改良磷酸二铵对绿豆植株生长、光合生理特性及产量的影响

刘 雅，蔡光容，牟保民，李 冰，王诗雅，刘美玲，郑殿峰,3，冯乃杰,3

(1.黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江 大庆 163319；2.四川文理学院，四川 达州 635006;3.广东海洋大学 农学院，广东 湛江 524088)

绿豆作为传统豆科作物之一，因生育期短、抗逆性强、营养价值高，逐渐受到人们关注。但因种植过程中不合理施肥现象严重，绿豆产量受到很大影响[1-2]。氮、磷、钾肥对绿豆产量的影响作用大小表现为P>K>N[3-4]。因此，与只施用氮、钾肥相比，合理配施磷肥对于促进绿豆生长发育和增加产量十分必要。

前人研究表明，适量施用磷肥可显著提高绿豆地上部和根系的干质量，增加绿豆叶片的叶绿素含量和光合相关参数水平，延缓叶片衰老[5-8]。合理施用磷肥可明显增加绿豆产量和分枝数[9-10]。此外，合理施用磷肥对作物可溶性蛋白含量和酸性磷酸酶活性也有显著影响。可溶性蛋白是衡量作物抗性和光合性能的重要渗透调节物质，其含量的增加与作物光合能力的提高显著相关[11]。孙常青等[12]发现，增施磷肥可提高小麦叶片可溶性蛋白含量，类似的结果在杨晴等[13]的研究中也有报道。而关于磷肥对绿豆可溶性蛋白含量的影响研究相对较少。酸性磷酸酶在作物磷代谢中起重要作用，其活性大小与作物有机磷含量显著相关[14]。VIKRAMJIT等[15]研究表明，根系酸性磷酸酶活性较低时，绿豆根瘤数量有所增加，进而促进绿豆根系的生长。

合理施用磷肥可显著影响绿豆生长、光合生理特性和产量。然而，我国磷肥利用率普遍偏低，仅为10%～25%[16]。双活力二铵是一种水溶性改良磷肥，其主要成分为磷酸二铵+木质素等辅剂。木质素等辅剂可加快土壤中磷肥崩解，增加土壤中有效磷含量，为促进作物根系生长和提高磷肥利用率提供了可能。以往关于磷酸二铵改善绿豆光合特性和提高产量的研究有诸多报道，但关于改良磷酸二铵对绿豆不同生育时期根系形态、可溶性蛋白含量和酸性磷酸酶活性的影响尚未见报道。鉴于此，采用桶栽试验方法研究双活力二铵和磷酸二铵2种磷肥对绿豆品种绿丰2号和绿丰5号植株生长、光合生理特性和产量的影响，旨在为改良磷肥双活力二铵在绿豆生产上的推广应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤 试验用土为栽培土、沙子、腐殖土按体积比7∶2∶1混合组成。土壤特性：pH值8.22，有机质含量24.2 g/kg，碱解氮含量83.0 mg/kg，有效磷含量41.4 mg/kg，速效钾含量106 mg/kg。

1.1.2 供试绿豆品种 绿豆品种绿丰2号和绿丰5号由黑龙江八一农垦大学国家杂粮工程技术研究中心提供。

1.1.3 供试肥料 包括尿素(N 46%)、磷酸二铵(N 15%、P2O542%)、双活力二铵(N 15%、P2O542%)、硫酸钾(K2O 50%)。其中，双活力二铵是一种改良磷肥，由黑龙江八一农垦大学化控研究室研制，内蒙古大地云天化科技有限公司生产，其主要成分为磷酸二铵+木质素等辅剂，其中木质素等辅剂有利于活化土壤中的有效磷，减少磷的固定，促进根系生长。

1.2 试验设计

试验采用聚乙烯塑料白桶(上口径22.5 cm，底径22.5 cm，高36 cm)，白桶底部留有均匀一致的圆孔。每桶按五角星形播种5穴，每穴3株，播深4 cm，于子叶期进行间苗，真叶期定苗5株。试验于5月15日进行播种，于9月13日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 干质量 分别于绿豆V3(第三节期)、V5(第五节期)、R2(开花盛期)、R4(结荚盛期)和R6(鼓粒盛期)期进行取样，每处理取样4桶，每桶1株，以子叶痕为节点进行分离，对地上部和根系分别取样，105 ℃杀青 30 min，80 ℃烘干至恒质量后，分别测定其干质量。

