提高園林植物對磷肥利用率的研究進展及展望

金 偉，王 潔

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西財經(jīng)大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院,江西 南昌 330013)

1 引言

城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的一部分, 其對改善人民的生活質(zhì)量、維護人居環(huán)境、保護生物多樣性、保存景觀多樣性及維護城市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著不可替代的作用。園林植物在城市中生長發(fā)育的基礎(chǔ)是土壤,它提供植物生長所需的各種養(yǎng)分，并且能吸收城市化進程中產(chǎn)生的種種廢棄物。我國的城市綠地面積一直以來在不斷增加，然而城市化進程中的各種因素導(dǎo)致了土壤的理化性質(zhì)發(fā)生改變，如建筑廢棄物、人為活動等使土壤中雜質(zhì)增多、質(zhì)量退化、養(yǎng)分降低,從而影響園林植物的生長。植物的生長主要受到磷(P)元素的限制。磷(P)是植物生長發(fā)育的必需元素之一，是構(gòu)成植物體內(nèi)許多重要化合物的組成元素，如核苷酸與核酸、核蛋白、磷脂、高能磷酸化合物(ATP)等。土壤中磷(P)的存在有兩種形式，分別是有機磷和無機磷，有機磷占比重較大,約占全磷的85%，無機磷是以磷酸鹽的形式存在，而植物通常就是通過吸收磷酸鹽來吸收土壤中的磷(P),所以植物能夠直接吸收利用的磷(P)還是比較少的。磷(P)不僅參與植物的生長發(fā)育，還與植物抗逆性與對外界環(huán)境適應(yīng)性密切相關(guān)。本文試探究提高園林植物對磷(P)肥的利用率，為我國城市的園林綠化養(yǎng)護提供可行的思路與理論支撐。

2 提高園林中磷肥利用率的措施

2.1 氮(N)與 磷(P)的平衡施肥

在全球范圍內(nèi),Reich&oleksyn及Wardle等的研究表明，北方和溫帶的森林生產(chǎn)量普遍受到氮(N)的限制，而亞熱帶常綠林和熱帶雨林則主要受到磷(P)的限制。在城市陸地土壤中，園林植物的生長發(fā)育主要受到氮(N)、磷(P)這兩個關(guān)鍵元素的限制，而N、P這兩個元素在中國土壤中的含量是低于全球水平的，尤其是P元素的含量。基于生態(tài)化學(xué)計量學(xué)的原理，并通過大量數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，土壤真實的肥沃程度可以根據(jù)該土壤中生長植物的葉片中N、P含量的變化推測出來，貧瘠土壤中植物葉片中的N、P含量要比肥沃土壤中植物葉片的N、P含量低，并且植物體內(nèi)N、P含量臨界比值可以反映出該植物的生長主要是受N的限制多一些還是P的限制多一些，由此可見N與P的平衡施肥是尤為重要的。施用氮肥、磷肥是人們有目的性地改變植物生長的土壤環(huán)境中的養(yǎng)分狀況，從而來促進植物的生長，這是維護城市園林植物的有效手段。劉慶云等對西南樺(Betulaalnoides)幼林進行NP、NK、KP等8種不同施肥處理研究，后發(fā)現(xiàn)其中NP肥處理對幼林的生長發(fā)育促進作用最大。有研究發(fā)現(xiàn)植物代謝生長受到N、P協(xié)同限制，同時施加N、P對植物生長造成的影響遠大于單一因素的影響。靳冰潔等通過對刨花楠(Machiluspauhoi)和馬尾松(Pinusmassoniana)的一年生幼苗進行不同濃度梯度的N、P施肥處理后發(fā)現(xiàn)，施N(P)肥有助于增加植物葉片對N、P元素共同吸收，具有元素協(xié)同作用，但在高濃度N(P)肥處理下會導(dǎo)致葉片中N、P元素彼此抑制吸收，這表明N、P元素過剩會影響植物的生長發(fā)育。在生長高峰期,施加高N肥、高P肥均能夠顯著促進苗木的生長，但在生長初期及平穩(wěn)期,還是應(yīng)以中N、中P水平為主。吳楚等對不同氮磷供應(yīng)情況下水曲柳(Fraxinusmandshurica)幼苗的生長進行研究后發(fā)現(xiàn)，水曲柳幼苗在氮磷平衡供給時獲得N、P的能力明顯強于氮磷不平衡供給時；在氮磷不平衡供給的情況下，水曲柳幼苗中的N、P彼此抑制吸收。 Schjrring 的試驗結(jié)果表明，缺乏磷的大麥(Hordeumvulgare)、蕎麥(Fagopyrumesculentum)和油菜(Brassicacampestris)都表現(xiàn)出硝酸鹽吸收速率下降的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象同樣也出現(xiàn)在鷹嘴豆(Cicerarietinum)、白羽扇豆(Lupinusalbus)等植物上，缺P植物吸收的硝酸鹽下降則該植物就會減少對N的吸收。鐘誠對盆栽圓齒野鴉椿(EuscaphiskonishiiHayata)二年生苗進行多種不同施肥配比處理后，對不同施肥配比的苗進行營養(yǎng)診斷后發(fā)現(xiàn)該植物中N、P元素適宜的配比范圍是：P/N=0.125±0.018。在城市園林植物養(yǎng)護中，施合理配比N、P肥尤為重要，但園林植物種類繁多，并且土壤條件變化大，需視具體植物、具體狀況來進行不同N、P配比施肥，所以N、P配比多少才為合理仍然有待研究。

