不同品种磷肥施用对玉米根际土壤磷组分的影响*

2021-12-09肖靖秀

云南农业大学学报(自然科学) 2021年6期

张璐，肖靖秀，郑毅,2 ，汤利

(1.云南农业大学资源与环境学院，云南昆明 650201；2.云南开放大学，云南昆明 650500)

磷素不仅是植物生长所需的大量元素之一，也是限制其生产力的重要因子[1]。酸性土壤的低pH环境固定了更多的磷[2]，致使大部分磷素残留在土壤中，阻碍了作物对磷素的吸收利用。中国酸性土壤分布广泛，区域覆盖面积大，占全国耕地面积的21%，遍及15个省区，总面积约2.04×108hm2[3]；另外，磷肥为不可再生资源，中国农田磷肥年施入量显著增加但并没有显著提高作物产量，造成磷肥施用的浪费[1,4]。

红壤中含有大量无定型的氧化铁和氧化铝，固磷能力强[2,5-7]，磷肥利用率低下。现有研究大多关注磷肥施用量与磷肥利用率的关系，而忽略了磷肥品种问题。生产中磷肥品种多而杂，但很少有研究关注如何选择适宜的磷肥品种。张连娅等[8]研究表明：在红壤上施用不同的磷肥品种，玉米产量和磷肥利用效率等有显著差异，但其具体作用机制并不清楚。不同磷肥品种施用后土壤磷组分如何变化尚需明确。间作可以提高土壤磷的有效性并促进磷的吸收利用效率，且相关机制研究较多[5-7]。但在间作条件下，施用不同磷肥品种对土壤磷组分的影响尚不明确。现阶段，对作物根际土壤中磷组分的研究已经十分广泛，但大多是对中国北方石灰性土壤以及中性土壤的研究，而对酸性土壤中间套作玉米根际土磷组分的研究还较少。

中国土壤无机磷组分测定普遍采用张守敬—杰克森法[9]和改进的蒋柏藩—顾益初法[10]。近年来，经过Tiessen和Moir改进的Hedley磷分级方法(以下简称Tiessen-Moir磷分级方法)[11-12]将土壤无机磷和有机磷形态同时兼顾，全面评价了土壤磷形态，是目前采用较多的一种方法。该方法根据磷在土壤中的状态，将磷分为植物可直接间接利用的活性态磷 (Resin-P、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po)、中活性态磷(NaOH-Pi、NaOH-Po和D.HCl-Pi)和稳定态磷(C.HCl-Pi、C.HCl-Po和Residual-Pt)[13-16]。

本研究通过田间和盆栽试验，利用Tiessen-Moir磷分级方法，探讨不同磷肥品种和间作条件下玉米根际全磷和磷组分的变化；定量评价不同磷肥品种对红壤各磷组分含量的影响，揭示间作对红壤中各磷组分占比的调控作用。研究结果对红壤地区磷肥的合理施用及磷肥品种的选择具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地与供试材料

1.1.1 试验地

试验地位于云南省昆明市官渡区小哨村云南农业职业技术学院试验地(N24°54′～25°13′，E102°41′～103°03′，海拔1 820 m)，土壤为旱地红壤，属粘土，基本理化性状为：pH 4.53，容重1.73 g/cm3，有机质含量4.49 g/kg，土壤全磷含量0.194 g/kg，有效磷含量4.02 mg/kg。盆栽试验在云南农业大学资源与环境学院植物营养学系大棚进行，盆栽试验用土取自田间试验田。

1.1.2 供试材料

供试玉米(Zea maysL.)品种为云瑞88，大豆(Glycine max)品种为开育12；供试肥料氮肥为尿素(46%)，钾肥为硫酸钾(51%)，磷肥为过磷酸钙(SSP，16%)、磷酸一铵(MAP，49%)和磷酸二铵(DAP，46%)。

1.2 试验设计

田间试验种植方式为玉米单作，设不施磷肥(CK)、施用SSP、施用MAP和施用DAP共4个处理，每个处理3次重复，共计12个小区。肥料在播种前施入，每个小区面积12 m2，玉米行距50 cm、株距25 cm。每穴播种3～4粒，长至两叶一心时每穴留苗1株。

盆栽试验为两因素设计，因素1为玉米大豆间作和玉米单作2种种植模式，因素2为4个磷肥施用处理(CK、SSP、MAP和DAP)。每个处理3次重复，仅在成熟期采样，1次采样共计24盆。玉米N、K2O和P2O5的施用量分别为150、100和150 mg/kg。尿素60%做基肥，40%于玉米7叶期做追肥。

试验用盆上部直径29 cm，下部直径18.6 cm，高23 cm，底部有3孔，每盆装土10 kg。装盆时，将土壤与肥料混合均匀装入盆中，待所有盆装土完毕，加适量水，待稳定1周后播种。玉米和大豆种子在播种前进行催芽[17]，用1%的双氧水表面消毒1 h，清洗后浸泡，吸水过夜后保持湿润，置于25℃恒温箱培养，芽长约1 cm时播种。玉米单作每盆种植4株玉米，玉米||大豆处理分别种植2株玉米和2株大豆。玉米和大豆生长发育过程中各盆栽和田间处理的管理保持一致。

