習(xí) 娟，楊修一，耿計(jì)彪，郎 瑩

（1．陜西省渭南市澄城縣農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，陜西 渭南 715200；2．臨沂大學(xué)農(nóng)林科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂 276005）

我國約有十分之一的土地遭受不同程度的鹽漬化，嚴(yán)重制約作物的生長，威脅作物產(chǎn)量的穩(wěn)定［1］。松嫩平原是世界第三大蘇打型堿土集中分布區(qū)，而鹽脅迫成為制約該地區(qū)作物產(chǎn)量提升的主要因素［2］。鹽脅迫對作物生長產(chǎn)生諸多負(fù)面效應(yīng)［3］。從生理途徑上看，主要包括質(zhì)膜透性增大引起的離子外滲、酶活性降低或鈍化、代謝受阻等原生鹽害效應(yīng)，以及因滲透脅迫導(dǎo)致的生長抑制等次生鹽害效應(yīng)［4］。從植物整個(gè)生育期來看，鹽脅迫會(huì)在幼苗期內(nèi)產(chǎn)生紊亂正常滲透性的短期效應(yīng)，在快速生長期及收獲期內(nèi)產(chǎn)生離子毒害的長期效應(yīng)［5］。面臨嚴(yán)峻的土壤鹽漬化形勢，如何提升作物抗鹽性，保證作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)是松嫩平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟待解決的問題。

土壤鹽堿化已成為世界上重要的環(huán)境問題之一，松嫩平原的蘇打型堿土中主要的陰離子是CO32-和HCO3-，該緩沖體系導(dǎo)致土壤呈現(xiàn)高堿性［6］。在土壤體系中，高堿性會(huì)使土壤中的磷素更容易固定，進(jìn)而造成土壤有效磷含量降低，磷素利用低下［7］。磷作為作物生長必需的大量元素之一，參與作物生長中的細(xì)胞代謝、光合磷酸化和三羧酸循環(huán)等生理過程［8］。低磷脅迫對作物生長影響已有廣泛的報(bào)道，如限制作物各器官的生物量積累、降低植物葉片的凈光合速率、抑制植物同化物的運(yùn)輸、加重葉片膜脂過氧化程度等［9］。研究表明，磷肥施用可提高土壤有效磷含量，促進(jìn)作物對磷素的吸收，進(jìn)而提升作物的抗逆性，增加作物產(chǎn)量［10］。但也有研究發(fā)現(xiàn)，磷肥過量施用不僅會(huì)降低磷肥當(dāng)季利用率［11］、增加面源污染環(huán)境負(fù)荷等問題［12］，還影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)，甚至導(dǎo)致作物減產(chǎn)［13-14］。因此，在松嫩平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際面臨高鹽-低磷復(fù)合非生物脅迫，但目前關(guān)于在松嫩平原鹽漬化土壤中如何進(jìn)行合理磷肥運(yùn)籌的研究報(bào)道還相對較少。

本研究連續(xù)兩年在鹽漬化土壤中開展磷肥施用量田間試驗(yàn)，從磷素吸收、生物量積累、酶活性等角度探究磷肥施用量對鹽漬化土壤玉米生長的調(diào)控效應(yīng)，以期為松嫩平原的玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于吉林省通榆縣八面鄉(xiāng)八面村（123°29′ N，45°06′ E），該地區(qū)為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均日照時(shí)數(shù)2600～3000 h，年均氣溫4.9℃。玉米生長期內(nèi)，自然降水量約為450 mm，整個(gè)生長季灌溉水量約1400 m3·hm-2。供試土壤屬典型的蘇打型堿土，0～20 cm土層的基本理化性質(zhì)如下：全鹽含量3.81 g·kg-1，pH 9.11，有機(jī)質(zhì)5.28g·kg-1，堿解氮22.82 mg·kg-1，全氮0.75 g·kg-1，有效磷6.55 mg·kg-1，速效鉀83.26·mg kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采取單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)5個(gè)磷水平（用量以P2O5計(jì)，肥料類型為過磷酸鈣）：0、75、150、225、300 kg·hm-2，分 別 用P0、P75、P150、P225、P300表示。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)40 m2。氮肥（用量以N計(jì)，肥料類型為尿素）和鉀肥（用量以K2O計(jì)，肥料類型為硫酸鉀）的施用總量分別為225和150 kg·hm-2。氮、磷、鉀分別于玉米種植前、拔節(jié)期和吐絲期按照1∶1∶1比例分3次施用。供試玉米品種為華農(nóng)101，種植密度為60000株·hm-2，分別于2017年5月10日和2018年5月14日種植，整個(gè)玉米生長期采用常規(guī)管理。