1.3.2 根系形态参数 分别于V5和R4期用Win RHIZO根系分析系统测定根系总长度、根总体积、根表面积、根系平均直径。

1.3.3 光合特性 于绿豆R6期进行光合指标测定。光合速率参数采用Li-6400便携式光合仪测定。选择晴天上午9:00—11:00，测定绿豆植株功能叶片(倒三叶)的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。每处理取样4桶，每桶1株，求平均值。

1.3.4 生理特性 分别于绿豆V3、V5、R2、R4和R6期进行取样，每次各处理分别采集植株功能叶片(倒三叶)和植株根系各10 g，立即用液氮速冻，随后置于低温-40 ℃冰柜中冷藏，待样品全部收集完毕后，测定植株地上部、根系的可溶性蛋白含量和酸性磷酸酶活性。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝显色测定法[17]；酸性磷酸酶活性测定采用郭安娜等[18]的方法。

1.3.5 单株产量 于R8(成熟期)期，每处理选取长势均匀一致的10株，测定株高、茎粗和分枝数后，测量单株荚数、单株粒数、百粒质量以及单株粒质量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016软件、Origin 2017制图软件和SPASS 19.0统计软件进行数据处理、制图及分析。

壶天晓冷哼了一声。他并不确定自己作为猎影星族的一员究竟有什么超凡的能力，只是发现他和镜心羽衣的感应网络能穿过飞鼠的泡泡，和伙伴们建立连接。只要能突破泡泡屏障，接下来的事情就好办多了。壶天晓对自己信心十足。

2 结果与分析

2.1 改良磷酸二铵对绿豆干质量和根系的影响

2.1.1 干质量 由图1可见，随着生育时期的递进，绿豆地上部和根系干质量均在R6期达到峰值。

图1A、1B显示，与P0、P1处理相比，总体上P2、P3处理在V3—R6期明显促进绿丰2号和绿丰5号地上部干质量的积累。其中，绿丰2号P2处理在R4、R6期显著高于P0、P1处理，P3处理在V5、R2、R4、R6期显著高于P0、P1处理，且R6期P3处理地上部干质量最大，较P0、P1处理分别显著增加57.55%、34.31%；P2处理次之，较P0、P1处理分别显著增加43.58%、22.41%。绿丰5号P2处理在R2、R4期显著高于P0、P1处理，P3处理在R2、R4和R6期显著高于P0、P1处理，且R6期P3处理地上部干质量最大，较P0、P1处理分别显著增加30.29%、21.62%；P2处理次之，较P0处理显著增加8.50%，较P1处理增加1.28%。

图1C、1D显示，与P0、P1处理相比，总体上P2、P3处理在V3—R6期明显促进绿丰2号和绿丰5号根系干质量的积累。其中，绿丰2号P2处理在R2、R4期显著高于P0、P1处理，P3处理在V5、R2、R4、R6期显著高于P0、P1处理，且R6期P3处理地上部干质量最大，较P0、P1处理分别显著增加19.63%、11.84%。绿丰5号P3处理在V3—R6期均显著高于P0、P1处理，且R6期P3处理根系干质量最大，较P0、P1处理分别显著增加36.66%、34.56%。

A、C 表示绿丰2号，B、D 表示绿丰5号；不同小写字母表示同一生育时期不同处理间差异显著(P<0.05)。图3、图4同A,C indicate the Lüfeng 2；B,D indicate the Lüfeng 5.Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at the same growth stage(P<0.05).The same as Fig.3 and Fig.4图1 改良磷酸二铵对绿豆不同生育时期干质量的影响Fig.1 Effect of modified diammonium phosphate on mung bean dry weight at different growth stage

