不同品種磷肥施用對(duì)玉米根際土壤磷組分的影響*

張 璐，肖靖秀，鄭 毅,2 ，湯 利

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南開(kāi)放大學(xué)，云南 昆明 650500)

磷素不僅是植物生長(zhǎng)所需的大量元素之一，也是限制其生產(chǎn)力的重要因子[1]。酸性土壤的低pH環(huán)境固定了更多的磷[2]，致使大部分磷素殘留在土壤中，阻礙了作物對(duì)磷素的吸收利用。中國(guó)酸性土壤分布廣泛，區(qū)域覆蓋面積大，占全國(guó)耕地面積的21%，遍及15個(gè)省區(qū)，總面積約2.04×108hm2[3]；另外，磷肥為不可再生資源，中國(guó)農(nóng)田磷肥年施入量顯著增加但并沒(méi)有顯著提高作物產(chǎn)量，造成磷肥施用的浪費(fèi)[1,4]。

紅壤中含有大量無(wú)定型的氧化鐵和氧化鋁，固磷能力強(qiáng)[2,5-7]，磷肥利用率低下。現(xiàn)有研究大多關(guān)注磷肥施用量與磷肥利用率的關(guān)系，而忽略了磷肥品種問(wèn)題。生產(chǎn)中磷肥品種多而雜，但很少有研究關(guān)注如何選擇適宜的磷肥品種。張連婭等[8]研究表明：在紅壤上施用不同的磷肥品種，玉米產(chǎn)量和磷肥利用效率等有顯著差異，但其具體作用機(jī)制并不清楚。不同磷肥品種施用后土壤磷組分如何變化尚需明確。間作可以提高土壤磷的有效性并促進(jìn)磷的吸收利用效率，且相關(guān)機(jī)制研究較多[5-7]。但在間作條件下，施用不同磷肥品種對(duì)土壤磷組分的影響尚不明確?，F(xiàn)階段，對(duì)作物根際土壤中磷組分的研究已經(jīng)十分廣泛，但大多是對(duì)中國(guó)北方石灰性土壤以及中性土壤的研究，而對(duì)酸性土壤中間套作玉米根際土磷組分的研究還較少。

中國(guó)土壤無(wú)機(jī)磷組分測(cè)定普遍采用張守敬—杰克森法[9]和改進(jìn)的蔣柏藩—顧益初法[10]。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)Tiessen和Moir改進(jìn)的Hedley磷分級(jí)方法(以下簡(jiǎn)稱Tiessen-Moir磷分級(jí)方法)[11-12]將土壤無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷形態(tài)同時(shí)兼顧，全面評(píng)價(jià)了土壤磷形態(tài)，是目前采用較多的一種方法。該方法根據(jù)磷在土壤中的狀態(tài)，將磷分為植物可直接間接利用的活性態(tài)磷 (Resin-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po)、中活性態(tài)磷(NaOH-Pi、NaOH-Po和D.HCl-Pi)和穩(wěn)定態(tài)磷(C.HCl-Pi、C.HCl-Po和Residual-Pt)[13-16]。

本研究通過(guò)田間和盆栽試驗(yàn)，利用Tiessen-Moir磷分級(jí)方法，探討不同磷肥品種和間作條件下玉米根際全磷和磷組分的變化；定量評(píng)價(jià)不同磷肥品種對(duì)紅壤各磷組分含量的影響，揭示間作對(duì)紅壤中各磷組分占比的調(diào)控作用。研究結(jié)果對(duì)紅壤地區(qū)磷肥的合理施用及磷肥品種的選擇具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地與供試材料

1.1.1 試驗(yàn)地

試驗(yàn)地位于云南省昆明市官渡區(qū)小哨村云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院試驗(yàn)地(N24°54′～25°13′，E102°41′～103°03′，海拔1 820 m)，土壤為旱地紅壤，屬粘土，基本理化性狀為：pH 4.53，容重1.73 g/cm3，有機(jī)質(zhì)含量4.49 g/kg，土壤全磷含量0.194 g/kg，有效磷含量4.02 mg/kg。盆栽試驗(yàn)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)系大棚進(jìn)行，盆栽試驗(yàn)用土取自田間試驗(yàn)田。

