量減少，根冠比增加；難溶性磷處理下牧草養(yǎng)分含量與積累量顯著高于低磷處理，甜高粱對難溶性磷的相對活化指數(shù)顯著高于其他兩種牧草。

2) 難溶性磷與低磷脅迫能誘導(dǎo)牧草根系形態(tài)發(fā)生變化，促進根系分泌有機酸，使其根際環(huán)境有利于難溶性磷酸鈣鹽的溶解活化，從而促進磷的吸收利用，禾本科牧草有機酸分泌量顯著高于豆科牧草。

3) 甜高粱比供試的另外兩種牧草能更好地改善根系形態(tài)，分泌更多的有機酸以適應(yīng)難溶性磷和低磷脅迫環(huán)境，3種牧草對磷的活化吸收能力表現(xiàn)為：甜高粱>高丹草>拉巴豆。因此，甜高粱能充分利用土壤中被吸附固定的磷素，可以作為輪作系統(tǒng)中活化土壤磷的牧草輪作品種推廣，為我國南方農(nóng)田輪作體系合理布局提供參考。