2.1.2 根系形态参数 表1显示，与P0、P1处理相比，P2、P3处理均明显增加绿丰2号V5、R4期总根长，其中，P2处理在R4期显著高于P0、P1处理，P3处理在V5、R4期均显著高于P0、P1处理。与P0、P1处理相比，P2处理显著增加R4期总根表面积，P3处理显著增加V5、R4期总根表面积。R4期P3处理总根长和总根表面积最大，较P0、P1处理分别增加46.83%、38.28%和36.72%、23.16%；P2处理次之，总根长和总根表面积分别较P0、P1处理增加26.09%、18.74%和23.12%、10.91%。与P0、P1处理相比，P2、P3处理均明显增加V5期平均根系直径和R4期总根体积，其中，R4期P3处理的总根体积较P0、P1处理分别显著增加27.89%、10.33%。

表1 改良磷酸二铵对绿丰2号根系形态的影响 Tab.1 Effect of modified diammonium phosphate on root morphology of Lüfeng 2

注：同列不同小写字母表示同一生育时期不同处理间差异显著(P<0.05)，表2同。
Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different treatments at the same growth stage(P<0.05).The same as Tab.2.

表2显示，绿丰5号各处理总根长变化与绿丰2号规律一致。与P0、P1处理相比，P2、P3处理均显著增加V5和R4期总根表面积。二者均以R4期P3处理最大，总根长和总根表面积较P0、P1处理分别增加121.70%、82.65%和100.82%、75.88%；P2处理次之，总根长和总根表面积较P0、P1处理分别增加57.05%、29.39%和55.51%、36.20%。与P0、P1处理相比，P2、P3处理均明显增加V5和R4期平均根系直径和总根体积，其中，R4期差异显著。以R4期P2处理平均根系直径最大，较P0、P1处理分别增加40.56%、51.13%；P3处理次之，较P0、P1处理分别增加22.38%、31.58%。以R4期P3处理总根体积最大，较P0、P1处理分别显著增加78.66%、68.40%；P2处理次之，较P0、P1处理分别显著增加51.68%、42.97%。

表2 改良磷酸二铵对绿丰5号根系形态的影响Tab.2 Effect of modified diammonium phosphate on root morphology of Lüfeng 5

2.2 改良磷酸二铵对绿豆光合特性的影响

由图2可见，与P0、P1处理相比，P2、P3处理均显著增加绿丰2号净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率，且均以P3处理最大，较P0和P1处理分别显著增加43.57%和29.90%、120.69%和75.34%、29.31%和16.28%、59.16%和28.16%；P2处理次之，较P0和P1处理分别显著增加38.54%和25.34%、82.76%和45.21%、23.42%和10.99%、34.18%和8.05%。

与P0、P1处理相比，P2、P3处理均显著增加绿丰5号净光合速率，其中P3处理较P0、P1处理分别增加55.84%、36.72%，P2处理较P0、P1处理分别增加53.85%、34.98%。P2处理的气孔导度和胞间CO2浓度较P0处理分别增加10.38%(P<0.05)和0.64%(P>0.05)，较P1处理分别显著降低14.60%和2.29%；P3处理的气孔导度较P0、P1处理分别显著增加81.13%、40.15%，胞间CO2浓度则分别显著降低20.89%、23.20%。P2处理的蒸腾速率较P0、P1处理分别显著增加37.17%、20.99%；P3处理蒸腾速率较P0处理显著增加4.87%，较P1处理则显著降低8.11%。

2.3 改良磷酸二铵对绿豆生理特性的影响

2.3.1 可溶性蛋白含量 图3A显示，总体而言，与P0、P1处理相比，P2、P3处理在V3—R4期增加、在R6期降低绿丰2号叶片的可溶性蛋白含量。其中，P2处理在V3、R2、R6期与其他处理差异显著，P3处理在R2、R4、R6期与其他处理差异显著，且以R2期P2处理叶片可溶性蛋白含量最大，P3处理次之。R2期P2处理较P0、P1处理分别显著增加22.14%、76.38%，P3处理较P0、P1处理分别显著增加8.38%、56.48%。

