不同種類磷肥對(duì)果蔗的有效性研究

凌秋平 周文靈 陳迪文 吳啟華 沈大春 黃瑩 黃振瑞 敖俊華

摘? 要：通過室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，以不施磷作為對(duì)照，分別選用鈣鎂磷肥、聚磷酸銨和磷酸一銨進(jìn)行施磷處理，研究施用不同類型磷肥對(duì)黑皮果蔗生物量、根系形態(tài)及磷吸收特性的影響。結(jié)果顯示，施磷處理能夠顯著促進(jìn)果蔗生長，與未施磷處理的相比較，鈣鎂磷肥、聚磷酸銨和磷酸一銨處理的果蔗地上部生物量分別增加了67.00%、58.38%、50.65%。在同一施磷水平下，鈣鎂磷肥處理的果蔗生物量顯著高于聚磷酸銨和磷酸一銨處理。在不同類型磷肥處理下，果蔗的根系形態(tài)特征有顯著差異。鈣鎂磷肥處理的果蔗根系總根長和總根系表面積均比其他兩種磷肥處理有顯著增加;鈣鎂磷肥和聚磷酸銨處理的果蔗根平均直徑和根總體積之間無顯著差異。不同類型磷肥處理下，果蔗地上部和根系的磷含量無顯著差異;但鈣鎂磷肥處理的果蔗磷積累量顯著高于磷酸一銨處理。

關(guān)鍵詞：果蔗;磷肥;生物量;根系形態(tài);磷吸收特性

中圖分類號(hào)：S566.1????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Effects of Different Phosphorus Fertilizers on Chewing Cane

LING Qiuping1， ZHOU Wenling1， CHEN Diwen1， WU Qihua1， SHEN Dachun1， HUANG Ying1，

HUANG Zhenrui2， AO Junhua1

1. Institute of Bioengineering， Guangdong Academy of Sciences / Guangdong Modern Agricultural Technology Research and Development Center （Resources and Environment and Agricultural Product Safety）， Guangzhou， Guangdong 510316， China; 2. Crops Research Institute， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou， Guangdong 510640， China

Abstract： Chewing cane is an important crop in China， which has a long growth duration and a high demand for phosphorus. Through the indoor pot experiment， three kinds of fertilizer treatments were set up with no fertilization as control. The effects of different types of phosphate fertilizer on the biomass， root morphology and phosphorus absorption characteristics of chewing cane variety Badila （Saccharum officinarum L.） were studied by using calcium magnesium phosphate fertilizer， ammonium polyphosphate and monoammonium phosphate. The results showed that phosphorus application could significantly promote the growth of sugarcane. Compared with treatment without phosphate fertilizer， the biomass of chewing cane shoot treated with calcium magnesium phosphate fertilizer， ammonium polyphosphate fertilizer and monoammonium phosphate increased by 67.00%， 58.38% and 50.65%， respectively. Under the same level of phosphorus application， the biomass of chewing cane treated with calcium magnesium phosphate fertilizer was significantly higher than treatments with ammonium polyphosphate and monophosphate. It indicated that the application of phosphate fertilizer in the tested soil could significantly increase the biomass of chewing cane， and the application of calcium magnesium phosphate fertilizer performed better than other types of phosphate fertilizers. The root morphological characteristics of chewing cane were significantly different under different phosphorus fertilizer treatments. The total root length， root surface area， average root diameter and total root system of chewing cane treated under phosphate fertilizer treatments were significantly higher than treatment without fertilizer. The total root length， root surface area， average root diameter and total root system of chewing cane treated with calcium magnesium phosphate fertilizer were significantly higher than other two fertilization treatments. The average root diameter and total root volume of chewing cane treated with calcium magnesium phosphate and ammonium polyphosphate had no significant difference. Phosphorus content and accumulation in chewing cane treated with no phosphate fertilizer were significantly different with the phosphate fertilizer treatments. However， there was no significant difference in phosphorus content between shoots and roots of chewing cane under different types of phosphorus fertilizer treatments. Moreover， the accumulation of phosphorus in chewing cane treated with calcium magnesium phosphate fertilizer was significantly higher than that treated with monoammonium phosphate. Different type of phosphorus fertilizers had significant effects on phosphorus distribution in the shoot and root of chewing cane. The research show that proper application of phosphate fertilizer can significantly increase the yield of chewing cane， effectively promote the growth of root， significantly extend the total length of root and increase the absorption area of root.

