張少民，白燈莎·買買提艾力，劉盛林，馮固

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 北京100193;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所/ 農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊830091;3.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所, 濟(jì)南250100）

棉花雖然耐鹽性較強(qiáng)，但當(dāng)土壤中含鹽量和pH 超過一定的限度也會(huì)造成棉花鹽害。 磷不僅是植物生長(zhǎng)所必需的礦質(zhì)元素，而且也具有提高作物耐鹽性的作用[1]。 Dai 等研究表明，提高棉花對(duì)氮、磷等養(yǎng)分的吸收可增強(qiáng)棉花耐鹽性[2]。 施磷能提高土壤速效磷含量，促進(jìn)棉花根系生長(zhǎng)和對(duì)土壤磷的吸收，使棉花產(chǎn)量增加[3-4]。 然而，由于磷在土壤中具有移動(dòng)性差、 易被固定等特點(diǎn)，導(dǎo)致作物當(dāng)季磷肥利用率較低[5]，并且鹽漬化土壤通常伴隨較高的pH， 導(dǎo)致土壤膠體對(duì)磷的吸附能力增強(qiáng)，進(jìn)一步降低了磷的有效性[6]。 此外，鹽漬化土壤中較高的土壤pH 和鹽離子不僅抑制棉花根系生長(zhǎng)[7]，降低根系與土壤磷素的接觸機(jī)會(huì)，而且還阻礙磷從根系向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)[8]。例如，鹽脅迫會(huì)降低馬鈴薯植株葉片中磷濃度，使作物獲得相同產(chǎn)量的需磷量增加，提高供磷強(qiáng)度則顯著降低了新葉中Na＋含量而提高K＋含量[1]。 因此，合理施用磷肥對(duì)提高生長(zhǎng)在鹽漬化土中的棉花產(chǎn)量和磷利用效率至關(guān)重要。

作物苗期對(duì)磷比較敏感，苗期缺磷會(huì)抑制作物生長(zhǎng)，并最終影響產(chǎn)量，苗期供磷充足能促進(jìn)作物早期發(fā)育和增產(chǎn)[9]。 Grant[9]總結(jié)了作物苗期施磷的作用。 他認(rèn)為早施磷有利于構(gòu)建一個(gè)大而健康的根系保障土壤養(yǎng)分和水分的吸收，同時(shí)避免作物早期缺磷對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不可逆的負(fù)效應(yīng)。 啟動(dòng)磷肥，即把磷肥作為種肥條施于種子的側(cè)下方被認(rèn)為是提高早春土壤溫度較低的季節(jié)磷肥有效性的重要措施[8]，磷肥做條施可提高棉花根系活力[10]。 然而，也有研究表明，在播種行附近或下方條施磷肥的增產(chǎn)效應(yīng)并不穩(wěn)定[11]。因此，在新疆膜下滴灌模式下，這項(xiàng)技術(shù)的原理和效應(yīng)有待進(jìn)一步的研究。

棉花的花鈴期是磷的最大需求時(shí)期，對(duì)土壤供磷強(qiáng)度非常敏感。李青軍等[12]研究發(fā)現(xiàn)，磷肥基施的基礎(chǔ)上在棉花蕾期和花鈴期滴灌追施部分磷肥可顯著提高棉花產(chǎn)量和磷肥利用率。 然而，由于磷在土壤中的移動(dòng)性很差，花鈴期通過滴灌系統(tǒng)補(bǔ)充水溶性磷肥，磷肥從土壤表層下移到根系附近的數(shù)量也是十分有限的[13]。 Ma 等[14]研究表明，在石灰性土壤上玉米根系局部施用銨態(tài)氮可酸化根際、促進(jìn)根系在施肥區(qū)的增生，提高磷吸收量。 Ding 等[15]的分根試驗(yàn)證明，與供應(yīng)硝態(tài)氮處理相比， 供應(yīng)銨態(tài)氮能夠促進(jìn)根際酸化、提高根際磷酸酶活性，從而有利于玉米對(duì)難溶性磷的活化利用。 因此，探討在花鈴期通過滴施硫酸銨誘導(dǎo)棉花根際酸化、提高土壤磷的活化的根際調(diào)控途徑很可能是有效的方法。

