不同种类磷肥对果蔗的有效性研究

凌秋平 周文灵 陈迪文 吴启华 沈大春 黄莹 黄振瑞 敖俊华

摘  要：通過室内盆栽试验，以不施磷作为对照，分别选用钙镁磷肥、聚磷酸铵和磷酸一铵进行施磷处理，研究施用不同类型磷肥对黑皮果蔗生物量、根系形态及磷吸收特性的影响。结果显示，施磷处理能够显著促进果蔗生长，与未施磷处理的相比较，钙镁磷肥、聚磷酸铵和磷酸一铵处理的果蔗地上部生物量分别增加了67.00%、58.38%、50.65%。在同一施磷水平下，钙镁磷肥处理的果蔗生物量显著高于聚磷酸铵和磷酸一铵处理。在不同类型磷肥处理下，果蔗的根系形态特征有显著差异。钙镁磷肥处理的果蔗根系总根长和总根系表面积均比其他两种磷肥处理有显著增加;钙镁磷肥和聚磷酸铵处理的果蔗根平均直径和根总体积之间无显著差异。不同类型磷肥处理下，果蔗地上部和根系的磷含量无显著差异;但钙镁磷肥处理的果蔗磷积累量显著高于磷酸一铵处理。

关键词：果蔗;磷肥;生物量;根系形态;磷吸收特性

中图分类号：S566.1      文献标识码：A

Effects of Different Phosphorus Fertilizers on Chewing Cane

LING Qiuping1， ZHOU Wenling1， CHEN Diwen1， WU Qihua1， SHEN Dachun1， HUANG Ying1，

HUANG Zhenrui2， AO Junhua1

1. Institute of Bioengineering， Guangdong Academy of Sciences / Guangdong Modern Agricultural Technology Research and Development Center （Resources and Environment and Agricultural Product Safety）， Guangzhou， Guangdong 510316， China; 2. Crops Research Institute， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou， Guangdong 510640， China

Abstract： Chewing cane is an important crop in China， which has a long growth duration and a high demand for phosphorus. Through the indoor pot experiment， three kinds of fertilizer treatments were set up with no fertilization as control. The effects of different types of phosphate fertilizer on the biomass， root morphology and phosphorus absorption characteristics of chewing cane variety Badila （Saccharum officinarum L.） were studied by using calcium magnesium phosphate fertilizer， ammonium polyphosphate and monoammonium phosphate. The results showed that phosphorus application could significantly promote the growth of sugarcane. Compared with treatment without phosphate fertilizer， the biomass of chewing cane shoot treated with calcium magnesium phosphate fertilizer， ammonium polyphosphate fertilizer and monoammonium phosphate increased by 67.00%， 58.38% and 50.65%， respectively. Under the same level of phosphorus application， the biomass of chewing cane treated with calcium magnesium phosphate fertilizer was significantly higher than treatments with ammonium polyphosphate and monophosphate. It indicated that the application of phosphate fertilizer in the tested soil could significantly increase the biomass of chewing cane， and the application of calcium magnesium phosphate fertilizer performed better than other types of phosphate fertilizers. The root morphological characteristics of chewing cane were significantly different under different phosphorus fertilizer treatments. The total root length， root surface area， average root diameter and total root system of chewing cane treated under phosphate fertilizer treatments were significantly higher than treatment without fertilizer. The total root length， root surface area， average root diameter and total root system of chewing cane treated with calcium magnesium phosphate fertilizer were significantly higher than other two fertilization treatments. The average root diameter and total root volume of chewing cane treated with calcium magnesium phosphate and ammonium polyphosphate had no significant difference. Phosphorus content and accumulation in chewing cane treated with no phosphate fertilizer were significantly different with the phosphate fertilizer treatments. However， there was no significant difference in phosphorus content between shoots and roots of chewing cane under different types of phosphorus fertilizer treatments. Moreover， the accumulation of phosphorus in chewing cane treated with calcium magnesium phosphate fertilizer was significantly higher than that treated with monoammonium phosphate. Different type of phosphorus fertilizers had significant effects on phosphorus distribution in the shoot and root of chewing cane. The research show that proper application of phosphate fertilizer can significantly increase the yield of chewing cane， effectively promote the growth of root， significantly extend the total length of root and increase the absorption area of root.