图3B显示，V3、V5、R2和R6期，各处理之间对绿丰5号叶片可溶性蛋白含量的影响无明显规律。R4期，与P0、P1处理相比，P2、P3处理均明显增加叶片可溶性蛋白含量，且P2处理与P0、P1处理差异显著。其中，以R4期P2处理叶片可溶性蛋白含量最大，P3处理次之。R4期P2处理较P0、P1处理分别显著增加23.95%、10.75%，P3处理较P0处理显著增加13.64%，较P1处理增加1.54%。

图3C显示，除P0处理外，绿丰2号各处理根系可溶性蛋白含量均在R4期达到峰值。V3、V5和R2期，各处理之间对根系可溶性蛋白含量的影响无明显规律。R4期，与P0、P1处理相比，P2、P3处理均显著增加根系可溶性蛋白含量；R6期，P2、P3处理则均明显降低根系可溶性蛋白含量。其中，以R4期P3处理根系可溶性蛋白含量最大，较P0、P1处理分别显著增加49.22%、14.62%；P2处理次之，较P0、P1处理分别显著增加42.17%、9.09%。

图3D显示，除P2处理外，绿丰5号各处理根系可溶性蛋白含量均在V5期达到峰值。V3、R4期，各处理之间对根系可溶性蛋白含量的影响无明显规律。与P0、P1处理相比，P3处理在V5、R2和R6期均明显增加根系可溶性蛋白含量，而P2处理在V5、R2和R6期则明显降低根系可溶性蛋白含量。其中，以V5期P3处理根系可溶性蛋白含量最大，较P0、P1处理分别增加5.91%、2.50%。

不同小写字母表示同一品种不同处理间差异显著(P<0.05) Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments of the same variety图2 改良磷酸二铵对绿豆R6期光合特性的影响Fig.2 Effect of modified diammonium phosphate on photosynthetic characteristics of mung bean at full seed stage

2.3.2 酸性磷酸酶活性 图4A显示，与P0处理相比，V3—R4期P1、P2和P3处理均显著降低绿丰2号叶片的酸性磷酸酶活性；R6期，P2处理显著降低绿丰2号叶片的酸性磷酸酶活性。但P1、P2和P3处理对叶片酸性磷酸酶活性的影响无明显规律。

图4B显示，除P0处理外，绿丰5号各处理叶片酸性磷酸酶活性均在R6期降到最低。V5期，各处理对叶片酸性磷酸酶活性的影响无明显规律；R4期各处理之间无显著差异；V3、R2和R6期，与P0、P1处理相比，P2和P3处理均显著降低叶片的酸性磷酸酶活性。其中，以R6期P3处理叶片酸性磷酸酶活性最小，较P0、P1处理分别显著降低54.06%、27.00%；P2处理次之，较P0、P1处理分别显著降低48.52%、18.19%。

图4C显示，除P1处理外，绿丰2号各处理根系酸性磷酸酶活性均在R6期降到最低。P0、P1和P2处理之间对根系酸性磷酸酶活性的影响无明显规律。与P0、P1和P2处理相比，P3处理在V3、R2、R4和R6期均明显降低根系酸性磷酸酶活性，且在V3、R2和R4期，P3处理显著低于其他处理。其中，以R6期P3处理根系酸性磷酸酶活性最低，较P0、P1和P2处理分别降低11.88%、30.13%和19.38%。

图4D显示，除P0处理外，绿丰5号各处理根系酸性磷酸酶活性均在R6期降到最低。与P0、P1处理相比，P2处理在R2、R4和R6期，P3处理在V3、R2、R4和R6期均显著降低根系酸性磷酸酶活性，且以R6期P3处理根系酸性磷酸酶活性最低，较P0、P1处理分别显著降低47.24%、50.82%；P2处理次之，较P0、P1处理分别显著降低25.88%、30.91%。

图3 改良磷酸二铵对绿豆不同生育时期可溶性蛋白含量的影响Fig.3 Effect of modified diammonium phosphate on soluble protein content of mung bean at different growth stage

图4 改良磷酸二铵对绿豆不同生育时期酸性磷酸酶活性的影响Fig.4 Effect of modified diammonium phosphate on acid phosphatase activity of mung bean at different growth stage