根據(jù)棉花需磷規(guī)律，通過根層調(diào)控途徑挖掘根系的生物學(xué)潛力是提高磷肥利用率的有效途徑[16]。 棉花從土壤中獲取磷養(yǎng)分資源有直接和間接兩種途徑，即根系途徑和菌根途徑。 棉花可與菌根真菌 (Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)共生，AMF 從宿主植物獲取自身生長(zhǎng)所需的有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)土壤中養(yǎng)分資源尤其是磷的吸收，供宿主植物利用[17]。AM 真菌有利于提高鹽脅迫下棉花對(duì)土壤磷的吸收利用和棉花的抗鹽性[18-19]。 前人已就根層、根際調(diào)控策略對(duì)作物產(chǎn)量、磷肥利用效率做了許多研究[14,20]，但關(guān)于通過改善棉花根際環(huán)境挖掘根系和AM 真菌生物學(xué)潛力來提高養(yǎng)分利用效率的研究相對(duì)較少。 本文通過研究磷肥施用方式和氮肥種類對(duì)鹽漬化土壤棉花根系空間分布、根際pH 和AMF 的優(yōu)化效應(yīng)，為建立鹽漬化土壤棉花高產(chǎn)高效的肥料運(yùn)籌提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 基本情況

試驗(yàn)于2014―2016 年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所瑪納斯棉花育種家基地（44°18′N，86°22′E)進(jìn)行。 該地區(qū)平均海拔 400 m，屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候，年平均氣溫8.2 ℃，試驗(yàn)基地棉花生育期氣溫變化見圖1， 年降水量為180～270 mm。土壤屬于硫酸鹽灰漠土，土壤有機(jī)質(zhì) 11.28 g·kg－1； 堿解氮 89.3 mg·kg－1； 速效磷7.16 mg·kg－1；速效鉀 496 mg·kg－1；pH 8.53；土壤電導(dǎo)率0.87 ms·cm－1，屬于中度鹽漬化土壤。

供試作物為棉花（Gossypium hirsutum.L.，品種為新陸早57 號(hào)）。 播種日期分別為2014 年4月 23 日、2015 年 4 月 25 日 和 2016 年 4 月 28日，播種方式為“干播濕出”。 種植模式為膜下滴灌，一膜6 行3 條滴灌帶，播幅內(nèi)寬、窄行距配置為（20＋55＋20＋55＋20）cm，株距為 10 cm，試驗(yàn)小區(qū)面積46 m2，播種后滴灌出苗水（第1 水），第2 水于6 月中旬灌溉，以后每間隔7～10 天灌溉1 次，全生育期灌溉8～10 次。 在棉花苗期噴施縮節(jié)胺2 次，以后每次灌溉前、后根據(jù)棉花長(zhǎng)勢(shì)噴施縮節(jié)胺， 于每年7 月15 號(hào)之前對(duì)棉花打頂，10 月中下旬收獲。

圖1 棉花生育期月均氣溫（1）和苗期日均氣溫（2）Fig.1 Mean temperature of each month during cotton growth period (1) and daily mean temperature at seedling stage (2)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)涉及施肥方式和氮肥種類兩個(gè)因素，共設(shè) 7 個(gè)施肥處理，分別為：1）不施磷肥（Non P）、2）磷肥（34.5）和硫酸銨均勻撒施- 當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥方式（PB34.5）、3）磷肥（34.5）和尿素作種肥條施（UP34.5）、4） 磷肥 （34.5） 和硫酸銨作種肥條施（AP34.5）、5） 磷肥 （69.0） 和硫酸銨均勻撒施（PB69.0）、6） 磷肥 （69.0） 和尿素作種肥條施（UP69.0）、7） 磷肥 （69.0） 和硫酸銨作種肥條施（AP69.0）。 磷肥按純 P2O5kg·hm－2計(jì)。 各處理施肥方式、肥料種類及種肥用量的具體信息見表1。

