盐胁迫玉米土壤中无机磷组分变化规律的研究

田佳源，李佳霓，田秀平



盐胁迫玉米土壤中无机磷组分变化规律的研究

田佳源，李佳霓，田秀平通信作者

（天津农学院农学与资源环境学院，天津 300384）

在田间盐池内设置5个盐浓度水平，种植两个玉米品种，研究了盐胁迫下玉米不同生长期土壤中无机磷组分变化规律，探讨各组分磷在玉米根际与非根际土壤中的含量差别、各组分磷的有效性及与玉米吸磷量的关系。结果表明：供试土壤无机磷各组分含量顺序是：Ca10-P＞Ca8-P＞Fe-P＞Al-P＞Ca2-P＞O-P；无盐处理土壤中，Ca2-P含量在整个玉米生长期都保持很高水平，而所有盐胁迫处理土壤中，Ca2-P含量均随着玉米生长而下降，且降幅显著。在盐胁迫处理下，土壤中Ca8-P与O-P的含量在玉米生长的各个时期均显著低于非胁迫土壤，Al-P与Fe-P的含量均极显著低于非胁迫土壤；玉米根际土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量高于其在非根际土壤中的含量，O-P含量低于其在非根际土壤中的含量，盐胁迫下玉米土壤中Ca10-P含量在两个玉米品种间差异较大。盐胁迫下，玉米在整个生长过程中对Ca2-P与Ca8-P的吸收利用随玉米生长阶段的推进而逐渐增强。无机磷各组分中能被植物吸收利用的主要是Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P。

盐胁迫；玉米；无机磷组分；根际

磷是作物生长重要的必需营养元素，影响作物的生长发育。土壤是作物磷素营养的供体，全世界有超过30%的农田磷素供应不足[1]。土壤磷素中无机磷形态占绝大部分，对土壤供磷状况影响很大。研究表明，长期施用化学磷肥的土壤中，只有部分磷肥可以被当季作物吸收利用，其余则转化为不同组分的磷积累在土壤中[2-4]。Ca2-P是棕壤中主要的无机磷组分，Fe-P与Al-P是酸性土壤中主要的无机磷组分[5]。不同磷素组分对作物的有效性也不同[6]，部分作物在长期低磷胁迫下可以通过自身调节来吸收更多的磷，如增加根长和根体积、增大根系与土壤接触面积、增加根际磷酸酶活性、以及降低根际土壤pH来活化其他形态磷等[7-11]。

土壤盐渍化问题是世界上普遍存在的问题[12]。据统计，全球大约有8.31 亿hm2的土壤已经受到盐渍化的威胁，我国盐渍化土地总面积高达可利用土地面积的4.88%，约3 600万hm2[13-16]。随着我国人口数量的增加，对粮食的需求量也越来越大，因此提高中低产田的增产能力和提高作物在盐渍化土壤中的产量，对保障我国粮食总产量稳定增长具有十分重要的意义[17]。利用盐渍化土壤进行农作物生产已有报道。找到抗逆耐盐的品种，同时为其培育提供相应的土壤肥力是今后重点研究的课题[18-21]。玉米是非常重要的粮、饲作物，对世界农业的发展具有重要意义[22]，同时玉米也是对盐胁迫中度敏感的植物[23]，其产量高低受控于土壤养分、盐分等多种因素。研究表明，土壤中的磷分和盐分在玉米生长过程中相互作用，植物对磷的吸收和利用均受土壤盐分影响[24]。在植株生长过程中，植株根系会引起其周围土壤的变化，被影响的区域称为根际，其与非根际土壤在诸多方面均有很大差异[25-26]。鉴于此，本试验在不同盐分浓度胁迫下，研究两个玉米品种在不同生长时期土壤及根际土壤中无机磷组分的变化特征，以期对提高盐渍土供磷能力、增强玉米耐盐性的深入研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在天津农学院农学与资源环境学院教学试验地盐池中进行。盐池土壤取自天津蓟州区的棕壤，基本化学性质为：有机质15.00 g/kg；全磷（P）0.61 g/kg；有效磷（P）15.17 mg/kg；速效钾（K）70.86 mg/kg；碱解氮29.8 mg/kg；pH 7.48；土壤无机磷组分含量为Ca2-P 17.90 mg/kg、Ca8-P 71.70 mg/kg、Ca10-P 149.30 mg/kg、Al-P 32.20 mg/kg、Fe-P 70 mg/kg、O-P 13.8 mg/kg。