2.2 有機酸對土壤磷(P)的活化

通俗來說有機酸是指具有酸性的有機化合物，也是植物根系會釋放到土壤中的根系分泌物，比如草酸、檸檬酸、甲酸、蘋果酸、醋酸等。固定磷大量存在于土壤中，然而植物卻無法吸收和利用，所以需要給植物施磷肥，但是在土壤中施入磷肥，水溶性磷肥會形成難溶的磷酸鹽，并且土壤中的粘粒及其他化合物會吸附土壤中的磷，這其實就是土壤對磷的固定與吸附。植物根系分泌的有機酸可以溶解土壤中的固定磷，磷酸酶可以分解根際有機磷，使固定磷向有效磷轉(zhuǎn)化，從而增加土壤中植物可利用的有效磷的含量。梁玉英等對菜地施用檸檬酸和草酸后發(fā)現(xiàn)這兩種有機酸對菜地土壤中磷活化作用明顯，隨著濃度的增加，活化效果就越好，并且草酸的活化效果要強于檸檬酸。何振立等研究發(fā)現(xiàn)同一條件下，低濃度檸檬酸、草酸、酒石酸和胡敏酸陰離子均能顯著減少土壤對磷酸根的吸附。不同的有機酸對同種土壤中固定磷的活化程度不同。王秀云等在施硅的前提下，研究相同濃度草酸、檸檬酸、乙酸對棕壤中磷解吸和吸附的影響，發(fā)現(xiàn)檸檬酸對棕壤中磷的活化能力最強。劉勝亮等在研究10種不同有機酸對磷酸三鈣溶解能力時發(fā)現(xiàn)，溶解能力最強的是酒石酸，最弱的是檸檬酸、丙酸、富馬酸。對于不同類型的土壤，同一種有機酸對其中磷素解吸能力的強弱不同。余健研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸和酒石酸對杉木林下黃棕壤磷的解吸能力最強，馬尾松林下黃棕壤次之，杉木林下紅壤最差。楊紹瓊等研究發(fā)現(xiàn)在相同濃度下，草酸對低肥力土壤中磷素活化能力最強，檸檬酸對高肥力土壤中磷素活化能力最強。另外，孔濤等研究不同濃度梯度的有機酸與土壤磷活化總量之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，兩者之間呈正相關(guān)的關(guān)系。陳立新等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)有機酸的濃度到達一定程度時，土壤磷活化總量就不隨濃度的增加而增加了。根據(jù)所查閱的相關(guān)資料，目前對于施用有機酸來活化土壤磷素在城市園林中的應(yīng)用還處于空白階段。

2.3 菌根真菌與園林植物形成共生

菌根真菌是一類土壤微生物，絕大多數(shù)植物都能夠與菌根真菌建立共生關(guān)系。一般植物通過根表皮、根毛吸收土壤中的磷，在磷脅迫條件下就是用菌根吸收的方式。菌根是通過菌絲體吸收磷的，且其吸收的磷占絕大多數(shù)，根表皮和根毛直接吸收的磷則少到可以忽略不計。陳媛等研究兩種不同叢枝菌根真菌對園林植物鳶尾(Iristectorum)的生長影響后發(fā)現(xiàn)，這兩種叢枝菌根真菌均促進了鳶尾對N、P元素的吸收。段灝等對千屈菜(Lythrumsalicaria)、旱傘草(Cyperusalternifolius)、黃花鳶尾(Iriswilsonii)等水生觀賞植物接種不同的叢枝菌根真菌后發(fā)現(xiàn)植物體含磷量比空白組最高高出46.8%、33.5%、37.2%。葉遠平發(fā)現(xiàn)接種不同菌根真菌的三葉赤楠(Syzygiumgrijsii(Hance)Merr．etPerry)均提高了對營養(yǎng)元素的吸收，尤其是對磷素的吸收，其幼苗磷含量是未接種菌根幼苗的5倍左右。陳飛對星星草(Puccinelliatenuiflora)接種AM真菌研究后發(fā)現(xiàn)，菌根的存在不僅提高了星星草對P、N等的吸收，還增強了其在鹽脅迫處理下的抗逆性。劉洋等研究發(fā)現(xiàn)同時接種適量濃度的AM真菌和解磷細菌可以增加復(fù)墾土壤中有效磷的含量、提高油菜對磷素的利用效率，以此促進此土壤中油菜的生長和產(chǎn)出。由此看來，利用外生菌根真菌及內(nèi)生菌根真菌與園林植物形成共生，以此來提高對土壤磷的利用率是行之有效的措施。