1.3 試驗(yàn)方法

處理PB34.5 和PB69.0 的基肥中一部分磷肥 （PB34.5，103.5 kg·hm－2；PB69.0，69 kg·hm－2）于上一年棉花收獲后撒施并翻入土壤中，一部分磷肥和氮肥（用量見1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)）于當(dāng)年播種前撒施后翻入土壤中。 其它處理的基肥都是上一年棉花收獲后施入土壤中。 種肥于每年棉花播種前條施于播種行種子下方8～11 cm 處 （播種覆蓋土后距地面10～13 cm）。

AP34.5 和AP69.0 在花鈴期分2 次隨水滴施硫酸銨 （N）110 kg·hm－2，6、7 月分 4 次滴施尿素（N）104.5 kg·hm－2； 其它 5 個(gè)處理在整個(gè)生育期均滴施尿素（N）214.5 kg·hm－2。 所有處理在滴施氮肥時(shí)加入硝化抑制劑雙氰胺（DCD），用量為施氮量的12%，以抑制施入的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮。

按當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的施肥習(xí)慣，在棉花花鈴期8 月和 9 月分兩次滴施磷酸二氫鉀 （P2O5）42 kg·hm－2，每次 50%。 各處理施入氮肥、磷肥（除不施磷處理）和鉀肥用量一致，均為 N 222 kg·hm－2，P2O5180 kg·hm－2，K2O 27.3 kg·hm－2。每個(gè)處理重復(fù)4 次，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

表1 各處理肥料施用量和施肥方式Table 1 Fertilizer amounts and application of each treatment kg·m－2

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1干物質(zhì)與養(yǎng)分測(cè)定。于棉花苗期（出苗后50 d（2015 年）、55 d（2016 年））、蕾期（出苗后67 d（2015 年） 、71 d（2016 年））、鈴期（出苗后105 d（2015 年）、111 d（2016 年））和成熟期（出苗后 135 d（2015 年）、142 d（2016 年）），從每個(gè)小區(qū)選取有代表性的棉株5 株， 將其分成莖、 葉、蕾（花）、棉殼、棉籽、棉纖維，105 ℃殺青 30 min，65 ℃烘干至恒重，稱重。 然后將烘干的植株樣品粉碎并過2 mm 篩，用濃硫酸和雙氧水高溫消煮，用凱氏定氮法測(cè)定植株樣品氮含量，用鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量，用火焰光度計(jì)法測(cè)定鉀含量。

1.4.2根系指標(biāo)測(cè)定。 于棉花苗期和鈴期取樣，選擇2.3 m×1 m＝2.3 m2范圍內(nèi)生長(zhǎng)均勻不缺苗的樣點(diǎn)，用直徑為10 cm 的根鉆，在中間行兩棉株之間每10 cm 土層為一層取樣， 取樣深度30 cm。將取出的每個(gè)土層土壤裝入自封袋，低壓沖洗干凈并挑出根系， 放入－20 ℃下冷凍保存。根系樣品用根系掃描儀 （Epson V700 Photo）掃描， 然后用根系分析軟件 （Regent Instruments，Quebec，Canada）分析并計(jì)算根長(zhǎng)密度和根表面積。

1.4.3根際pH 測(cè)定。 在棉花苗期和鈴期從小區(qū)內(nèi)選擇連續(xù)且生長(zhǎng)均勻的棉株8 株，以棉株為中心（半徑為5 cm）縱向挖出施肥區(qū)（10～20 cm 土層）的根土混合體，挑出棉花側(cè)根，抖落根系上的浮土并收集到自封袋中，作為非根際土，用軟毛刷小心地掃下根系上未抖落的土壤作為根際土，土樣風(fēng)干后采用土∶水質(zhì)量比為1∶5 的方法測(cè)定土壤pH。

1.4.4根系侵染率測(cè)定。 于棉花苗期和鈴期取棉花播種行0～20 cm 土壤中棉花側(cè)根， 采用曲利苯藍(lán)（Trypan blue）染色- 乳酸甘油脫色鏡檢法測(cè)定棉花根系菌根侵染率[21]。

1.4.5產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定。 在2014 年、2015 年和2016 年棉花成熟期， 選取各小區(qū)內(nèi)棉花長(zhǎng)勢(shì)均勻的4.6 m2（2.3 m×2 m），調(diào)查并記錄棉花株數(shù)、 鈴數(shù)， 采收小區(qū)內(nèi)150 朵棉花測(cè)單鈴重。