土壤相关指标分析方法：采用重铬酸钾氧化法测定有机质；采用碱解扩散法测定碱解氮；采用碳酸钠熔融法测定全磷；采用Olsen法测定速效磷；采用乙酸铵提取法测定速效钾；采用电位法测定pH；采用顾益初等的方法测定[2]土壤无机磷组分。

供试玉米品种为天津农学院种子科学与工程中心实验室提供的‘郑单958’与‘丹玉92’，供试肥料为树脂尿素缓释肥。

1.2 试验设计

试验在田间盐池进行，两个玉米品种‘郑单958’与‘丹玉92’，分别设置0、2、4和6 g/kg 4个盐浓度处理水平，共8个处理组合，3次重复，每盐池面积为2.85 m×2 m，深2 m，盐池周围及底部均为水泥隔断。试验开始前对每个盐池土样含盐量进行测定，并根据试验设置盐浓度处理水平加入相应量的盐溶液，即一次性将定量的不同浓度的NaCl溶液（0、2、4、6 g/kg）均匀施入每个盐池中，同时确保田间持水量在70%左右。试验于2013年5月14日开始，每小区施加0.43 kg缓释尿素做基肥，每小区种植玉米35株，在整个玉米生育期中分5次采集土样，取样时间设置为2013-06-29（Ⅰ）、2013-07-10（Ⅱ）、2013-07-31（Ⅲ）、2013-08-21（Ⅳ）和2013-09-19（Ⅴ），用五点法取土样，使用土钻取玉米根附近土壤，最后一次取样将玉米整株挖出，将抖不掉的附着在根表面的土壤取下来，作为根际土壤。植株吸磷量运用硫酸-硝酸消煮钼锑抗比色法测定。

用Microsoft Excle（Office 2010）软件整理数据，用SPSS 17.0软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 盐浓度对玉米生长期土壤各组分无机磷影响

由表1可知，‘郑丹985’和‘丹玉92’两个品种玉米在不同生长时期，土壤Ca2-P含量与盐浓度成反比，即盐浓度越大含量越低，且随着玉米的生长降幅增大；而无盐对照处理土壤中，Ca2-P含量变化不大，并始终保持较高水平，显著高于盐胁迫土壤。说明盐胁迫影响了土壤中磷素的转化，降低了磷素的有效性。不同玉米生长期土壤中，Ca8-P含量也随着盐浓度的增加而下降，对照处理土壤中，Ca8-P含量也显著高于盐胁迫各处理。无盐条件下，两个品种玉米在Ⅱ和Ⅴ两个采样时期，土壤中Ca8-P含量比其他3个采样期高，在2、4及6 g/kg盐浓度下，随着玉米生长期的推进，土壤中Ca8-P含量表现顺序为Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅲ，在Ⅲ采样期含量最少。从表1还可以看出，与对照相比，在盐胁迫下玉米各生长时期，土壤中Al-P和Fe-P含量均呈现明显下降趋势，且下降幅度很大，与对照之间差异显著。原因可能是盐胁迫处理后土壤pH增加，致使Al-P和Fe-P含量下降。而盐胁迫下土壤Al-P含量在玉米不同生长期变化不大，Fe-P则是在Ⅴ采样时期含量最低。

表1还表明，盐胁迫下土壤中O-P含量在所有采样期均与对照之间存在显著差异，且均低于对照处理。土壤中O-P形态为氧化铁和锰胶膜包被的磷，只有在土壤氧化还原电位下降时，包被的铁、锰胶膜还原，闭蓄状态打破，O-P含量才能释放，加盐土壤中O-P含量减少的原因尚待进一步探讨。随着盐胁迫浓度的增加，土壤中Ca10-P含量在不同玉米品种及生长时期均增加，与对照之间差异显著，并随着盐胁迫浓度的增加而增加。Ca10-P的分子式为Ca10（PO4）6·（OH）2，溶解度很低，有效性差。Ca10-P含量增加表明，有部分有效或缓效磷源向无效磷源转化，土壤供磷能力进一步降低，这是盐胁迫土壤中有效磷含量低的主要原因。