Keywords： chewing cane; phosphorus fertilizer; biomass; roots morphology; phosphorus uptake characteristics

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.06.015

磷是植物所需的大量營養(yǎng)元素之一，在植物新陳代謝過程中發(fā)揮重要作用。土壤中的有效磷是植物所需的磷素主要來源，直接影響植物的生長發(fā)育[1]，為了保障作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的磷肥施用量不斷增加。然而，施入土壤的磷素易被轉(zhuǎn)化成難溶性磷形態(tài)，導(dǎo)致土壤中的總磷含量較高，磷肥的當(dāng)季利用率低[2]。所以，僅僅通過大量施用磷肥并不能很好地解決作物對(duì)磷素的需求，并且還會(huì)造成無法再生磷資源的枯竭和水體富營養(yǎng)化等磷污染的發(fā)生[3]，破壞生態(tài)環(huán)境的平衡。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)科學(xué)合理地施用磷肥，提高磷肥的當(dāng)季利用率，構(gòu)建生態(tài)安全與作物生產(chǎn)能夠良性循環(huán)的農(nóng)業(yè)體系。

果蔗，鮮食型水果甘蔗，富含多種人體所需的維生素、氨基酸和礦物質(zhì)，主要種植在廣西、廣東和海南等熱帶或亞熱帶地區(qū)[4]。果蔗作為C4作物，平均產(chǎn)量可達(dá)95.43 t/hm2[5]，對(duì)磷素需求量大。但是我國大部分蔗區(qū)土壤存在有效磷含量偏低的情況，廣西蔗區(qū)土壤有效磷含量僅1.8～8.5 mg/kg;廣東蔗區(qū)土壤的全磷含量較高，但有效磷僅占全磷含量的8.54%;海南土壤的全磷含量高，但是有效磷平均含量僅9.9 mg/kg，大部分為難溶性磷[6-8]。為了保障甘蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)，生產(chǎn)上通過增施磷肥來提高土壤的有效磷含量，磷（P2O5）投入量約為445.5 kg/hm2[9]。然而，不同蔗區(qū)間的施肥水平存在差異，導(dǎo)致蔗區(qū)土壤同時(shí)出現(xiàn)磷富集和磷缺乏的現(xiàn)象。因此，在果蔗生產(chǎn)過程中應(yīng)該結(jié)合測(cè)土技術(shù)制訂磷肥適用推薦標(biāo)準(zhǔn)，在減少磷肥施用量的同時(shí)保障甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究以廣東省韶關(guān)翁源縣的酸性土壤作為供試土壤，選取黑皮果蔗（Saccharum officinarum L.）‘大灰種為研究對(duì)象進(jìn)行室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，探討3種不同磷肥對(duì)果蔗生物量、根系形態(tài)及磷吸收特性的影響，為蔗區(qū)土壤選擇合適的磷肥品種以及果蔗科學(xué)合理施用磷肥提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 供試果蔗? 試驗(yàn)在廣東省科學(xué)院生物工程研究所溫室中進(jìn)行，材料為黑皮果蔗‘大灰種。

1.1.2? 供試土壤? 供試土壤取自廣東省韶關(guān)翁源縣，土壤為酸性紅壤，試驗(yàn)前土壤基本理化性質(zhì)：pH 5.28，有機(jī)質(zhì)13.50 g/kg，全氮931.68 mg/kg，堿解氮81.16 mg/kg，有效磷21.16 mg/kg，速效鉀78.81 mg/kg，交換性鎂21.25 mg/kg。