田間條件下土壤環(huán)境比較復(fù)雜， 如物理、化學(xué)和生物性狀不均一等，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素較多。 為保障試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本試驗(yàn)在進(jìn)行的第 3 年（2016 年）才測(cè)定了棉花根系、根際 pH 和菌根侵染率等指標(biāo)以確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

磷肥利用率（PUE）＝（施磷區(qū)作物吸磷量－不施磷區(qū)作物吸磷量）/施磷量×100%

氮肥偏生產(chǎn)力（NPFP，kg·kg－1）＝籽棉產(chǎn)量 /施氮量

根際pH 下降值（⊿pH）＝非根際土壤pH－根際土壤pH

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 和SPSS 21 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較（LSD 法），對(duì)土壤pH、 菌根侵染率和磷肥利用率的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過反正弦轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行方差分析。 棉花根際與非根際pH 通過t檢驗(yàn)來比較差異的顯著性 （P≤0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)棉花根系分布的影響

磷肥和硫酸銨作種肥條施顯著促進(jìn)施肥區(qū)棉花根系的增生（表2）。不施磷處理（Non P）棉花苗期根系在0～10 cm 土層分布較少， 根系向下層土壤生長(zhǎng)尋覓磷營(yíng)養(yǎng)， 主要集中分布在10～20 cm 土層中。 施磷處理棉花苗期根系主要分布在表層 （0～10 cm），0～10 cm 土層的根長(zhǎng)密度高于 10～20 cm 和 20～30 cm （除 UP34.5）。在10～20 cm 土層，與當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥方式（PB34.5）相比，磷肥和硫酸銨作種肥條施（AP34.5）處理的根長(zhǎng)密度和根表面積分別增加了114.3%和93.7%，并且比UP34.5 的根長(zhǎng)密度和根表面積分別增加了107.1%和69.4%。增加磷肥作種肥的用量對(duì)施肥區(qū)根系無明顯促進(jìn)作用，PB69.0、UP69.0和AP69.0 處理的根長(zhǎng)密度和根表面積與AP34.5無顯著差異。

棉花鈴期受土壤水分及磷養(yǎng)分缺乏的影響，不施磷處理棉花的根系一方面在表層（0～10 cm）大量分布以吸收水分和氮、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，另一方面根系向下層生長(zhǎng)以覓取土壤磷素，20～30cm 土層的根長(zhǎng)密度顯著高于施磷處理。 施磷條件下，在 0～10 cm 土層，AP34.5 的根長(zhǎng)密度和根表面積與PB34.5 無明顯差異， 但AP34.5的根長(zhǎng)密度顯著高于其它施磷處理， 并且AP34.5 的根表面積高于處理 UP34.5、UP69.0和 PB69.0；10～20 cm 土層， 與 PB34.5 相比，AP34.5 的根長(zhǎng)密度和根表面積分別增加了1.1倍和3.1 倍，而AP69.0 的根長(zhǎng)密度和根表面積與 PB34.5 處理無明顯差異；20～30 cm 土層，各施磷處理的根長(zhǎng)密度（PB34.5 除外）和根表面積無顯著差異。

表2 不同施肥處理對(duì)棉花根長(zhǎng)密度和根表面積的影響Table 2 Effects of different fertilizers application treatments on root length density and root surface area

由此可見，適量的磷肥和銨態(tài)氮肥作種肥條施可促進(jìn)棉花苗期根系在施肥區(qū)（10～20 cm）增生， 增加了棉花根系與土壤磷素的接觸機(jī)會(huì)，有利于養(yǎng)分吸收，從而可促進(jìn)棉花早期發(fā)育。 花鈴期滴施磷肥和銨態(tài)氮肥促進(jìn)了養(yǎng)分富集區(qū) （與PB34.5 相比，10～20 cm 土層或與 UP34.5 相比，0～20 cm 土層）根系的生長(zhǎng)，更有利于棉花對(duì)滴施肥料中養(yǎng)分的吸收利用，為棉花后期生殖生長(zhǎng)和增產(chǎn)提供物質(zhì)保障。