Keywords： chewing cane; phosphorus fertilizer; biomass; roots morphology; phosphorus uptake characteristics

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.06.015

磷是植物所需的大量营养元素之一，在植物新陈代谢过程中发挥重要作用。土壤中的有效磷是植物所需的磷素主要来源，直接影响植物的生长发育[1]，为了保障作物的产量和品质，农业生产的磷肥施用量不断增加。然而，施入土壤的磷素易被转化成难溶性磷形态，导致土壤中的总磷含量较高，磷肥的当季利用率低[2]。所以，仅仅通过大量施用磷肥并不能很好地解决作物对磷素的需求，并且还会造成无法再生磷资源的枯竭和水体富营养化等磷污染的发生[3]，破坏生态环境的平衡。因此，在农业生产中应科学合理地施用磷肥，提高磷肥的当季利用率，构建生态安全与作物生产能够良性循环的农业体系。

果蔗，鲜食型水果甘蔗，富含多种人体所需的维生素、氨基酸和矿物质，主要种植在广西、广东和海南等热带或亚热带地区[4]。果蔗作为C4作物，平均产量可达95.43 t/hm2[5]，对磷素需求量大。但是我国大部分蔗区土壤存在有效磷含量偏低的情况，广西蔗区土壤有效磷含量仅1.8～8.5 mg/kg;广东蔗区土壤的全磷含量较高，但有效磷仅占全磷含量的8.54%;海南土壤的全磷含量高，但是有效磷平均含量仅9.9 mg/kg，大部分为难溶性磷[6-8]。为了保障甘蔗的产量和品质，生产上通过增施磷肥来提高土壤的有效磷含量，磷（P2O5）投入量约为445.5 kg/hm2[9]。然而，不同蔗区间的施肥水平存在差异，导致蔗区土壤同时出现磷富集和磷缺乏的现象。因此，在果蔗生产过程中应该结合测土技术制订磷肥适用推荐标准，在减少磷肥施用量的同时保障甘蔗产量和品质。本研究以广东省韶关翁源县的酸性土壤作为供试土壤，选取黑皮果蔗（Saccharum officinarum L.）‘大灰种为研究对象进行室内土壤培养试验，探讨3种不同磷肥对果蔗生物量、根系形态及磷吸收特性的影响，为蔗区土壤选择合适的磷肥品种以及果蔗科学合理施用磷肥提供参考。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  供试果蔗  试验在广东省科学院生物工程研究所温室中进行，材料为黑皮果蔗‘大灰种。

1.1.2  供试土壤  供试土壤取自广东省韶关翁源县，土壤为酸性红壤，试验前土壤基本理化性质：pH 5.28，有机质13.50 g/kg，全氮931.68 mg/kg，碱解氮81.16 mg/kg，有效磷21.16 mg/kg，速效钾78.81 mg/kg，交换性镁21.25 mg/kg。

1.2  方法

选取健康果蔗种茎，砍成单茎，浸入10%的多菌灵液体30 min，取出放入育苗盆中育苗，待长至4～5片叶时进行移栽。采用室内土壤盆栽的方式，塑料盆为口径27 cm，高24 cm。供试土壤风干、研碎，与磷肥和钾肥充分混合，准确称取5 kg，装入塑料盆中，移栽果蔗幼苗，每盆定植1棵。试验共设置4个处理：处理1（T1）对照，不施磷;处理2（T2）施用钙镁磷肥（湖北金明珠化工有限公司，有效磷12.0%）;处理3（T3）施用聚磷酸铵（N 18.0%，P2O5 58.0%）;处理4（T4）施用磷酸一铵（N 12.0%，P2O5 61.0%）。肥料施肥量见表1，所有处理氮和钾施用量一致（每千克风干土样加入N 0.8 g，K2O 0.6 g），各施磷处理有效磷含量一致（每千克风干土样加入P2O5 0.2 g），重复3次，共12盆。磷肥和钾肥作为基肥混合土壤施用，氮肥溶于水淋施，分5次施用。

果蔗幼苗培养60 d收样（从移栽当天开始计），将植株地上部和地下部分开收获。收样时用剪刀将植株从茎基部剪断，装入信封，在105 ℃下杀青30 min后， 65 ℃烘干至恒重，测定植株地上部干重。将根系小心取出洗净后，采用wizRHIZO系统扫描分析根系。随后，将根系烘干至恒重，称量干重。

将烘干的植株各部分样品粉碎后，分别称取0.2 g，采用H2SO4-H2O2湿灰法消煮至澄清的液体，使用流动分析仪（Proxima， Alliance， France）测定全磷含量[10]，計算处理果蔗植株的磷浓度和磷含量。

