苜蓿根系分泌物对土壤中难溶性磷的影响

杨利宁，敖特根·白银，李秋凤，高艳霞，徐敏云，冯进华，李运起

(1．河北农业大学动物科技学院，河北 保定071001;2．河北省草原监理监测站，河北 石家庄050035)

土壤磷素的供应状况对植物磷素营养具有十分重要的影响［1］。作为必需的大量营养元素之一，磷在促进苜蓿根瘤生长、根系发育、改善品质、提高干物质产量等方面发挥着重要作用［2］。苜蓿是一种需磷量大的多年生作物［3］，而大多数土壤磷素不足，施加磷肥成为解决这一问题的有效途径之一。但磷肥的当季利用率低，一般只有10% ～25%［4］。其原因是施入土壤的磷肥很快就转化为难溶形态，酸性环境土壤中磷主要以难溶性铁磷(Fe-P)、铝磷(Al-P)、闭蓄态磷(O-P)形式被固定;碱性环境中主要以钙磷(Ca-P)形式被固定［5］。植物磷素的有效性主要由植物对难溶性磷的利用能力决定［6］。因此，活化利用土壤中的难溶性磷对于改善植物磷素营养具有重要作用［7］。

根系不仅是植物吸收水分和养分的器官，而且是最先感受缺磷信号的器官［8］，植物可以通过向环境释放根系分泌物来适应和改善其生长环境［9］，因此，根系分泌物是影响植物吸磷能力的重要因素之一。通过活化土壤难溶性无机磷来提高根际有效磷的浓度，供作物吸收利用［10］。有研究表明，白羽扇豆(Lupinus albus)［11-13］、水稻(Oryza sativa)［14］、大豆(Glycine max)［15］、棉花(Gossypium spp．)［16］的根系分泌物都具有提高土壤磷素有效性，活化难溶性磷酸盐的作用。

研究苜蓿(Medicago sativa)根系分泌物对土壤中难溶性磷的活化作用，对如何提高土壤中磷素的有效性，增加苜蓿吸磷量，从而达到提高苜蓿产量、减少肥料浪费和促进农业可持续发展具有重要的意义。为此，本研究采用水培法在缺磷条件下收集苜蓿根系分泌物，初步研究苜蓿根系分泌物对土壤中难溶性磷的活化能力，明确根系分泌物与其利用难溶性磷能力的关系，为探讨土壤中磷素供应状况、土壤无机磷的供磷能力及磷肥的合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 材料

供试苜蓿品种为中苜1 号、标靶、TG3、骑士2、骑士T、阿迪娜。中苜1 号由中国农科院畜牧所提供，阿迪娜、骑士2、骑士T、标靶由国家饲料工程技术研究中心牧草与青贮饲料研究推广中心提供，TG3 由绿冠公司提供。所用土样采自河北农业大学标本园。供试土壤中碱解氮含量为 7． 25 mg·kg－1、有效磷含量为15．29 mg·kg－1、速效钾含 量 为150． 8 mg·kg－1、有 机 质 含 量 为14． 9 g·kg－1、pH(水∶ 土=5∶ 1)为8．31。

1．2 试验方法

1．2．1 植物培养 挑选大小、饱满度一致的苜蓿种子，经5% NaClO4消毒10 min、去离子水冲洗3 ～5次，然后置于培养皿在25 ℃条件下催芽。每培养皿放置种子50 粒，出芽后，选取出芽整齐、发育一致的幼苗移入用去离子水洗净的石英砂中，每天用去离子水浇一次，于人工气候箱中进行培养，培养条件为，温度25℃(昼)/19℃(夜)，相对湿度70%(昼)/75%(夜)，光照12 h(昼)/12 h(夜)，光照度10 000 lx。长至一定高度(5 cm 左右)，选择整齐一致、生长势相同的植株，用去离子水将根系冲洗干净，移栽到1/4 营养液中。每个品种6 次重复。培养3 d 后换成1/2 营养液，6 d 后设缺磷(－P)和供磷(+P)两种水平，将其移入缺磷营养液及完全营养液中。培养过程中，每隔3 d 换一次。