1.2? 方法

選取健康果蔗種莖，砍成單莖，浸入10%的多菌靈液體30 min，取出放入育苗盆中育苗，待長至4～5片葉時(shí)進(jìn)行移栽。采用室內(nèi)土壤盆栽的方式，塑料盆為口徑27 cm，高24 cm。供試土壤風(fēng)干、研碎，與磷肥和鉀肥充分混合，準(zhǔn)確稱取5 kg，裝入塑料盆中，移栽果蔗幼苗，每盆定植1棵。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理：處理1（T1）對(duì)照，不施磷;處理2（T2）施用鈣鎂磷肥（湖北金明珠化工有限公司，有效磷12.0%）;處理3（T3）施用聚磷酸銨（N 18.0%，P2O5 58.0%）;處理4（T4）施用磷酸一銨（N 12.0%，P2O5 61.0%）。肥料施肥量見表1，所有處理氮和鉀施用量一致（每千克風(fēng)干土樣加入N 0.8 g，K2O 0.6 g），各施磷處理有效磷含量一致（每千克風(fēng)干土樣加入P2O5 0.2 g），重復(fù)3次，共12盆。磷肥和鉀肥作為基肥混合土壤施用，氮肥溶于水淋施，分5次施用。

果蔗幼苗培養(yǎng)60 d收樣（從移栽當(dāng)天開始計(jì)），將植株地上部和地下部分開收獲。收樣時(shí)用剪刀將植株從莖基部剪斷，裝入信封，在105 ℃下殺青30 min后， 65 ℃烘干至恒重，測(cè)定植株地上部干重。將根系小心取出洗凈后，采用wizRHIZO系統(tǒng)掃描分析根系。隨后，將根系烘干至恒重，稱量干重。

將烘干的植株各部分樣品粉碎后，分別稱取0.2 g，采用H2SO4-H2O2濕灰法消煮至澄清的液體，使用流動(dòng)分析儀（Proxima， Alliance， France）測(cè)定全磷含量[10]，計(jì)算處理果蔗植株的磷濃度和磷含量。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同磷肥種類對(duì)果蔗生物量及根冠比的影響

由表2可知，與T1處理相比，T2、T3和T4

處理顯著提高了果蔗根系、地上部和單株的生物量（P<0.05）。T2、T3和T4處理之間的地上部和單株生物量差異均顯著;T3和T4處理的根系生物量差異不顯著（P>0.05），但T4與T1、T2處理的根系生物量差異顯著。其中，T2處理的果蔗根系、地上部和單株的生物量均最高，比T1處理分別提高了34.58%、67.00%、63.51%;T3處理次之。說明該土壤施用鈣磷鎂肥、聚磷酸銨和磷酸一銨均能顯著促進(jìn)果蔗的生長，其中施用鈣鎂磷肥的促進(jìn)效果最明顯。

由表2還可知，T2、T3、T4處理的果蔗根冠比相對(duì)T1處理均有顯著下降，分別下降了19.30%、27.87%和27.54%。T2處理的果蔗根冠比顯著高于T3和T4處理，分別是T3和T4處理的1.12倍與1.11倍。分析結(jié)果表明，不施磷肥的果蔗根冠比顯著高于施磷肥處理;鈣鎂磷肥處理的果蔗根冠比顯著高于其他兩種磷肥處理。

2.2? 不同磷肥種類對(duì)果蔗根系形態(tài)特性的影響

果蔗根系生長形態(tài)因施用磷肥種類不同存在差異（表3）。T2、T3和T4處理的根系總根長與T1處理存在顯著差異，表現(xiàn)為：T2>T3、T4>T1;T3和T4處理間無顯著差異;T2與T3、T4處理間有顯著差異，T2處理分別為T3、T4處理的1.16倍和1.17倍。T2處理的根系總表面積顯著大于T1、T3和T4處理，表現(xiàn)為：T2>T3、T4>T1，T4與T1處理間無顯著差異。對(duì)于根系平均直徑而言，T1處理的最小，為0.48 mm，T2處理的最大，為T1處理的1.19倍;T3和T4處理的根系平均直徑較一致，但均顯著大于T1處理。T2處理的果蔗總根體積最大，為19.17 cm3，顯著大于T1和T4處理;T3和T4處理間無顯著差異，但均顯著大于T1處理。分析結(jié)果表明，在該供試土壤中施用磷肥能顯著促進(jìn)果蔗根系生長，增大吸收面積，促進(jìn)植株的生長。