1.3  数据处理

试验数据使用Excel和SPSS软件进行统计分析。

2  结果与分析

2.1  不同磷肥种类对果蔗生物量及根冠比的影响

由表2可知，与T1处理相比，T2、T3和T4

处理显著提高了果蔗根系、地上部和单株的生物量（P<0.05）。T2、T3和T4处理之间的地上部和单株生物量差异均显著;T3和T4处理的根系生物量差异不显著（P>0.05），但T4与T1、T2处理的根系生物量差异显著。其中，T2处理的果蔗根系、地上部和单株的生物量均最高，比T1处理分别提高了34.58%、67.00%、63.51%;T3处理次之。说明该土壤施用钙磷镁肥、聚磷酸铵和磷酸一铵均能显著促进果蔗的生长，其中施用钙镁磷肥的促进效果最明显。

由表2还可知，T2、T3、T4处理的果蔗根冠比相对T1处理均有显著下降，分别下降了19.30%、27.87%和27.54%。T2处理的果蔗根冠比显著高于T3和T4处理，分别是T3和T4处理的1.12倍与1.11倍。分析结果表明，不施磷肥的果蔗根冠比显著高于施磷肥处理;钙镁磷肥处理的果蔗根冠比显著高于其他两种磷肥处理。

2.2  不同磷肥种类对果蔗根系形态特性的影响

果蔗根系生长形态因施用磷肥种类不同存在差异（表3）。T2、T3和T4处理的根系总根长与T1处理存在显著差异，表现为：T2>T3、T4>T1;T3和T4处理间无显著差异;T2与T3、T4处理间有显著差异，T2处理分别为T3、T4处理的1.16倍和1.17倍。T2处理的根系总表面积显著大于T1、T3和T4处理，表现为：T2>T3、T4>T1，T4与T1处理间无显著差异。对于根系平均直径而言，T1处理的最小，为0.48 mm，T2处理的最大，为T1处理的1.19倍;T3和T4处理的根系平均直径较一致，但均显著大于T1处理。T2处理的果蔗总根体积最大，为19.17 cm3，显著大于T1和T4处理;T3和T4处理间无显著差异，但均显著大于T1处理。分析结果表明，在该供试土壤中施用磷肥能显著促进果蔗根系生长，增大吸收面积，促进植株的生长。

2.3  不同磷肥种类对果蔗磷吸收特性的影响

从表4可见，T2、T3和T4处理间甘蔗地上部和根系的磷含量无显著差异，但均显著高于T1处理，地上部磷含量分别为T1处理的1.31倍、1.30倍和1.28倍。对于果蔗磷积累量而言，施磷处理的显著高于未施磷处理的。其中地上部磷积累量表现为：T2>T3、T4>T1，T3和T4处理间无显著差异;

而根系磷积累量表现为T2处理显著高于T1、T3和T4处理，T3和T4处理间无显著差异。

从表4还可以看出，T1处理果蔗地上部或根系中的磷素分配率与T2、T3、T4处理间均无显著差异;T2处理地上部或根系中的磷素分配率与T3处理有显著差异。分析结果表明，在该供试土壤中不施磷肥或施用磷肥对甘蔗地上部和根系中的磷素分配率无显著影响，但是施用磷肥种类不同可能对果蔗地上部和根系中的磷素分配率造成显著影响。

3  讨论

果蔗具有较悠久的栽培历史，因其清甜可口，松软多汁，富含人体所需的多种元素，受人们所青睐。此外，其还具有较高的市场价值，是农民致富的特色产业之一[11]。果蔗生长周期长，对磷的需求量大。在不施磷的情况下，随着土壤自身有效磷的不断耗竭，会造成果蔗减产和果蔗的品质下降。因此，蔗农通常通过增施磷肥来保障果蔗的正常生长。但是，投入土壤的磷肥并不会完全被作物吸收利用，其利用效率受土壤的类型、磷肥的形态和作物类型等因素的影响[12-13]。张连娅等[14]研究发现，在等养分施用量的情况下，

磷肥能够显著提高酸性红壤玉米的生物量，但是不同形態磷肥对玉米产量的提高具有显著差异。本研究结果表明，不施磷肥处理的果蔗地上部、根系和单株的生物量均显著低于施磷肥处理的。其养分施用量一致的条件下，3种施磷处理的单株果蔗生物量存在显著差异，表现为：钙镁磷肥>聚磷酸铵>磷酸一铵。产生这一结果可能与供试土壤的性质有关。钙镁磷肥属于碱性肥料，其能够在提高土壤pH的情况下，不杀灭土壤中微生物并提高土壤镁的供应水平，特别适用于镁淋溶较严重的酸性红壤土[15]。因此，在供试的酸性红壤中施用钙镁磷肥可以更好地提高甘蔗生物量。