2.2 不同施肥處理對(duì)棉花根際土壤pH的影響

磷肥和硫酸銨作種肥條施誘導(dǎo)棉花根際pH降低（圖2）。 棉花苗期不同處理的棉花根際或非根際土壤 pH 無顯著差異， 而 Non P 、AP34.5 和AP69.0 的根際與非根際土之間pH 的差異 （⊿pH）存在顯著變化。 在不施磷條件下（Non P），棉花根際pH 下降了0.26 個(gè)單位，磷肥和硫酸銨作種肥條施處理AP34.5 和AP69.0 的根際pH 分別下降了0.41 和0.33 個(gè)單位。

在棉花鈴期， 各施肥處理間非根際土pH 無明顯差異， 而AP34.5 和 AP69.0 根際 pH 顯著低于其它施肥處理。 與非根際土相比，AP34.5 和AP69.0 的根際pH 分別下降了0.64 和 0.24 個(gè)單位。 說明，花鈴期滴灌施用硫酸銨可顯著降低鈴期棉花根際pH。

圖2 不同施肥處理對(duì)棉花苗期（1）和鈴期（2）根際土壤pH 的影響（2016 年）Fig.2 Effects of different fertilizers application on soil pH in rhizosphere at seedling(1) and boll(2) stages (2016)

2.3 不同施肥處理對(duì)棉花根系菌根侵染率的影響

集約化農(nóng)田土壤中存在大量的菌根真菌對(duì)作物吸收磷發(fā)揮著重要作用[22]。本研究表明，適量的磷肥和硫酸銨作種肥條施有利于菌根真菌對(duì)棉花根系的侵染（表3）。不施磷條件下，在棉花苗期，0 ～10 cm 土層的根系侵染率顯著高于10～20 cm 和 20～30 cm 土層的根系。 施磷條件下，0～10 cm 土層根系的菌根侵染率依次為：AP34.5 ＞AP69.0 ＞PB34.5 ＞UP34.5 ＞PB69.0 ＞UP69.0；10～20 cm 土層根系的菌根侵染率依次為：AP34.5 ＞PB69.0 ＞PB34.5 ＞UP34.5 ＞UP69.0 ＞AP69.0； 在 20～30 cm 土層，AP69.0 處理的根系侵染率仍顯著低于其它施肥處理。 在棉花鈴期，菌根侵染率隨施肥措施的變化無明顯的規(guī)律性，但各施磷處理依然保持了60%以上的高侵染水平。 由此可見，適量的磷肥和硫酸銨作種肥條施有利于提高土著AM 真菌對(duì)棉花根系的侵染，但根層磷濃度過高會(huì)抑制土壤中土著菌根真菌的活性。

2.4 不同施肥處理對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響

磷肥和硫酸銨作種肥條施可促進(jìn)鹽漬化土壤上棉花的生長(zhǎng)（圖3）。 與不施磷肥（Non P）相比，2015 年施磷處理棉花苗期生物量提高了14.7%～139.4%，2016 年生物量提高了45.0%～229.0%。 與PB34.5 相比，當(dāng)施磷量（P2O5）為 34.5 kg·hm－2時(shí)，磷肥和尿素作種肥條施（UP34.5）的地上部生物量?jī)赡昃鶡o顯著差異，而磷肥和硫酸銨作種肥條施（AP34.5）顯著促進(jìn)了棉花苗期的生長(zhǎng)，其地上部生物量提高了49.9%（2015 年）或63.8%（2016 年）。當(dāng)施磷量增至 69.0 kg·hm－2時(shí)，與PB34.5 相比，AP69.0 處理的棉花地上部生物量提高了 108.8%（2015 年）或 125.5%（2016 年），而UP69.0 的地上部生物量與PB34.5 之間無明顯差異。隨著棉花生育階段的推進(jìn)，各處理的生物量差異逐漸縮小，種肥的效果在逐步減弱，花鈴期磷肥和硫酸銨隨水滴施可顯著促進(jìn)棉花后期生長(zhǎng)。與 PB34.5 相比，AP34.5 處理 2015 年和 2016 年棉花成熟期的生物量分別提高了28.1%和45.3%，AP69.0 的生物量分別提高了40.1%和91.8%。

表3 不同施肥處理對(duì)棉花根系A(chǔ)MF 侵染率的影響Table 3 Effects of different fertilizers application on AMF infection ratio %