2.4 改良磷酸二铵对绿豆株高、茎粗和分枝数的影响

表3显示，与P0处理相比，P1、P2、P3处理显著增加绿丰2号和绿丰5号的株高；各处理绿丰5号的茎粗和分枝数无显著差异。与P0、P1处理相比，P2、P3处理均明显增加绿丰2号的茎粗，其中，P3处理达到显著水平，较P0、P1处理分别显著增加27.15%、24.83%。P3处理明显增加绿丰2号的分枝数。

表3 改良磷酸二铵对绿豆株高、茎粗和分枝数的影响Tab.3 Effect of modified diammonium phosphate on plant height,stem diameter and branches number of mung bean

注：同列不同小写字母表示同一品种不同处理差异显著(P<0.05),下同。
Note:Different lowercase in the same column indicate significant differences among different treatments of the same variety.The same below.

2.5 改良磷酸二铵对绿豆产量和产量构成因素的影响

表4显示，与P0、P1处理相比，P2、P3处理均明显提高绿丰2号单株荚数、单株粒数、百粒质量和单株粒质量，其中P3处理单株荚数和P2、P3处理百粒质量均显著高于P0、P1处理。除百粒质量外，均以P3处理较高，绿丰2号P3处理单株荚数、单株粒数、百粒质量、单株粒质量分别较P0和P1处理增加35.43%和68.51%、14.85%和48.28%、15.41%和13.26%、16.94%和44.16%。

与P0、P1处理相比，P2、P3处理均明显提高绿丰5号单株粒数、百粒质量、单株粒质量，其中，P3处理百粒质量和单株粒质量显著高于P0、P1处理，而处理间单株荚数无显著差异。绿丰5号P3处理单株粒数、百粒质量、单株粒质量较P0和P1处理分别增加46.51%和11.35%、3.34%和8.70%、51.20%和28.20%。

表4 改良磷酸二铵对绿豆单株产量及其构成因素的影响Tab.4 Effect of modified diammonium phosphate on yield and yield components of mung bean

3 结论与讨论

及时供给有效磷可促进作物干质量的积累，并显著影响根系形态，进而增加作物产量[19-21]。因此，研究绿豆不同生育时期干质量和根系形态，对于揭示其增产原因具有重要意义。本研究表明，与P0和P1处理相比，P2和P3处理均明显增加V3—R6期绿豆植株干质量，并且显著增加两品种R4期总根长和总根表面积，明显增加R4期总根体积和V5期平均根系直径；可明显增加绿丰2号茎粗和绿丰5号株高、单株粒数、百粒质量和单株粒质量。P3处理较其他处理明显增加了两品种的分枝数。P2和P3处理绿豆性状表现优于P1处理，可能是因为与常规磷酸二铵(P1处理)相比，改良磷酸二铵提高了绿豆对磷的利用率。这与孔东星等[22]采用包膜控释磷酸二铵处理的大豆茎粗、粒数及产量均显著高于普通磷酸二铵处理的研究结果相似。可见，P2和P3处理使绿豆植株干质量和根系形态均有正向的改变，增加了绿豆产量。这与一些研究结果相似[23-25]。然而，刘婧琦等[26]发现，不同磷处理大豆株高和分枝数无明显差异。此外，李孝良等[27]认为，施磷虽可增加小麦苗期干质量，但对产量无明显作用，甚至有所降低。

磷可作为底物参与光合过程的光合磷酸化和碳同化过程，合理施磷可明显提高光合速率[28-31]。武向良等[32]认为，在一定的范围内，施磷有利于提高大豆R6期的光合能力。本研究表明，改良磷酸二铵对2个品种R6期各光合参数有显著影响。其中，与P0和P1处理相比，P2和P3处理显著增加绿丰2号的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等光合参数水平，且各光合参数变化趋势相同；P2和P3处理均显著增加绿丰5号净光合速率，而P3处理的气孔导度最高，胞间CO2浓度最低，变化趋势相反。侯伟等[33]认为，若胞间CO2浓度变化趋势与净光合速率、气孔导度一致，光合作用则主要受气孔因素调节；若相反，则主要受非气孔因素调节。从这一角度来看，绿丰2号光合能力的增加可能是因为降低了气孔因素对光合作用的限制；绿丰5号P3处理光合能力的增加则可能是因为降低了非气孔因素对光合作用的限制。这与李红峥[34]的研究结果相似。