营养液配比［17］:7．5 ×10－2mol·L－1K2SO4，6．5 ×10－2mol·L－1MgSO4，1．0 ×10－3mol·L－1KCl，2．0 ×10－3mol·L－1Ca(NO3)2，2．5 ×10－2mol·L－1KH2PO4，1． 0 × 10－5mol·L－1H3BO3，1． 0 ×10－7mol·L－1CuSO4，1．0 ×10－6mol·L－1MnSO4，1．0 ×10－6mol·L－1ZnSO4，5．0 ×10－6mol·L－1(NH4)6Mo7O24，1．0 ×10－4mol·L－1Fe-EDTA。

缺磷处理的营养液中不加KH2PO4。营养液稀释4 倍后是1/4 营养液，稀释2 倍后是1/2 营养液。

1．2．2 根系分泌物的收集 待供试植株出现缺磷症状后，开始收集根系分泌物。于早上将待收的植株进行光照2 h 后，将其取出，用去离子水将根系冲洗干净，然后移入盛有少量百里酚(0．1 g·L－1)去离子水的容器中进行培养，每个品种每种处理(－P、+P)重复3 次，6 h 后收集含有根系分泌物的去离子水。将所收集的根系分泌物溶液于旋转蒸发仪上(40 ℃)浓缩20 倍，将浓缩液过0．45 μm 微孔滤膜以除去杂质，置于－ 20 ℃低温下保存备用［6，14，18-20］。

1．2．3 土壤培养 准确称取风干后磨细过0．15 mm 筛子的土壤样品20 g 土放入培养皿中，分别加入苜蓿各个品种的根系分泌物10 mL，对照加入10 mL 的去离子水，每个处理3 次重复。置于恒温培养箱中(30 ℃)培养10 d。

1．2．4 测定指标及方法 用顾益初和蒋柏藩［21-22］的分级方法测定土壤难溶性无机磷。其他各项指标的测定采用常规方法［23］:NaOH －1．0 mol·L－1扩散法测定碱解氮;0．5 mol·L－1NaHCO3浸提―钼锑抗比色法测定土壤速效磷;重铬酸钾容量―外加热法测定土壤有机质;NH4OAc 浸提火焰光度法测定土壤速效钾;pH 用pH 计(Delta 320)测量。

1．3 数据处理

试验数据用EXCEL 软件进行简单统计和处理。采用SPSS 17． 0 软件对Olsen-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca2-P、Ca8-P、Ca10-P 含量处理进行方差分析(ANOVA)，并用Duncan’s 法进行多重比较。用平均值和标准误表示测定结果。

2 结果与分析

2．1 根系分泌物对土壤有效磷(Olsen-P)含量的影响

经缺磷处理后，6 个苜蓿品种的根系分泌物对土壤有效磷的活化量得到不同程度的改善(表1)。其中，TG3 处理的有效磷含量达到了16． 73 mg·kg－1，比对照提高了11．98%，并显著高于除骑士T 之外的其他品种处理(P ＜0．05);骑士T 处理的有效磷含量达到了16．04 mg·kg－1，比对照提高了7．36%(P ＜0．05)，但与其他品种间差异不显著(P ＞0．05);骑士2、阿迪娜、中苜1 号和标靶的土壤有效磷含量分别为15．66、15． 42、15． 78 和15． 66 mg·kg－1，与对照间差异虽未达显著水平，但均改善了土壤有效磷的含量。供磷(+ P)条件下，TG3的有效磷含量为16．44 mg·kg－1，差异显著高于对照(14．94 mg·kg－1)，但与中苜1 号、标靶间差异不显著;骑士2、阿迪娜、骑士T、中苜1 号、标靶的有效磷含量均高于对照，但与对照差异不显著。

表1 根系分泌物对土壤有效磷含量的影响Table 1 Effects of root exudates on soil Olsen-P content mg·kg －1