在植物生长过程中，根和地上部经常交换物质和能量，相互依赖、竞争和促进。因此，根冠比常被作为植物根系与地上部生长相关效应的重要指标之一[16]。低磷胁迫下，植物为了吸收有限的磷素和提高对低磷胁迫的耐性，会相应增多对根系光合产物的分配[17]，通过增加根冠比来适应低磷胁迫环境。刘国顺等[18]研究发现，根冠比的下降与施磷量的增加呈反比。这与本试验结果相一致，不施磷处理的果蔗根冠比显著大于施磷处理的。此外，根冠比还与镁元素供应息息相关。杨刚华[19]研究发现缺镁会减小柑橘的根冠比。郑超等[20]进行甘蔗沙培试验发现，在适量范围内，甘蔗根冠比会随着供镁水平的增加而增加。本实验供试土壤镁元素不足，施用钙镁磷肥能够提高供镁水平，因此钙镁磷肥处理的甘蔗根冠比大于其他两种磷肥处理。

作物根系是磷吸收的主要器官，其生长情况对作物产量具有重要影响。适量磷肥的施入能够促进根系的生长，更好地协调植株地上部与根系的关系[21]。已有研究表明，磷吸收量与作物根总长、根表面积和根体积呈正相关[22]。刘子琪等[23]的研究结果表明，磷肥有助于作物根系的生长和不定根数的增加，从而利于作物的生长，这与本研究结果基本一致。在本研究中，不施磷肥处理果蔗的根系总长、根表面积、根平均直径和总根体积均显著低于施磷处理。并且，果蔗根系的总根长、根表面积和总根体积等与其生物量呈正相关，说明磷肥能够有效促进果蔗根系的生长，增大根系的吸收面积，促进植株生长，增加产量。

聚磷酸铵不仅含有植物所需的氮素和磷素，而且可以作为螯合剂，与土壤中的中微量元素发生螯合作用，增强磷和中微量元素的移动性，增强肥效[24]。施入土壤中的聚磷酸铵并不会被作物直接吸收利用，而是逐渐转化为正磷酸盐，为作物的整个生长期持续提供磷营养，并且逐渐释放螯合的中微量元素供给作物生长需要[25]。很多研究表明，磷酸一铵的肥效显著低于聚磷酸铵。傅瑞斌等[26]的研究结果表明，相较于磷酸一铵，聚磷酸铵对轻度盐碱地玉米具有明显的增产作用。本试验发现，与磷酸一铵比较，聚磷酸铵处理的果蔗植株地上部和单株生物量显著提高，但对果蔗根系生长无显著的促进作用。

磷肥肥效还受到土壤类型、pH等影响。李瑞珂[27]研究发现，在酸性土壤条件下，钙镁磷肥处理的玉米产量显著高于聚磷酸铵和磷酸一铵处理;供试土壤pH为7.2情况下，聚磷酸铵处理的玉米产量高于钙镁磷肥和磷酸一铵处理。本供试土壤为酸性红壤，镁元素偏低，镁元素供应水平低，施用碱性肥料钙镁磷肥不仅能够改良酸性土壤，同时能够提高土壤中的镁水平，显著增加甘蔗的生物量。因此，本试验钙镁磷肥处理的甘蔗生物量显著高于聚磷酸铵和磷酸一铵处理。

从本研究结果来看，适当的施用磷肥能够显著增加果蔗的产量，有效促进果蔗根系生长，显著延长果蔗根系总长和增大根系的吸收面积。聚磷酸铵具有长效缓释、水溶性好、螯合中微量元素等优点，可用于生产液体肥料，提高磷肥利用效率，节约人工成本。欧美等国家已经普及了聚磷酸铵液体肥，并且是美国磷肥的主流品种[28-29]。然而，聚磷酸铵的肥效还是会因土壤性质、pH等的不同而存在差异。因此，在农业生产过程中可以结合测土配方技术来选择适合的肥料，提高肥料利用效率，改善蔗区土壤环境，提高果蔗产量和品质，增加蔗农经济效益，促进果蔗产业的可持续发展。

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责任编辑：沈德发