1.3 样品采集与测定

田间试验和盆栽试验均在玉米成熟期采集玉米根际土。根际土的采集采用抖土法[18]，从根上抖下来的土为根区土，粘附在根系表面的土为根际土。根际土壤全磷含量采用NaOH熔融—钼锑抗法测定。根际土壤磷组分采用Tiessen-Moir磷分级方法[11-12,19]，具体操作步骤如下：

先将待测土样研磨后过100目筛，称取0.500 g加入50 mL离心瓶中，加蒸馏水30 mL，树脂膜1条，常温振荡16 h，8 000 r/min离心3 min，倒出蒸馏水，树脂条浸于20 mL 0.5 mol/L HCl溶液中，常温振荡16 h，8 000 r/min离心3 min，采用钼蓝比色法测定Resin-P含量。将上一步土壤残渣加30 mL 0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提，常温振荡16 h，8 000 r/min离心3 min，采用钼蓝比色法测定NaHCO3-Pi含量；高温消煮后，采用钼蓝比色法测定NaHCO3-Pt含量，NaHCO3-Pt与NaHCO3-Pi含量的差值即为NaHCO3-Po含量。将上一步土壤残渣加30 mL 0.1 mol/L NaOH溶液浸提，常温振荡16 h，8 000 r/min离心3 min，采用钼蓝比色法测定NaOH-Pi含量；高温消煮后，采用钼蓝比色法测定NaOH-Pt含量，NaOH-Pt与NaOH-Pi含量的差值即为NaOH-Po含量。将上一步土壤残渣加20 mL 1 mol/L HCl溶液浸提，常温振荡16 h，8 000 r/min离心3 min，采用钼蓝比色法测定D.HCl-Pi含量。将上一步土壤残渣加10 mL 浓盐酸80℃消煮10 min后，补加5 mL浓盐酸，常温后8 000 r/min离心3 min，定容至50 mL容量瓶中，采用钼蓝比色法测定C.HCl-Pi含量；高温消煮后，采用钼蓝比色法测定C.HCl-Pt含量，C.HCl-Pt与C.HCl-Pi含量的差值即为C.HCl-Po含量。将上一步土壤残渣转移至消煮管，加5 mL浓硫酸380℃消煮至乳白色，常温定容至50 mL，过滤，采用钼蓝比色法测定Residual-Pt含量。

1.4 数据分析及处理

数据分析采用Microsoft Excel和SPSS Statistics 20进行处理，田间试验按照单因素处理进行方差分析，盆栽试验按照两因素处理进行交互作用分析。

2 结果与分析

2.1 不同磷肥品种施用对单间作玉米根际土全磷含量的影响

由图1可知：与CK相比，施肥处理均可显著提高玉米根际全磷含量。田间试验和盆栽试验中，施肥处理可分别提高167.43%～291.48%和68.41%～154.46%的玉米根际土壤全磷含量。田间条件下，SSP和MAP处理间根际土壤全磷含量无显著差异。盆栽条件下，不同施肥处理间玉米根际土壤全磷含量则有显著差异，各磷肥品种对玉米根际土壤全磷的作用为DAP>MAP>SSP。进一步比较单作和间作玉米根际全磷含量发现：与玉米单作相比，玉米大豆间作对玉米根际全磷含量无影响，说明玉米根际全磷含量受施磷处理调控，但不受种植模式的影响。3个磷肥品种中，DAP对提高根际全磷含量的作用最显著。

图1 不同磷肥施用下玉米根际土壤中全磷含量Fig.1 Total phosphorus content of monoculture maize rhizosphere soil under different phosphorus fertilizer application

2.2 不同磷肥品种施用对玉米根际土壤磷组分含量的影响

由表1、2可知：田间条件下，与CK相比，所有施肥处理均可显著提高NaHCO3-Pi、NaOHPi、NaOH-Po和C.HCl-Po含量；盆栽条件下，与CK相比，所有施肥处理均可显著提高Resin-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、D.HCl-Pi和C.HCl-Po含量。与CK相比，施MAP肥可降低田间NaHCO3-Po、D.HCl-Pi和Residual-Pt含量，但差异不显著；而所有施肥处理均可显著降低盆栽条件下NaHCO3-Po和Residual-Pt含量。与单作相比，玉米||大豆可显著提高玉米根际NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、C.HCl-Pi和Residual-Pt含量，可显著降低NaOH-Po和NaOH-Pi含量，对其他磷组分无显著影响。

表1 不同磷肥品种施用下成熟期单作玉米根际土壤磷组分含量(田间试验)Tab.1 The phosphorus component in rhizosphere soil of mono-cropped maize in harvest under different phosphorus fertilizer (field experiment)mg/kg