1.1.2 供試材料

供試玉米(Zea maysL.)品種為云瑞88，大豆(Glycine max)品種為開(kāi)育12；供試肥料氮肥為尿素(46%)，鉀肥為硫酸鉀(51%)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(SSP，16%)、磷酸一銨(MAP，49%)和磷酸二銨(DAP，46%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)種植方式為玉米單作，設(shè)不施磷肥(CK)、施用SSP、施用MAP和施用DAP共4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)小區(qū)。肥料在播種前施入，每個(gè)小區(qū)面積12 m2，玉米行距50 cm、株距25 cm。每穴播種3～4粒，長(zhǎng)至兩葉一心時(shí)每穴留苗1株。

盆栽試驗(yàn)為兩因素設(shè)計(jì)，因素1為玉米大豆間作和玉米單作2種種植模式，因素2為4個(gè)磷肥施用處理(CK、SSP、MAP和DAP)。每個(gè)處理3次重復(fù)，僅在成熟期采樣，1次采樣共計(jì)24盆。玉米N、K2O和P2O5的施用量分別為150、100和150 mg/kg。尿素60%做基肥，40%于玉米7葉期做追肥。

試驗(yàn)用盆上部直徑29 cm，下部直徑18.6 cm，高23 cm，底部有3孔，每盆裝土10 kg。裝盆時(shí)，將土壤與肥料混合均勻裝入盆中，待所有盆裝土完畢，加適量水，待穩(wěn)定1周后播種。玉米和大豆種子在播種前進(jìn)行催芽[17]，用1%的雙氧水表面消毒1 h，清洗后浸泡，吸水過(guò)夜后保持濕潤(rùn)，置于25℃恒溫箱培養(yǎng)，芽長(zhǎng)約1 cm時(shí)播種。玉米單作每盆種植4株玉米，玉米||大豆處理分別種植2株玉米和2株大豆。玉米和大豆生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中各盆栽和田間處理的管理保持一致。

1.3 樣品采集與測(cè)定

田間試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)均在玉米成熟期采集玉米根際土。根際土的采集采用抖土法[18]，從根上抖下來(lái)的土為根區(qū)土，粘附在根系表面的土為根際土。根際土壤全磷含量采用NaOH熔融—鉬銻抗法測(cè)定。根際土壤磷組分采用Tiessen-Moir磷分級(jí)方法[11-12,19]，具體操作步驟如下：

先將待測(cè)土樣研磨后過(guò)100目篩，稱取0.500 g加入50 mL離心瓶中，加蒸餾水30 mL，樹(shù)脂膜1條，常溫振蕩16 h，8 000 r/min離心3 min，倒出蒸餾水，樹(shù)脂條浸于20 mL 0.5 mol/L HCl溶液中，常溫振蕩16 h，8 000 r/min離心3 min，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定Resin-P含量。將上一步土壤殘?jiān)?0 mL 0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提，常溫振蕩16 h，8 000 r/min離心3 min，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定NaHCO3-Pi含量；高溫消煮后，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定NaHCO3-Pt含量，NaHCO3-Pt與NaHCO3-Pi含量的差值即為NaHCO3-Po含量。將上一步土壤殘?jiān)?0 mL 0.1 mol/L NaOH溶液浸提，常溫振蕩16 h，8 000 r/min離心3 min，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定NaOH-Pi含量；高溫消煮后，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定NaOH-Pt含量，NaOH-Pt與NaOH-Pi含量的差值即為NaOH-Po含量。將上一步土壤殘?jiān)?0 mL 1 mol/L HCl溶液浸提，常溫振蕩16 h，8 000 r/min離心3 min，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定D.HCl-Pi含量。將上一步土壤殘?jiān)?0 mL 濃鹽酸80℃消煮10 min后，補(bǔ)加5 mL濃鹽酸，常溫后8 000 r/min離心3 min，定容至50 mL容量瓶中，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定C.HCl-Pi含量；高溫消煮后，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定C.HCl-Pt含量，C.HCl-Pt與C.HCl-Pi含量的差值即為C.HCl-Po含量。將上一步土壤殘?jiān)D(zhuǎn)移至消煮管，加5 mL濃硫酸380℃消煮至乳白色，常溫定容至50 mL，過(guò)濾，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定Residual-Pt含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel和SPSS Statistics 20進(jìn)行處理，田間試驗(yàn)按照單因素處理進(jìn)行方差分析，盆栽試驗(yàn)按照兩因素處理進(jìn)行交互作用分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷肥品種施用對(duì)單間作玉米根際土全磷含量的影響

