磷缺乏对不同甘薯品种根系生长及磷素吸收的影响

李春华 汪吉东 张辉 张永春

摘要：为研究不同甘薯品种生育前期对磷素（P）缺乏的生长响应特征，以苏薯11（s11）和苏薯17（s17）为试验材料，设置低磷和施磷2個处理，采用土柱培养法在移栽后35 d分析和测定甘薯根系形态、磷吸收量、土壤有效磷含量及磷酸酶活性。结果显示：（1）与施磷处理相比，低磷处理降低了甘薯的生物量，其中苏薯11单株生物量降幅达19.5%（P<0.05）;此外，苏薯11的比根长和比表面积在低磷处理下显著增加，增幅分别达到41.8%（P

关键词：甘薯;低磷;根系;生物量;磷吸收

中图分类号：$531.062 文献标识码：A 文章编号：1000-4440（2019）01-0091-05

甘薯（ipomoea batatas L.）作为重要的粮食和能源作物，其产量的稳定和提高对于农业和工业的可持续发展具有重要意义。在甘薯生长发育过程中，由于根原基形成早晚及生长环境条件的差异，一部分根发生木质化形成柴根，另一部分则发育形成块根，因此甘薯生长前期的环境因素对根系发育和分化至关重要，并影响甘薯对养分的吸收与利用。

磷是作物生长发育必需的大量营养元素之一，尽管土壤中总磷含量很高，但由于无机磷酸盐移动性差、溶解性低，导致土壤中能够被作物直接吸收利用的有效磷浓度很低（低于10 mmol/L），使作物处于低磷胁迫的亚健康状态。因此磷营养缺乏已成为限制农业生产的主要环境因素之一。作物缺磷时，一般表现出叶面积减小、分支和分蘖减少、植株矮小、根冠比增加等特征，同时作物体内碳、氮代谢过程会受到抑制，从而影响作物体内糖类和蛋白质的合成与转运。此外，有研究结果表明，缺磷还会影响作物根系对钙、镁、铁、锰、锌等矿质元素的吸收。

磷对甘薯生长、发育都有显著的影响，它能促进根系生长，增强光合作用，促进碳水化合物的合成、运输和贮存，增加薯块的淀粉含量，提高产量等。目前有关养分缺乏对甘薯生长影响的研究多集中在氮和钾，磷缺失对甘薯影响的相关报道较少，且多为水培和砂培研究。同时由于甘薯是喜钾作物，生产中往往更重视钾肥的投入而忽视磷肥的施用。

本课题组在前期水培研究中发现，不同甘薯品种对缺磷的响应具有明显差异。在农业生产中，甘薯多种植于肥力较贫瘠的土壤中，缺磷现象较为常见。尤其在甘薯主产区，由于长期种植甘薯，土壤有效磷缺乏非常普遍。明确生育前期不同品种甘薯对缺磷的响应差异以及对土壤磷素有效性的反馈效应，有助于合理指导甘薯后期的生长管理。因此，本研究主要从甘薯生长、磷素吸收和磷素供应方面解析不同甘薯品种对磷素缺乏的响应特点。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2017年9月-12月在江苏省农业科学院试验大棚内进行，供试甘薯品种为苏薯11和苏薯17。土壤为滨海潮土，其基本理化性状为pH 8.10，有机质5.18 g/kg，碱解氮19.20mg/kg，有效磷5.71 mg/kg，速效钾224.10mg/kg。采用土柱培养法，将高60 cm、直径12 cm的PVC管纵向分成两半后再用箍重新固定，并用胶带将切缝密封，每个土柱装6.0kg风干土。

1.2试验与设计

取生长一致的甘薯苗，剪切茎尖以下约25 cm长的薯蔓，移栽时薯苗倾斜埋入土内约10 cm（含2个茎节），每个土柱移栽1株。各处理氮、钾施用量相同，均为1kg风干土施氮（N）100 mg，施钾（K2O）100 mg。磷素处理设置2个水平：0 mg/kg（低磷处理）和100 mg/kg（施磷对照）。氮、钾、磷肥源分别为尿素（46%N）、硫酸钾（50%K2O）和过磷酸钙（12%P2O5）。甘薯移栽前2d一次性浇足水，甘薯生长过程中通过称重法使土壤含水量保持在田间最大持水量的60%左右。每一处理设置8个重复。

1.3样品采集与分析

植物样品的采集：移栽后35 d，将土柱纵向分开，甘薯植株分成地上部和根系。地上部105℃杀青30min后，80℃烘至恒质量。从土中小心取出根系，洗净，用根系扫描仪（LAl600+scanner，Canada）扫描获得根系图像，再用根系分析软件（Winrhi-z02012a，Canada）进行根系指标分析。扫描结束后，将根系杀青，80℃烘至恒质量。称量地上部和根系质量，粉碎过筛，经H2SO4-H2O2消解后，采用钼锑抗比色法测定磷含量。