分析磷肥品种、种植方式及两者互作对各磷组分含量的影响(表2)可知：施用的磷肥品种及磷肥品种×种植方式对所有磷组分含量均有极显著的影响；而种植方式对除Resin-P、D.HCl-Pi和C.HCl-Po外的其他磷组分有极显著的影响。

表2 不同磷肥品种施用下成熟期玉米根际土壤磷组分含量(盆栽试验)Tab.2 The phosphorus component in rhizosphere soil of maize in harvest under different phosphorus fertilizer (pot experiment)mg/kg

2.3 不同磷肥品种施用对玉米成熟期根际土壤磷组分占比的影响

由图2可知：与CK相比，田间试验中，SSP、MAP和DAP处理下根际土壤活性态磷含量分别降低15%、10%和16%，稳定态磷含量分别降低3%、5%和9%，而中活性态磷含量分别增加23%、23%和42%；盆栽试验中，SSP、MAP和DAP处理下根际土壤活性态磷含量降幅分别为10%、12%和2%，SSP 和MAP处理下根际稳定态磷含量降幅分别为7%和6%，而SSP和DAP处理下中活性态磷含量增幅分别为5%和8%。与玉米单作相比，间作显著增加了活性态磷占比，增幅为3%，但DAP处理下活性态磷占比降低3%；间作显著降低了中活性态磷占比，降幅为6%，但CK条件下中活性态磷占比提高4%；间作普遍增加稳定态磷占比，但CK条件下稳定态磷占比降低7%。

图2 不同磷肥品种施用下玉米根际土壤磷形态占比Fig.2 Phosphorus form proportion of rhizosphere soil of maize under different P varieties fertilizer

3 讨论

本试验土壤pH为4.53，容重为1.73 g/cm3，粘度高，酸性强，淋溶彻底，属于高度盐基不饱和、铁铝富集土壤，土壤中的磷大部分为铁铝吸附态或稳定态，可利用部分较少[5]。磷肥施入后，极易被固定为铁铝结合态或稳定态，这也是本研究中中活性态磷含量增加的原因。磷肥的施用可普遍提高作物各生育期根际有效磷含量，磷肥中普遍含有部分水溶性磷，且大部分可以作为有效磷源(过磷酸钙、磷酸二铵和磷酸一铵)或缓效磷源(过磷酸钙)进入土壤，提高微域内有效磷含量，供给植物生长。过磷酸钙为水溶性有效磷肥，但其肥效较低；磷酸一铵为生理酸性肥料，适用于碱性土壤；磷酸二铵为生理碱性肥料[20]。磷肥为作物提供充足磷源，促进磷素吸收，有助于作物细胞的生长和叶绿素的形成，进而提高作物生物量、产量及磷吸收累积量，磷素营养在蔬菜等作物的生长发育、产量和品质形成等过程中均产生重要影响[21-27]，适量的磷肥可有效提高土壤有效磷含量，使玉米或其他作物获得高产[28-30]。作物在生长过程中所吸收的磷主要为活性态磷，磷肥的施入极大促进了作物的生长发育及吸收，并同时促进作物根系分泌。磷肥施用可改变土壤活性态磷、中活性态磷及稳定态磷组分的含量及占比，且不同品种磷肥对不同组分的含量影响存在差异[30-34]。本研究中磷肥施用降低了作物根际活性态磷和稳定态磷占比，增加了中活性态磷占比；磷肥施入土壤后，会迅速增加土壤各形态磷含量，而到作物成熟期，由于磷肥施用显著促进作物生长，作物大量吸收活性态磷，导致施磷处理的活性态磷含量显著低于不施磷处理。而 Residual-Pt含量的降低可能与磷肥施用促进作物生长进而促进作物根系磷酸酶、有机酸和质子的分泌有关[35]，但仍需进一步研究。

WANG等[26]研究表明：豆科禾本科间作可促进根际土壤酸化，增加酸性磷酸酶活性，有效提高土壤磷有效性，活化土壤中被固定的磷。GUNES等[27]的鹰嘴豆大麦间作试验也证明：豆科禾本科间作可促进根际土壤酸化，增加酸性磷酸酶活性，显著提高土壤有效磷、铁(II)和DTPA-Fe的含量。赵建华等[7]研究表明：合理间作可促进玉米根系分泌物中质子、总有机酸和磷酸酶分泌，并改变作物根系构型及菌根侵染率，有效活化土壤中被固定的铁铝中活性态磷(铁铝结合态和稳定态)。这也是作物生长发育对活性态磷的耗竭是导致玉米施磷处理成熟期根际土壤活性态磷低于不施磷处理的原因。豆科禾本科间作会对土壤不同组分的磷含量产生影响，尤其是活性态磷[36]。有研究显示：豆科混交林下的土壤有效磷含量相比于纯非豆科林和纯豆科林均有提高[25]，且禾本科豆科间作会促进作物磷酸酶、有机酸及质子的分泌，进而影响根际微域效应下的微生物群落并提高其解磷作用，促进AM真菌的根系定植[25-27,29]。