由圖1可知：與CK相比，施肥處理均可顯著提高玉米根際全磷含量。田間試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)中，施肥處理可分別提高167.43%～291.48%和68.41%～154.46%的玉米根際土壤全磷含量。田間條件下，SSP和MAP處理間根際土壤全磷含量無(wú)顯著差異。盆栽條件下，不同施肥處理間玉米根際土壤全磷含量則有顯著差異，各磷肥品種對(duì)玉米根際土壤全磷的作用為DAP>MAP>SSP。進(jìn)一步比較單作和間作玉米根際全磷含量發(fā)現(xiàn)：與玉米單作相比，玉米大豆間作對(duì)玉米根際全磷含量無(wú)影響，說(shuō)明玉米根際全磷含量受施磷處理調(diào)控，但不受種植模式的影響。3個(gè)磷肥品種中，DAP對(duì)提高根際全磷含量的作用最顯著。

圖1 不同磷肥施用下玉米根際土壤中全磷含量Fig.1 Total phosphorus content of monoculture maize rhizosphere soil under different phosphorus fertilizer application

2.2 不同磷肥品種施用對(duì)玉米根際土壤磷組分含量的影響

由表1、2可知：田間條件下，與CK相比，所有施肥處理均可顯著提高NaHCO3-Pi、NaOHPi、NaOH-Po和C.HCl-Po含量；盆栽條件下，與CK相比，所有施肥處理均可顯著提高Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、D.HCl-Pi和C.HCl-Po含量。與CK相比，施MAP肥可降低田間NaHCO3-Po、D.HCl-Pi和Residual-Pt含量，但差異不顯著；而所有施肥處理均可顯著降低盆栽條件下NaHCO3-Po和Residual-Pt含量。與單作相比，玉米||大豆可顯著提高玉米根際NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、C.HCl-Pi和Residual-Pt含量，可顯著降低NaOH-Po和NaOH-Pi含量，對(duì)其他磷組分無(wú)顯著影響。

表1 不同磷肥品種施用下成熟期單作玉米根際土壤磷組分含量(田間試驗(yàn))Tab.1 The phosphorus component in rhizosphere soil of mono-cropped maize in harvest under different phosphorus fertilizer (field experiment)mg/kg

分析磷肥品種、種植方式及兩者互作對(duì)各磷組分含量的影響(表2)可知：施用的磷肥品種及磷肥品種×種植方式對(duì)所有磷組分含量均有極顯著的影響；而種植方式對(duì)除Resin-P、D.HCl-Pi和C.HCl-Po外的其他磷組分有極顯著的影響。

表2 不同磷肥品種施用下成熟期玉米根際土壤磷組分含量(盆栽試驗(yàn))Tab.2 The phosphorus component in rhizosphere soil of maize in harvest under different phosphorus fertilizer (pot experiment)mg/kg

2.3 不同磷肥品種施用對(duì)玉米成熟期根際土壤磷組分占比的影響

由圖2可知：與CK相比，田間試驗(yàn)中，SSP、MAP和DAP處理下根際土壤活性態(tài)磷含量分別降低15%、10%和16%，穩(wěn)定態(tài)磷含量分別降低3%、5%和9%，而中活性態(tài)磷含量分別增加23%、23%和42%；盆栽試驗(yàn)中，SSP、MAP和DAP處理下根際土壤活性態(tài)磷含量降幅分別為10%、12%和2%，SSP 和MAP處理下根際穩(wěn)定態(tài)磷含量降幅分別為7%和6%，而SSP和DAP處理下中活性態(tài)磷含量增幅分別為5%和8%。與玉米單作相比，間作顯著增加了活性態(tài)磷占比，增幅為3%，但DAP處理下活性態(tài)磷占比降低3%；間作顯著降低了中活性態(tài)磷占比，降幅為6%，但CK條件下中活性態(tài)磷占比提高4%；間作普遍增加穩(wěn)定態(tài)磷占比，但CK條件下穩(wěn)定態(tài)磷占比降低7%。

圖2 不同磷肥品種施用下玉米根際土壤磷形態(tài)占比Fig.2 Phosphorus form proportion of rhizosphere soil of maize under different P varieties fertilizer