圖3 不同施肥處理對(duì)棉花生物量的影響Fig.3 3 Effects of different fertilizers application on cotton biomass at different growth stages in 2015(1) and 2016(2)

2.5 不同施肥處理對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

施用磷肥可顯著提高棉花產(chǎn)量（圖4）。 當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣（PB34.5）處理3 年的平均棉花產(chǎn)量比不施磷肥處理（Non P）增加了41.0%。 與PB34.5相比，當(dāng)?shù)蕿槟蛩刈鞣N肥時(shí)，無論磷肥作種肥用量的高低（UP34.5 和UP69.0）均無明顯的增產(chǎn)作用，而磷肥和硫酸銨作種肥條施處理（AP34.5）2014 年、2015 年和 2016 年產(chǎn)量分別增加了9.0%、16.1%和 10.6%，3 年平均增產(chǎn) 11.9%；AP69.0 處理的棉花產(chǎn)量3 年分別增加了16.2%、17.4%和24.7%，平均增產(chǎn)19.4%。

由圖4 可以看出，棉花產(chǎn)量在年際間的波動(dòng)較大，2015 年各處理的產(chǎn)量顯著高于其它兩年。這主要因?yàn)?014 年和2016 年棉花出苗階段和苗期氣溫低于2015 年（圖1），延緩了棉花的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量低于2015 年。

2.6 不同施肥處理對(duì)棉花養(yǎng)分吸收的影響

由表4 可見，在棉花收獲期，施用磷肥處理的棉花地上部氮吸收量顯著高于不施磷肥處理（Non P）。當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥方式（PB34.5）的地上部2年的平均氮吸收量比Non P 提高了28.5%。 與PB34.5 相比，當(dāng)?shù)蕿槟蛩貢r(shí)，無論磷肥作種肥用量的高低（UP34.5 和UP69.0）對(duì)棉花地上部氮吸收量無顯著影響。 磷肥和硫酸銨作種肥條施配合花鈴期滴施硫酸銨處理（AP34.5 和AP69.0）的氮吸收量顯著高于PB34.5 處理，2 年地上部的平均氮吸收量分別提高了40.9%和48.0%。

圖4 不同施肥處理對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量的影響Fig.4 Effects of different fertilizer application treatments on unginned cotton yield

磷肥和硫酸銨作種肥條施配合花鈴期滴灌施用硫酸銨促進(jìn)了棉花地上部磷和鉀的吸收量，其中AP34.5 地上部2 年的平均磷（P）吸收量較PB34.5 增加 7.3 kg·hm－2，增加了 38.2%。 AP69.0的磷 （P） 吸收量增加 11.2 kg·hm－2， 增加了57.9%；AP34.5 處理2 年的平均鉀(K)吸收量增加37.5 kg·hm－2，增加了 41.2%，AP69.0 的鉀吸收量增加 38.5 kg·hm－2，增加了 42.3%。

表4 不同施肥處理對(duì)氮、磷、鉀吸收量的影響Table 4 Effects of different fertilizers application on N、 P and K uptake kg·hm－2

2.7 不同施肥處理對(duì)氮、磷肥利用率的影響

由圖5 可見，不施磷條件下棉花氮肥的利用率較低，Non P 處理2 年平均氮肥偏生產(chǎn)力僅為17.7 kg·kg－1。 施磷條件下，與 PB34.5 相比，磷肥和硫酸銨作種肥條施處理AP34.5 和AP69.0 的氮肥偏生產(chǎn)力分別提高 6.2 kg·kg－1和 8.6 kg·kg－1，分別提高了 28.5%和 39.9%。 磷肥和尿素作種肥條施處理UP34.5 和 UP69.0 與PB34.5 的氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異。

鹽漬化土壤棉花的磷肥利用率較低，PB34.5處理的2 年平均磷肥利用率僅為8.5%。當(dāng)磷肥作種肥用量為 34.5 kg·hm－2時(shí)， 與 PB34.5 相比，UP34.5 處理的磷肥利用率無明顯差異，AP34.5處理2 年平均磷肥利用率提高了9.2 百分點(diǎn)；當(dāng)磷 肥 用 量 增 加 到 69.0 kg·hm－2時(shí) ，PB69.0、UP69.0 和AP69.0 處理2 年平均的磷肥利用率分別比 PB34.5 提高了 4.2、6.6 和 15.3 百分點(diǎn)。AP69.0 處理的磷肥利用率最高，可達(dá)23.8%。