2.3? 不同磷肥種類對(duì)果蔗磷吸收特性的影響

從表4可見，T2、T3和T4處理間甘蔗地上部和根系的磷含量無顯著差異，但均顯著高于T1處理，地上部磷含量分別為T1處理的1.31倍、1.30倍和1.28倍。對(duì)于果蔗磷積累量而言，施磷處理的顯著高于未施磷處理的。其中地上部磷積累量表現(xiàn)為：T2>T3、T4>T1，T3和T4處理間無顯著差異;

而根系磷積累量表現(xiàn)為T2處理顯著高于T1、T3和T4處理，T3和T4處理間無顯著差異。

從表4還可以看出，T1處理果蔗地上部或根系中的磷素分配率與T2、T3、T4處理間均無顯著差異;T2處理地上部或根系中的磷素分配率與T3處理有顯著差異。分析結(jié)果表明，在該供試土壤中不施磷肥或施用磷肥對(duì)甘蔗地上部和根系中的磷素分配率無顯著影響，但是施用磷肥種類不同可能對(duì)果蔗地上部和根系中的磷素分配率造成顯著影響。

3? 討論

果蔗具有較悠久的栽培歷史，因其清甜可口，松軟多汁，富含人體所需的多種元素，受人們所青睞。此外，其還具有較高的市場(chǎng)價(jià)值，是農(nóng)民致富的特色產(chǎn)業(yè)之一[11]。果蔗生長周期長，對(duì)磷的需求量大。在不施磷的情況下，隨著土壤自身有效磷的不斷耗竭，會(huì)造成果蔗減產(chǎn)和果蔗的品質(zhì)下降。因此，蔗農(nóng)通常通過增施磷肥來保障果蔗的正常生長。但是，投入土壤的磷肥并不會(huì)完全被作物吸收利用，其利用效率受土壤的類型、磷肥的形態(tài)和作物類型等因素的影響[12-13]。張連婭等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在等養(yǎng)分施用量的情況下，

磷肥能夠顯著提高酸性紅壤玉米的生物量，但是不同形態(tài)磷肥對(duì)玉米產(chǎn)量的提高具有顯著差異。本研究結(jié)果表明，不施磷肥處理的果蔗地上部、根系和單株的生物量均顯著低于施磷肥處理的。其養(yǎng)分施用量一致的條件下，3種施磷處理的單株果蔗生物量存在顯著差異，表現(xiàn)為：鈣鎂磷肥>聚磷酸銨>磷酸一銨。產(chǎn)生這一結(jié)果可能與供試土壤的性質(zhì)有關(guān)。鈣鎂磷肥屬于堿性肥料，其能夠在提高土壤pH的情況下，不殺滅土壤中微生物并提高土壤鎂的供應(yīng)水平，特別適用于鎂淋溶較嚴(yán)重的酸性紅壤土[15]。因此，在供試的酸性紅壤中施用鈣鎂磷肥可以更好地提高甘蔗生物量。

在植物生長過程中，根和地上部經(jīng)常交換物質(zhì)和能量，相互依賴、競(jìng)爭(zhēng)和促進(jìn)。因此，根冠比常被作為植物根系與地上部生長相關(guān)效應(yīng)的重要指標(biāo)之一[16]。低磷脅迫下，植物為了吸收有限的磷素和提高對(duì)低磷脅迫的耐性，會(huì)相應(yīng)增多對(duì)根系光合產(chǎn)物的分配[17]，通過增加根冠比來適應(yīng)低磷脅迫環(huán)境。劉國順等[18]研究發(fā)現(xiàn)，根冠比的下降與施磷量的增加呈反比。這與本試驗(yàn)結(jié)果相一致，不施磷處理的果蔗根冠比顯著大于施磷處理的。此外，根冠比還與鎂元素供應(yīng)息息相關(guān)。楊剛?cè)A[19]研究發(fā)現(xiàn)缺鎂會(huì)減小柑橘的根冠比。鄭超等[20]進(jìn)行甘蔗沙培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在適量范圍內(nèi)，甘蔗根冠比會(huì)隨著供鎂水平的增加而增加。本實(shí)驗(yàn)供試土壤鎂元素不足，施用鈣鎂磷肥能夠提高供鎂水平，因此鈣鎂磷肥處理的甘蔗根冠比大于其他兩種磷肥處理。