2．2 根系分泌物对土壤难溶性磷酸盐含量的影响

2．2．1 Al-P、Fe-P、O-P 试验结果表明，缺磷条件下添加根系分泌物的土壤经培养后，Al-P 含量都有不同程度的降低(表2)。其中TG3、中苜1 号、骑士T、阿迪娜、骑士2 处理与对照相比，Al-P 含量分别下降 了14． 58%、13． 03%、12． 11%、11． 43% 和9．54%，且差异显著(P ＜0．05)，标靶处理的Al-P含量虽与对照差异不显著(P ＞0．05)，但亦有所降低(7．33%)。各品种处理间的Al-P 含量虽有所不同，但差异并不显著。供磷条件下，6 个苜蓿品种的Al-P 含量均低于对照，但无显著差异。

和Al-P 含量变化相同，土壤的Fe-P 含量经缺磷条件下苜蓿根系分泌物处理后亦有所降低。其中以骑士T 处理效果最为显著，和对照相比，其Fe-P含量下降了10．02%(P ＜0．05)，其次是TG3 处理，比对照下降了9．61%(P ＜0．05)，骑士2、阿迪娜、中苜1 号和标靶处理分别比对照下降了6． 57%、7．79%、7．58% 和7． 80%，但未达显著水平(P ＞0．05)。各品种处理间的Fe-P 含量亦无显著差异。土壤的Fe-P 含量经供磷苜蓿根系分泌物处理后亦有所降低，但与对照并无显著性差异，且6 个品种间的Fe-P 含量差异同样不显著。

缺磷和供磷条件下，各品种的根系分泌物对土壤中的O-P 含量影响很小(表2)，与对照间无显著变化(P ＞0．05);6 个品种处理之间土壤中的O-P含量也无显著性差异。

2．2．2 Ca-P 经根系分泌物处理的缺磷土壤，Ca2-P含量和Ca8-P 含量大部分显著(P ＜0．05)或极显著(P ＜0．01)低于对照，Ca10-P 含量与对照无显著差异(P ＞0．05)(表3)。

缺磷条件下不同品种处理的Ca2-P 含量均低于对照，其中，TG3、骑士T、中苜1 号、骑士2 和标靶处理土 壤 中Ca2-P 含 量 分 别 为318． 22、318． 58、322．25、325．16 和335．58 mg·kg－1，和对照(424．22 mg·kg－1)相比，分别降低了24．99%、24．90%、24．04%、23．35%和20．89%(P ＜0．01);阿迪娜则下降了10． 78%(P ＜0． 05);TG3、骑士T、中苜1号、骑士2 和标靶5 个品种对Ca2-P 的活化能力之间差异不显著(P ＞0．05)，但均显著优于阿迪娜。

经缺磷条件下的根系分泌物处理后，6 个品种土壤中的Ca8-P含量均有所降低，但中苜1号和标

表2 根系分泌物对土壤中Al-P 含量、Fe-P 含量和O-P 含量的影响Table 2 Effects of root exudates on soil content of Al-P、Fe-P and O-P mg·kg －1

表3 根系分泌物对土壤中Ca-P 含量的影响Table 3 Effects of root exudates on soil content of Ca-P mg·kg －1

靶与对照之间差异并不显著(P ＞0．05);TG3、阿迪娜处 理分别下降了7．12%、6．12%，与对照差异显著(P ＜0．05);而骑士2 和骑士T 处理则极显著(P ＜0．01)降低了8．60%和8．32%。由此说明，苜蓿品种不同，对土壤中Ca8-P 的活化能力亦有所差异。

缺磷处理加入根系分泌物后，6 个品种之间及其与对照之间的Ca10-P 含量差异均不显著(P ＞0．05)。

供磷处理，骑士2、阿迪娜、TG3、骑士T、中苜1 号和标靶(供磷条件下)处理土壤中Ca2-P 含量分别为370．39、370．91、342． 05 、352． 61、367． 91 和358． 44 mg·kg－1，除骑士2、阿迪娜和中苜1 号外，其余均与对照(424．22 mg·kg－1)有极显著差异(P ＜0．01)，中苜1号与对照差异显著(P ＜0．05)，骑士2 和阿迪娜与对照无显著差异(P ＞0．05)。土壤经(供磷)根系分泌物处理后，6 个品种的Ca8-P 含量均有不同程度的降低，但与对照差异均不显著，且各品种之间亦无显著差异。加入供磷处理的根系分泌物后，每个品种的Ca10-P 含量无显著变化，与对照及彼此之间均无显著差异。