圖5 不同施肥處理對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力（1）、磷肥利用率（2）的影響Fig.5 Effects of different fertilizers application on NPFP(1) and PUE(2)

3 討論

3.1 磷肥和硫酸銨條施對(duì)棉花苗期根系、根際pH和AM真菌的影響

棉花是能夠被菌根真菌侵染的植物，因此棉花同時(shí)通過根系和菌根兩條獨(dú)立的途徑吸收養(yǎng)分和水分。 由于農(nóng)田耕作、施肥和灌溉的管理措施造成養(yǎng)分在土壤中異質(zhì)性分布，理解兩條吸磷途徑響應(yīng)異質(zhì)性養(yǎng)分供應(yīng)的機(jī)制就十分重要。 根系具有較強(qiáng)的可塑性，磷肥加銨態(tài)氮局部調(diào)控可促進(jìn)作物根系在養(yǎng)分富集區(qū)的增生， 酸化根際，增加養(yǎng)分吸收效率、促進(jìn)作物生長(zhǎng)[14,20]。 本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，與當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥方式相比，磷肥和硫酸銨作種肥條施（AP34.5）顯著促進(jìn)了施肥區(qū)根系的生長(zhǎng)，10～20 cm 土層的根長(zhǎng)密度和根表面積分別增加了114.3%和93.7%，磷肥和尿素作種肥條施和增加磷肥作種肥的用量對(duì)施肥區(qū)棉花根系無明顯促進(jìn)作用。

在遭受磷脅迫時(shí)，棉花根系分泌H＋，酸化根際以獲取土壤中的磷素。 同時(shí)，作物根系和菌根真菌的根外菌絲在吸收銨根離子時(shí)，為了保持細(xì)胞內(nèi)外的電荷平衡都要分泌H＋[15]， 導(dǎo)致根際酸化。 但由于土壤較強(qiáng)的緩沖能力，在田間不容易檢測(cè)到pH 的下降[23]，這也是此類研究大都在室內(nèi)模擬條件下效應(yīng)顯著的緣故。 因而，如何改進(jìn)根際調(diào)控方法，使田間效應(yīng)也能達(dá)到顯著水平是一個(gè)技術(shù)難題。 本試驗(yàn)表明，連續(xù)3 年不施磷肥處理?xiàng)l件下，苗期棉花根際pH 下降了0.26 個(gè)單位，達(dá)到了顯著水平。 這反映出棉花自身響應(yīng)土壤缺磷環(huán)境并主動(dòng)活化土壤磷的潛力。 為了利用銨態(tài)氮誘導(dǎo)根際酸化的原理，在本研究中，我們改進(jìn)了傳統(tǒng)施氮肥只用尿素的習(xí)慣，在施種肥時(shí)加入硫酸銨調(diào)節(jié)苗期根際過程，并在花鈴期用硫酸銨代替尿素連續(xù)滴施兩次，成功誘導(dǎo)了苗期和花鈴期棉花根際土壤pH 的顯著降低。 這一方面有利于降低磷肥被土壤的固定強(qiáng)度，同時(shí)也具有促進(jìn)土壤固有磷的活化利用的功效。

集約化農(nóng)田土壤中分布著大量的AM 真菌[22]，AM 真菌對(duì)作物磷吸收的貢獻(xiàn)不可忽視[24-25]，棉花苗期根系分枝較少，對(duì)AM 真菌的依賴性也相對(duì)高于其它作物[26]。 合適的供磷強(qiáng)度有利于發(fā)揮AM 真菌的吸磷作用，而根層供磷較高時(shí)不僅不利于作物根系生長(zhǎng)空間的擴(kuò)展[27]，而且會(huì)降低AM真菌的活性[28]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，適量磷肥作種肥條施有利于AM 真菌對(duì)棉花根系的侵染，當(dāng)根層磷濃度較高時(shí)（P2O569.0 kg·hm－2)對(duì)施肥區(qū)根長(zhǎng)密度和根表面積無明顯促進(jìn)作用，且AM 真菌侵染率在鈴期依然保持了60%以上的高侵染水平。