表1 玉米各时期土壤各组分无机磷变化情况

注：表中同列不同英文小写字母表示差异达5%显著水平

2.2 玉米不同生育期土壤各组分无机磷与有效磷的关系

由表2可以看出，在玉米的不同生长时期可以吸收利用的磷形态不同。在Ⅰ～Ⅴ时期，6种无机磷组分中，Ca2-P和Ca8-P均与有效磷之间达到极显著正相关，在Ⅱ时期以后除Ca10-P外，其他所有组分无机磷都与有效磷呈显著或极显著正相关。由此可知，在玉米生长早期，Ca2-P、Ca8-P是被植物吸收利用的主要磷组分，随着玉米生长发育，作物根系逐渐长大，玉米吸收养分能力加强，Al-P、Fe-P和O-P也成为玉米可吸收利用的磷源。盐胁迫条件下，在玉米整个生长时期中，Ca2-P、Ca8-P与有效磷的相关系数随着玉米生长时期的推进而逐渐变大，相关性逐渐增强。在盐分胁迫下，植物对Ca2-P和Ca8-P两种磷组分的吸收利用随着植株生长时期的推进而逐渐增强。由表3可以看出，在玉米成熟期，植株吸磷量与土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P的相关性均达到显著水平，相关性顺序为：Al-P＞Ca2-P＞Fe-P＞Ca8-P＞O-P。这表明在盐胁迫条件下，Al-P、Ca2-P、Fe-P和Ca8-P是能被植物吸收利用的主要无机磷形态。土壤有效磷与吸磷量也达到显著相关，全磷与吸磷量则达极显著正相关。由此可知，盐胁迫条件下，影响植株对磷吸收利用的重要条件是土壤供磷水平。

表2 不同生育期土壤各无机磷形态与有效磷的相关性

注：*表示0.05=0.666，**表示0.01=0.799，下同

表3 玉米成熟期植株吸磷量与土壤无机磷组分的相关性

2.3 盐胁迫下玉米根际与非根际土壤各组分无机磷变化规律

根际是指受植物根系活动的影响，其附近微域土区的物理、化学和生物学性质不同于土体其他部分。这是由于根际与非根际土壤的pH值、氧化还原电位和微生物活性的变化不同，且两者土壤溶液中养分浓度的分布差异也很大。

由表4可知，对照处理下，两个玉米品种根际土壤中的Ca2-P含量均高于非根际土壤中的含量，但在不同盐浓度胁迫下，根际与非根际土壤中Ca2-P表现出不同的变化趋势。Ca2-P是磷素组分中生物有效性很高的一种形态，无盐条件下根际Ca2-P含量高于有盐胁迫，表明盐胁迫影响了土壤根际磷素的有效性，使得作物吸磷量变少，作物生长受到影响；无盐条件下，2个玉米品种根际土壤中Ca8-P、Al-P和Fe-P的含量均高于非根际土壤，但不同盐浓度胁迫下根际土壤中O-P含量低于非根际土壤。由表5可知，不同盐胁迫下根际土壤pH值均小于非根际土壤，这可能是根系分泌有机酸、呼吸代谢释放CO2等原因造成[26]。而在不同盐胁迫下，Ca10-P含量在两个品种间差异较大。