3 讨论与结论

磷在植物体内的许多生物化学过程中，以多种方式发挥其作用，尤其对促进植物的生长发育和新陈代谢更加重要［24］。但磷肥施入土壤后，很快就转化为难溶形态［5］，有效性低，因此很多学者都在寻求某种行之有效的方法来减少土壤对磷酸盐的固定，从而提高磷素的利用率［17］。有研究表明［25］，磷胁迫下，植物自身会启动适应性机制，供植物高效吸收、有效利用土壤中的磷素，其中根系分泌物是植物适应缺磷状况的重要体现［26］。根系分泌物可以改变根际环境及生物学性质等，从而提高土壤中养分的有效性，供作物吸收，促进作物生长［27］。所以，其对提高土壤磷素的生物有效性具有非常重要的意义［28-29］。本研究结果显示，缺磷条件下和供磷条件下，苜蓿根系分泌物均可提高磷素有效性，增加有效磷含量;对土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P 均具有一定程度的活化作用，在缺磷条件下，根系分泌物处理后的土壤中Olsen-P 含量提高，Ca2-P 含量显著(P ＜0．05)或极显著(P ＜0．01)降低，Ca8-P、Al-P和Fe-P 含量略低于对照，O-P、Ca10-P 含量稳定。苜蓿根系分泌物对提高土壤难溶性磷的有效性具有良好作用，且缺磷胁迫下，根系分泌物的活化作用高于供磷处理，由此说明，缺磷胁迫下，根系分泌物的活化效果更显著。特别是对Ca2-P、Ca8-P 的活化作用显著，其次是Al-P 和Fe-P，但对O-P、Ca10-P 的活化效果不理想。兰忠明等［20］研究结果表明，紫云英(Astragalus sinicus)根系分泌物对难溶性磷均具有不同程度的活化效果，而在低磷胁迫下的活化能力高于正常供磷处理。本研究与其结果是一致的。

安卫红和张淑民［30］发现，在北京地区石灰性土壤中，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P 均为作物吸收的有效磷源。陈佰岩等［17］研究表明，有效磷含量的增加与土壤中无机磷形态的变化有密切关系，根系分泌物可以提高土壤有效磷的含量，同时也促进土壤中无机磷形态相互转化，使土壤中难溶形态的磷转化为可供植物利用的形态。陈欣等［31］表明Ca2-P 对作物的有效性很高;张倩等［32］研究说明各无机磷形态中Ca2-P 的有效性最高，为最直接的转换磷源。本研究结果显示，各难溶性的无机磷组分Al-P、Fe-P、Ca2-P、Ca8-P 有不同程度的下降，因此，都可以作为苜蓿磷素的贡献者，其中，缺磷胁迫下，Ca2-P 含量下降最明显，由此说明在苜蓿在缺磷环境中，Ca2-P 是苜蓿有效磷的主要贡献者，这对进一步研究苜蓿根系分泌物对植株供磷情况及有效合理利用磷肥具有积极意义。

石磊等［33］指出，低磷胁迫下，不同作物对土壤的适应能力不同，对磷肥的吸收利用能力也不同;即使同一作物，但品种不同，仍然有差异。本研究结果显示，土壤经根系分泌物培养后，所有品种处理的有效磷含量均有所提高，Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P 含量均有不同程度的下降。和对照相比，TG3 处理对土壤有效磷含量的提高幅度(11．98%)最为显著，其次是骑士T(7．36%);在对土壤Ca2-P、Ca8-P 的活化能力方面，表现突出的品种仍为TG3 和骑士T，而阿迪娜对土壤中Ca2-P 的活化能力及中苜1 号和标靶对Ca8-P 的活化能力显著(P ＜0．05)低于TG3 和骑士T。上述结果表明，苜蓿的品种不同，其对土壤中难溶性磷的活化能力亦存在差异，这与其他研究结果相一致。

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