3.2 磷肥和硫酸銨作種肥條施結(jié)合花鈴期滴施硫酸銨對(duì)棉花生長(zhǎng)、產(chǎn)量和肥料利用率的影響

棉花苗期和花鈴期是其生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，根層局部供應(yīng)磷肥和銨態(tài)氮可以促進(jìn)作物苗期生長(zhǎng)，提高養(yǎng)分吸收[14,20]，花鈴期施用磷肥和銨態(tài)氮肥可促進(jìn)棉花增產(chǎn)[20]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，與當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥方式相比，磷肥和硫酸銨作種肥條施顯著促進(jìn)了鹽漬化土壤棉花苗期生長(zhǎng)，生物量提高了49.9%～125.5%，花鈴期分兩次滴施磷肥和硫酸銨可顯著降低棉花根際pH， 促進(jìn)后期生長(zhǎng)和增產(chǎn)。 AP34.5 和AP69.0 的產(chǎn)量3 年平均分別增加了11.9%和19.4%， 氮肥偏生產(chǎn)力分別提高6.2 kg·kg－1和 8.6 kg·kg－1， 磷肥利用率提高了9.2 和 15.3 百分點(diǎn)。

3.3 重過磷酸鈣與硫酸銨配合施用對(duì)提高鹽漬化土壤棉花抗鹽堿性的影響

鹽漬化土壤中含有大量的Na＋，Na＋可與K＋競(jìng)爭(zhēng)細(xì)胞質(zhì)膜上的結(jié)合位點(diǎn)，影響植物的選擇性吸收，導(dǎo)致植物體內(nèi)K＋與Na＋失衡，并干擾新陳代謝[29]，產(chǎn)生棉花鹽害。 在鹽脅迫下，Ca2＋具有保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的作用， 且不影響棉花體內(nèi)K＋的含量[30]，可緩解棉花鹽害。 同時(shí)，Ca2＋能提高棉花幼根細(xì)胞質(zhì)膜酶活性，促進(jìn)Na＋在根細(xì)胞液泡中累積，降低向棉花地上部運(yùn)輸，增加對(duì)K＋和Ca2＋的選擇性吸收和運(yùn)輸，從而改善棉花體內(nèi)的離子平衡[31-32]。 土壤中過量的Na＋還通過破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤透水性等作用影響棉花生長(zhǎng)。

施用重過磷酸鈣和硫酸銨提高鹽漬土棉花抗鹽堿性可能的原因有以下幾個(gè)方面：（1）棉花苗期根系欠發(fā)達(dá)，磷肥和硫酸銨作種肥促進(jìn)了施肥區(qū)根系增生， 增加棉花對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用，從而提高了棉花的抗逆性。 （2）重過磷酸鈣中含有大量的Ca2＋，根系吸收Ca2＋保護(hù)鹽脅迫下細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，維持棉苗體內(nèi)離子平衡，進(jìn)而提高了棉花苗期的耐鹽能力。 （3）棉花根系吸收銨態(tài)氮，釋放H＋，一方面降低了根際土壤pH，另一方面土壤pH 的下降活化了土壤中的磷和鈣， 進(jìn)一步增進(jìn)根際磷和Ca2＋濃度，更有利于棉花的吸收利用。（4）施用重過磷酸鈣提高了土壤中Ca2＋濃度，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)Na＋隨灌水向深層土壤淋洗，降低耕層土壤Na＋含量。

4 結(jié)論

在鹽漬化土壤上，適量的啟動(dòng)肥（磷肥和硫酸銨作種肥條施） 有利于促進(jìn)施肥區(qū)根系的增生，提高根系吸收表面積并保持AM 真菌高侵染活性，誘導(dǎo)苗期棉花根際pH 降低，促進(jìn)棉花苗期生長(zhǎng)。 花鈴期滴施硫酸銨能顯著誘導(dǎo)棉花根際pH 降低， 提高棉花生長(zhǎng)后期對(duì)土壤磷的吸收利用，促進(jìn)棉花增產(chǎn)和磷肥增效。