土壤样品的采集：培养土柱分开后，分别收集不同处理的土壤样品，风干，分别过10目和100目筛后用于不同指标的测定。土壤有效磷含量的测定采用钼锑抗比色法，土壤磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法。

1.4数据处理与分析

采用SPSS22.0软件进行统计分析，用One-wayANOVA方法进行单因素方差分析，方差分析的检验显著性概率临界值为0.05。应用Origin8.0软件作图。

2结果

2.1磷素缺乏对不同品种甘薯根系形态的影响

与施磷对照相比，低磷处理降低了甘薯的生物量，其中苏薯11根系和地上部生物量降幅显著，分别达到26.7%（P<0.05）和15.5%（P<0.05）。对于单株而言，低磷处理显著降低了苏薯11的总生物量，降幅达到19.5%（P<0.05），苏薯17单株生物量虽有所下降，但降幅并不显著（图1）。

虽然低磷处理降低了甘薯的生物量，但增加了甘薯的比根长和比表面积（图2）。与施磷对照相比，苏薯11的比根长和比表面积在低磷条件下显著增加，增幅分别达到41.8%（P<0.05）和50.9%（P<0.05），苏薯17的比根长也显著增加了49.6%（P<0.05）。

2.2磷素缺乏对不同品种甘薯磷素吸收的影响

在低磷处理下不同甘薯品种不同器官中磷的相对含量不同，其中苏薯11根系中磷的相对含量显著高于地上部，而苏薯17根系与地上部中磷的相对含量变化趋势与苏薯11相反（图3）。

低磷处理降低了甘薯体内磷的积累量，苏薯11的磷积累量降幅大于苏薯17。相同处理下，苏薯17根系中磷的积累量高于苏薯11，但差异不显著。低磷处理下苏薯11地上部磷的积累量显著低于苏薯17，但增施磷肥后促进了苏薯11对磷的吸收，导致总的磷素积累量高于苏薯17。此外，品种、磷处理以及它们的交互作用均显著影响甘薯体内磷的积累量（表1）。

2.3磷素缺乏对土壤有效磷含量及磷酸酶活性的影响

总体而言，低磷条件下种植苏薯11与苏薯17的土壤中有效磷含量基本持平。增施磷肥明显提高了土壤中有效磷含量，种植苏薯17的土壤中有效磷含量高于苏薯11，但差异不显著（图4）。

低磷处理下种植苏薯11和苏薯17的土壤中磷酸酶活性没有明显差异，增施磷肥后种植苏薯17的土壤中磷酸酶活性略高于苏薯11。对于苏薯11而言，低磷处理下土壤磷酸酶活性要高于施磷对照，增幅达32.7%（P<0.05）（图5）。

3讨论

作物的生长受栽培措施、环境因子等影响，其中土壤养分是影响作物生长的主要因素之一。不同作物对养分胁迫的响应特征不同，根系最先感知胁迫而后通过信号转导调整自身形态变化和代谢反应。养分缺乏会通过改变根系数量、长度、直径等改变作物的根系形态，而改变的程度取决于养分的缺乏程度。本研究中发现低磷处理导致甘薯生物量的降低，其中苏薯11生物量降幅显著，说明苏薯11对磷素的需求量较大，生育前期磷素缺乏会抑制其前期生长。

作物生长受抑，会影响其对养分的吸收。本研究中低磷处理下甘薯体内磷素积累量显著减少，与施磷对照相比，苏薯11体内磷素积累量降幅大于苏薯17。另一方面，低磷处理提高了苏薯11根系中磷的相对含量，综合各指标分析，我们推测由于苏薯11比根长和比表面积在低磷处理下显著增加，因而促进了对土壤中有效磷的吸收，提高了其根系中磷的相对含量。zhang等研究发现，在对植株总生物量无明显影響的前提下，增加根毛长度可以改善磷吸收效率，这与我们的研究结论基本吻合。尽管低磷处理提高了苏薯17根系对有效磷的吸收，但大部分转移至地上部，提高了磷素在甘薯地上部的分配，从而降低了根系中磷的相对含量。

目前相关研究多集中于甘薯的产量以及对养分的吸收利用，对土壤中磷素有效性的关注较少。本研究中发现低磷处理提高了种植苏薯11的土壤中酸性磷酸酶的活性，促进了土壤中有效磷的释放。由于苏薯11对磷素的吸收量大于苏薯17，导致种植苏薯11和苏薯17的土壤中有效磷含量基本持平（约4.91 mg/kg），但均低于甘薯种植前土壤有效磷含量（5.71mg/kg），说明土壤中磷素的释放速率小于甘薯的吸收速率，导致土壤中有效磷含量下降。而增施磷肥后，与苏薯17相比，种植苏薯11的土壤中有效磷含量较低，结合生物量与磷吸收量分析，说明增施磷肥促进了苏薯11的生长，并提高了其对磷素的吸收，这为后期薯块膨大和生长奠定了基础。