表4 盐胁迫下玉米根际与非根际土壤各组分无机磷的差值

表5 不同盐浓度对玉米根际及非根际土壤pH的影响

3 结论与讨论

试验结果表明，供试土壤无机磷组分中以Ca10-P最多，其次为Fe-P和Ca8-P，再次为Al-P，而O-P和Ca2-P含量最少。盐胁迫条件下，土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量均低于非盐胁迫土壤，尤其是Ca2-P含量，随着盐胁迫增加及玉米生长期的推进而逐渐下降；虽然胁迫土壤中Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量也低于非胁迫土壤，但在玉米不同生长期表现不一致；盐胁迫处理下Ca10-P含量则高于无盐对照，并随着玉米生长，土壤Ca10-P含量逐渐增加。玉米在不同生长时期，植株所吸收利用的磷组分不同，盐胁迫下，植物对Ca2-P和Ca8-P的吸收利用随植株生长期的推进而逐渐增强；各无机磷组分中能被植物吸收利用的主要是Al-P、Ca2-P、Fe-P以及Ca8-P；玉米成熟期植株吸磷量与土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P相关性均达到显著水平，土壤有效磷和全磷与吸磷量之间也达到显著和极显著正相关。两个玉米品种根际土壤中的Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P含量大部分是高于非根际土壤，而O-P含量低于非根际土壤，Ca10-P含量在不同品种根际和非根际土壤间，不同盐浓度下差异较大。

玉米是对盐胁迫反应十分敏感的作物，随着盐胁迫程度的加大，玉米的生长会受到抑制[26]。而玉米生长的必需营养元素之一就是土壤磷素，因此，土壤供磷能力强弱直接影响到玉米的生长发育，无机磷是土壤磷素的主要存在组分，不同土壤不同组分的无机磷生物有效性不同。从本研究结果看出，盐胁迫抑制了土壤无机磷向生物有效性高的无机磷组分（Ca2-P）转化，且随着盐胁迫浓度的增加抑制作用加强，尤其是根际土壤中Ca2-P含量明显低于非根际土壤，Ca2-P是生物有效性很高的磷素组分，根际是养分进入植物体内的主要区域，盐胁迫根际土壤的Ca2-P含量低，造成玉米磷素缺乏，生长受到抑制，严重影响了玉米的品质和产量。因此，在含盐土壤上种植玉米时，要重视补充磷肥，施用磷肥时既要选好磷肥种类，更要注意施肥方法，尽量选择生理酸性磷肥，如普通过磷酸钙，并施在根系的周围。为减少有效磷转变成无效组分，施用磷肥时，还要配施有机肥料，以提高土壤磷素的利用率，从而提高玉米的产量和品质。

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责任编辑：宗淑萍

Studies on Variation of Inorganic Phosphorus Components in Maize Soil under Salt Stress

TIAN Jia-yuan, LI Jia-ni, TIAN Xiu-pingCorresponding Author

（College of Agronomy and Resource Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

To set five salt concentration levels in salt ponds, planted two kinds of maizes in the fields, studied the change rule of soil inorganic phosphorous components in different growth stages of maize under the salt stress, discussed the content of phosphorus in maize rhizosphere and non-rhizosphere soil, the effect of inorganic phosphorus fractions and the relationship between phosphorus content and phosphorus uptake. These results indicated that the order of inorganic phosphorus components were Ca10-P＞Ca8-P＞Fe-P＞Al-P＞Ca2-P＞O-P, the content of Ca2-P in non-salt treatment soil was very high in the whole growth period of maize, the content of Ca2-P declined with the maize growth in all salt stress treatment, and declined significantly. The content of Ca8-P、O-P in salt stress treatment was lower than non-salt stress treatment in different periods of maize, the content of Fe-P and Al-P was lower significantly than non-salt stress treatment. The content of O-P in maize rhizosphere soil was less than non-rhizosphere soil. And the content of Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P was higher than non-rhizosphere soil. Under the salt stress, the content of Ca10-P in maize soil was different between the 2 varieties. Throughout the whole growth stage of maize, the absorption and utilization of Ca8-P and Ca2-P were increased gradually with the plant growth under salt stress. And Ca2-P, Ca8-P, Al-P and Fe-P were mainly absorbed and utilized by plants in each component of inorganic phosphorus.

salt stress; maize; inorganic phosphorus components; rhizosphere

1008-5394（2017）03-0037-06

S513

A

2016-12-05

天津市科技攻关项目“饲用高油玉米相关性状的遗传研究及新品种选育”（06YFGZNC01200）；天津市农业科技成果转化与推广项目“中单系列玉米杂交种栽培示范”（201204070）

田佳源（1992- ），女，黑龙江哈尔滨人，硕士在读，主要从事作物生长环境方面的研究。E-mail：tianjiayuan92@163.com。

田秀平（1965-），女，山东泰安人，教授，博士，主要从事土壤和植物营养的教学与科研工作。E-mail：tian5918@sohu.com。