王凤敏等[35]认为，大豆干质量与产量、R6期光合能力及R2、R4、R6期可溶性蛋白含量呈显著正相关。本研究表明，与P0、P1处理相比，P2、P3处理均明显增加绿丰2号R4期叶片和根系可溶性蛋白含量，明显降低R6期叶片和根系可溶性蛋白含量，这与童晨[36]关于蓖麻施磷后，叶片可溶性蛋白含量前高后低的研究结果相似。P2和P3处理均明显降低R6期绿丰2号植株可溶性蛋白含量，可能是由于叶片可溶性蛋白大量运输到了籽粒中。类似结果在谢亚萍[37]和郑亚萍等[38]的研究中也有报道。对于绿丰5号来说，与P0和P1处理相比，P2和P3处理均明显增加绿丰5号R4期叶片可溶性蛋白含量；P3处理有利于绿丰5号V5、R2和R6期根系可溶性蛋白含量的增加，而P2处理在V5、R2和R6期则降低了根系可溶性蛋白含量，这可能是因为在这些生育时期，绿丰5号P2处理根系可溶性蛋白向地上部转移量较大。

王伟伟等[39]认为，植物体内分泌酸性磷酸酶是对低磷胁迫的适应性机制，当作物处于低磷胁迫时，作物叶片和根系酸性磷酸酶活性显著增加。本研究表明，与P0、P1和P2处理相比，P3处理明显降低绿丰2号多数生育时期(V3、R2、R4和R6期)根系酸性磷酸酶活性；与P0、P1处理相比，P2、P3处理显著降低绿丰5号生育后期(R2、R6期)叶片和根系的酸性磷酸酶活性，且P3处理酸性磷酸酶活性低于P2处理。这与庞欣等[40]关于供磷的黄瓜根系酸性磷酸酶活性显著低于不供磷根系的研究结果部分相似，相同的是，酸性磷酸酶活性同样显著降低，但不同的是，P3处理施磷量低于P2处理。本试验中，P3处理酸性磷酸酶活性低于P2处理，但地上部和根系干物质积累和各根系形态参数水平却高于P2处理，可能的原因是，P3处理虽然降低了施肥量，但改良磷酸二铵有效磷利用率较高，可能使P3处理下的植株含有充足的有效磷，P2处理相当于磷过量的状态，与之相比，P3处理不需要适应高磷胁迫，而与P0和P1处理相比不需要适应低磷胁迫，因此，酸性磷酸酶活性更低。类似结果在连慧达等[41]的研究中也有报道。

本研究中，与P2处理相比，P3处理虽降低了施磷量，但在绿豆生长、光合生理特性及产量方面的作用效果更好。造成这种结果可能的原因有很多，一方面，前人研究表明，磷与锌、镉等重金属元素常存在交互作用，对于多种作物，磷与锌元素表现为拮抗作用，当供磷量增加时，锌元素的吸收效率可能有所降低[42-43]。本研究中，P2处理磷用量虽未过量，但与P3处理相比，较高浓度的磷可能与土壤中的锌、镉元素发生拮抗作用，降低绿豆植株对锌、镉等元素的利用效率，进而使绿豆植株生长受到了抑制，降低磷对绿豆植株生长发育和产量方面的作用效果。另一方面，双活力二铵含有的木质素等辅剂可以加快土壤中磷肥的崩解，促进植株对土壤有效磷的吸收，这在本研究中得到一定的印证。P2处理较P1处理效果更好，说明双活力二铵的磷肥利用率高于常规磷酸二铵。与常规磷酸二铵相比，双活力二铵可能具有较高的有效磷利用率，在较高的有效磷利用率下，P3处理虽施磷量降低，但具有充足的有效磷。此时，P2处理施磷量虽在常规上未过量，但也可能降低了增产的效果。本研究发现，P3处理在绿豆上的作用效果好于P2处理，而对于这一结果的内在机制有待于进一步研究。总体上，P2和P3处理对绿豆形态、光合生理特性和产量具有明显的促进作用。