3 討論

本試驗(yàn)土壤pH為4.53，容重為1.73 g/cm3，粘度高，酸性強(qiáng)，淋溶徹底，屬于高度鹽基不飽和、鐵鋁富集土壤，土壤中的磷大部分為鐵鋁吸附態(tài)或穩(wěn)定態(tài)，可利用部分較少[5]。磷肥施入后，極易被固定為鐵鋁結(jié)合態(tài)或穩(wěn)定態(tài)，這也是本研究中中活性態(tài)磷含量增加的原因。磷肥的施用可普遍提高作物各生育期根際有效磷含量，磷肥中普遍含有部分水溶性磷，且大部分可以作為有效磷源(過(guò)磷酸鈣、磷酸二銨和磷酸一銨)或緩效磷源(過(guò)磷酸鈣)進(jìn)入土壤，提高微域內(nèi)有效磷含量，供給植物生長(zhǎng)。過(guò)磷酸鈣為水溶性有效磷肥，但其肥效較低；磷酸一銨為生理酸性肥料，適用于堿性土壤；磷酸二銨為生理堿性肥料[20]。磷肥為作物提供充足磷源，促進(jìn)磷素吸收，有助于作物細(xì)胞的生長(zhǎng)和葉綠素的形成，進(jìn)而提高作物生物量、產(chǎn)量及磷吸收累積量，磷素營(yíng)養(yǎng)在蔬菜等作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成等過(guò)程中均產(chǎn)生重要影響[21-27]，適量的磷肥可有效提高土壤有效磷含量，使玉米或其他作物獲得高產(chǎn)[28-30]。作物在生長(zhǎng)過(guò)程中所吸收的磷主要為活性態(tài)磷，磷肥的施入極大促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)發(fā)育及吸收，并同時(shí)促進(jìn)作物根系分泌。磷肥施用可改變土壤活性態(tài)磷、中活性態(tài)磷及穩(wěn)定態(tài)磷組分的含量及占比，且不同品種磷肥對(duì)不同組分的含量影響存在差異[30-34]。本研究中磷肥施用降低了作物根際活性態(tài)磷和穩(wěn)定態(tài)磷占比，增加了中活性態(tài)磷占比；磷肥施入土壤后，會(huì)迅速增加土壤各形態(tài)磷含量，而到作物成熟期，由于磷肥施用顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)，作物大量吸收活性態(tài)磷，導(dǎo)致施磷處理的活性態(tài)磷含量顯著低于不施磷處理。而 Residual-Pt含量的降低可能與磷肥施用促進(jìn)作物生長(zhǎng)進(jìn)而促進(jìn)作物根系磷酸酶、有機(jī)酸和質(zhì)子的分泌有關(guān)[35]，但仍需進(jìn)一步研究。

WANG等[26]研究表明：豆科禾本科間作可促進(jìn)根際土壤酸化，增加酸性磷酸酶活性，有效提高土壤磷有效性，活化土壤中被固定的磷。GUNES等[27]的鷹嘴豆大麥間作試驗(yàn)也證明：豆科禾本科間作可促進(jìn)根際土壤酸化，增加酸性磷酸酶活性，顯著提高土壤有效磷、鐵(II)和DTPA-Fe的含量。趙建華等[7]研究表明：合理間作可促進(jìn)玉米根系分泌物中質(zhì)子、總有機(jī)酸和磷酸酶分泌，并改變作物根系構(gòu)型及菌根侵染率，有效活化土壤中被固定的鐵鋁中活性態(tài)磷(鐵鋁結(jié)合態(tài)和穩(wěn)定態(tài))。這也是作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)活性態(tài)磷的耗竭是導(dǎo)致玉米施磷處理成熟期根際土壤活性態(tài)磷低于不施磷處理的原因。豆科禾本科間作會(huì)對(duì)土壤不同組分的磷含量產(chǎn)生影響，尤其是活性態(tài)磷[36]。有研究顯示：豆科混交林下的土壤有效磷含量相比于純非豆科林和純豆科林均有提高[25]，且禾本科豆科間作會(huì)促進(jìn)作物磷酸酶、有機(jī)酸及質(zhì)子的分泌，進(jìn)而影響根際微域效應(yīng)下的微生物群落并提高其解磷作用，促進(jìn)AM真菌的根系定植[25-27,29]。

4 結(jié)論

(1) 施用磷肥顯著提高了玉米根際全磷含量，但是間作對(duì)玉米根際土壤全磷并沒(méi)有影響，各品種磷肥作用順序?yàn)镈AP>MAP>SSP，這與作物地上部的生長(zhǎng)狀況吻合。

(2) 施用磷肥會(huì)降低活性態(tài)磷和穩(wěn)定態(tài)磷含量，增加中活性態(tài)磷含量。在不同品種磷肥施用下，玉米大豆間作對(duì)玉米根際土壤各磷組分含量的影響有差異，其中，磷酸二銨對(duì)穩(wěn)定態(tài)磷的活化效果最好。此外，玉米大豆間作可以增加活性態(tài)磷和穩(wěn)定態(tài)磷占比，降低中活性態(tài)磷占比。