作物根系是磷吸收的主要器官，其生長情況對(duì)作物產(chǎn)量具有重要影響。適量磷肥的施入能夠促進(jìn)根系的生長，更好地協(xié)調(diào)植株地上部與根系的關(guān)系[21]。已有研究表明，磷吸收量與作物根總長、根表面積和根體積呈正相關(guān)[22]。劉子琪等[23]的研究結(jié)果表明，磷肥有助于作物根系的生長和不定根數(shù)的增加，從而利于作物的生長，這與本研究結(jié)果基本一致。在本研究中，不施磷肥處理果蔗的根系總長、根表面積、根平均直徑和總根體積均顯著低于施磷處理。并且，果蔗根系的總根長、根表面積和總根體積等與其生物量呈正相關(guān)，說明磷肥能夠有效促進(jìn)果蔗根系的生長，增大根系的吸收面積，促進(jìn)植株生長，增加產(chǎn)量。

聚磷酸銨不僅含有植物所需的氮素和磷素，而且可以作為螯合劑，與土壤中的中微量元素發(fā)生螯合作用，增強(qiáng)磷和中微量元素的移動(dòng)性，增強(qiáng)肥效[24]。施入土壤中的聚磷酸銨并不會(huì)被作物直接吸收利用，而是逐漸轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，為作物的整個(gè)生長期持續(xù)提供磷營養(yǎng)，并且逐漸釋放螯合的中微量元素供給作物生長需要[25]。很多研究表明，磷酸一銨的肥效顯著低于聚磷酸銨。傅瑞斌等[26]的研究結(jié)果表明，相較于磷酸一銨，聚磷酸銨對(duì)輕度鹽堿地玉米具有明顯的增產(chǎn)作用。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與磷酸一銨比較，聚磷酸銨處理的果蔗植株地上部和單株生物量顯著提高，但對(duì)果蔗根系生長無顯著的促進(jìn)作用。

磷肥肥效還受到土壤類型、pH等影響。李瑞珂[27]研究發(fā)現(xiàn)，在酸性土壤條件下，鈣鎂磷肥處理的玉米產(chǎn)量顯著高于聚磷酸銨和磷酸一銨處理;供試土壤pH為7.2情況下，聚磷酸銨處理的玉米產(chǎn)量高于鈣鎂磷肥和磷酸一銨處理。本供試土壤為酸性紅壤，鎂元素偏低，鎂元素供應(yīng)水平低，施用堿性肥料鈣鎂磷肥不僅能夠改良酸性土壤，同時(shí)能夠提高土壤中的鎂水平，顯著增加甘蔗的生物量。因此，本試驗(yàn)鈣鎂磷肥處理的甘蔗生物量顯著高于聚磷酸銨和磷酸一銨處理。

從本研究結(jié)果來看，適當(dāng)?shù)氖┯昧追誓軌蝻@著增加果蔗的產(chǎn)量，有效促進(jìn)果蔗根系生長，顯著延長果蔗根系總長和增大根系的吸收面積。聚磷酸銨具有長效緩釋、水溶性好、螯合中微量元素等優(yōu)點(diǎn)，可用于生產(chǎn)液體肥料，提高磷肥利用效率，節(jié)約人工成本。歐美等國家已經(jīng)普及了聚磷酸銨液體肥，并且是美國磷肥的主流品種[28-29]。然而，聚磷酸銨的肥效還是會(huì)因土壤性質(zhì)、pH等的不同而存在差異。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中可以結(jié)合測(cè)土配方技術(shù)來選擇適合的肥料，提高肥料利用效率，改善蔗區(qū)土壤環(huán)境，提高果蔗產(chǎn)量和品質(zhì)，增加蔗農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)果蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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責(zé)任編輯：沈德發(fā)