2.4 種植非菌根“P采”物種

排根是在磷、鐵、氮等養(yǎng)分缺乏條件下形成的一種特殊根系結(jié)構(gòu)，但能夠形成排根的植物種類有限。目前已發(fā)現(xiàn)山龍眼科(Proteaceae)、樺木科(Betulaceae)、木麻黃科 (Casuarinaceae)、胡頹子科(Elaeagnaceae)、 豆 科(Leguminosae)、 桑 科(Moraceae)和楊梅科 (Myricaceae)等科中的一些植物能夠形成排根。Lambers等發(fā)現(xiàn)非菌根“P采”戰(zhàn)略物種羧酸鹽釋放排根種類，特別是山龍眼科植物，在P是關(guān)鍵的限制營養(yǎng)元素的世界上最古老的貧瘠土壤中生長的格外旺盛。這些植物能在小范圍的土壤中分泌大量的磷酸鹽陰離子從而使土壤中被固定的P移動到植物所需位點,這比具有菌根的物種更有競爭優(yōu)勢。這些具有P采礦策略的集群根植物物種在吸收P時很具優(yōu)勢，甚至可以作為生態(tài)系統(tǒng)工程師，將不太好的P轉(zhuǎn)化為更易于獲得的形式并提供給鄰近植物。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在缺P的園林綠地中的紫菜科很適應(yīng)應(yīng)對貧瘠土壤。它們獲得和回收磷非常有效率,他們能相對較快地進行光合作用并在葉片P濃度非常低的情況下生產(chǎn)具有大量磷儲量的種子。在園林綠化中，可以篩選出具有觀賞價值高的排根植物，為園林綠化養(yǎng)護提供便利和節(jié)約成本。

2.5 改善施肥方法

由于園林植物生長周期長，自然環(huán)境復(fù)雜，造成施肥操作及定量施肥的難度較大。可根據(jù)經(jīng)驗法、效應(yīng)函數(shù)法、營養(yǎng)診斷法、配方施肥法進行施肥，避免盲目施肥。施肥的方式主要有基肥、種肥、追肥，基本上就是以植物的生長階段來劃分的，基肥是在植物栽植前，種肥是在播種和栽植苗木時，追肥是在植物生長發(fā)育階段。同一種植物處于不同生長階段對營養(yǎng)元素的需求略有不同，這需要根據(jù)觀察植物生長情況后對癥下藥。觀葉類植物對N元素需求最多，而觀花、觀果類則對P元素需求最多，球根類則對K元素需求最多，喬木、灌木、草坪、花卉的施肥方式也要有所區(qū)分，高大喬木一般是不需要進行施肥，而灌木、草坪經(jīng)常修剪所以需要追肥，花卉施肥可以促進花芽分化，也可延長花期，使花朵個頭飽滿，色澤鮮艷。日常施肥的種類主要有3種，分別是化學(xué)肥料、有機肥料、微生物肥料，這幾種肥料應(yīng)用起來都是有利有弊，如有機肥料中人糞尿就不宜施用在園林中，會破壞園林的美感，且見效慢。景小蘭等將沼肥液凈化后施用在菊花和果桑上，結(jié)果表明過濾率高達80%且沒有影響沼肥對植物的作用效果，這很好地解決了有機肥清潔的問題，為園林植物中施用沼肥提供理論支撐。我國的國土面積廣闊，土壤類型多樣，不同地區(qū)的植物需根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥赖睦砘再|(zhì)來選擇施肥的類型和方式，如黑土中營養(yǎng)元素豐富則不需要過多地施肥，保肥能力較差的沙土則需要“薄肥勤施”?？偟膩碚f，合理的施肥方法會極大地提高園林植物的成活率，促進植物生長發(fā)育，有效地提高景觀效果，并且節(jié)約養(yǎng)護成本，一舉多得。

3 展望

目前，對于提高磷肥的利用率研究還是主要集中在農(nóng)作物上，對園林植物這一方面的研究還是頗少。上文所說的合理的N、P比和施肥方式都要具體植物具體分析，土壤條件不同、生長階段不同，甚至天氣狀況都會對其造成影響。雖然許多研究表明有機酸對土壤磷有活化作用，但是并未見其在城市園林養(yǎng)護中的廣泛應(yīng)用，目前仍有許多問題有待解決，如不同的酸對不同植物的活化效果不同，園林植物配置中卻是多種植物混搭，這就給施用外源有機酸帶來問題。許多菌根共生植物的根際存在多種真菌，但目前研究中還是靠人工給植物接種真菌形成的菌根共生才能極大地提高磷素利用率。未來在排根植物的性狀改良、育種方面還得多加研究，以提高其觀賞價值，更加符合城市園林植物造景的要求。