1.3 采樣及測試方法

分別于玉米拔節(jié)期、吐絲期和收獲期進(jìn)行采樣，每小區(qū)選取長勢均勻一致的植株8株，將每株玉米分為葉、莖、穗3個(gè)部分，帶回實(shí)驗(yàn)室后105℃殺青20 min，75℃烘干至恒重，稱取生物量。烘干后的各部位經(jīng)過磨碎、過篩，用硫酸消煮-釩鉬黃比色法測定各部位磷含量。葉干樣高溫灰化后用濃硝酸溶解，原子火焰分光光度計(jì)測定Na+和K+的濃度。

于吐絲期各處理分別選取長勢均勻一致的植株3株，取相同部位葉片，用液氮冷凍后帶回，保存于-40℃超低溫冰箱中，用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒測定磷脂酶Dζ1（PLDζ1）、焦磷酸化酶（AGPase）和超氧化物歧化酶（SOD）活性。

于收獲期各處理選取10 m2進(jìn)行測產(chǎn)，折標(biāo)準(zhǔn)水（14%）計(jì)算最終產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析及計(jì)算公式

各部位磷素累積量（kg·hm-2）=各部位生物量×各部位磷濃度；

地上部磷積累量（kg·hm-2）=葉磷積累量+莖磷積累量+穗磷積累量；

葉片磷素轉(zhuǎn)運(yùn)量（LpTA，mg）=吐絲期葉片磷素累積量-收獲期葉片磷素累積量；

葉片磷素轉(zhuǎn)運(yùn)效率（LpTE，%）=葉片磷素轉(zhuǎn)運(yùn)量/吐絲期營養(yǎng)器官磷素累積量×100；

磷素轉(zhuǎn)運(yùn)對穗部的貢獻(xiàn)率（CFE，%）=葉片磷素轉(zhuǎn)運(yùn)量/收獲穗部磷素累積量×100。

采用 Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪圖，所有數(shù)據(jù)分析一式3份。方差分析（ANOVAs）和均值分離檢驗(yàn)（Duncan多重區(qū)間，P＜0.05）使用SAS 9.2（SAS Institute，Cary，NC 2010）進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施磷量對玉米產(chǎn)量的影響

施磷量與年份對不同處理產(chǎn)量影響差異顯著，在鹽漬化土壤中施用磷肥可顯著提高玉米產(chǎn)量（表1）。在2017年，與P0處理相比，P75、P150、P225和P300處理分別增產(chǎn)42.5%、70.2%、81.0%和85.9%。在2018年，與P0處理相比，各施磷處理分別增產(chǎn)30.6%、57.7%、74.7%和79.6%。P300與P225差異不顯著，但顯著高于其他施磷處理。

表1 不同施磷量對玉米產(chǎn)量的影響（kg·hm-2）

2.2 不同施磷量對玉米地上部生物量的影響

在鹽漬化土壤中增施磷肥可顯著提高玉米不同生長期地上部生物量，且隨施磷量的增加，地上部生物量呈逐漸上升的趨勢（表2）。在2017年，與P0處理相比，增施磷肥處理生物量在拔節(jié)期提高了41.2%～93.4%，在吐絲期提高了29.5%～75.1%，在收獲期提高了31.3%～62.6%。在2018年，與P0處理相比，增施磷肥處理生物量在拔節(jié)期提高了41.4%～101.6%，在吐絲期提高了28.8%～78.5%，在收獲期提高了29.9%～61.9%。此外，施磷處理與年份對玉米地上部生物量的影響差異顯著。

表2 不同施磷量對玉米地上部生物量的影響 （g）

2.3 不同施磷量對玉米地上部磷積累量的影響

增施磷肥顯著提升了鹽漬土中玉米地上部的磷積累量。如表3所示，與不施用磷肥處理相比，2017和2018年增施磷肥處理的磷積累量在拔節(jié)期提高了26.2%～70.1%，吐絲期提高了32.3%～75.1%，收獲期提升效果最大，其提升幅度為42.5%～118.5%。在收獲期，P300和P225地上部磷積累量顯著高于其他施磷處理。此外，施磷處理、年份對玉米地上部磷積累量的影響差異顯著，但年份與處理之間無顯著交互作用。

表3 不同施磷量對玉米地上部磷積累量的影響（kg·hm-2）

2.4 不同施磷量對玉米磷素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

葉片中磷轉(zhuǎn)運(yùn)量可間接表征作物對磷的利用狀況。如表4所示，P0處理每植株葉片的轉(zhuǎn)運(yùn)量為53.4～63.7 mg，在2017和2018年增施磷肥處理隨著施磷量的增加葉片磷轉(zhuǎn)運(yùn)量呈升高的趨勢，P300處理約為P0處理的3倍。從葉片磷素的轉(zhuǎn)運(yùn)率來看，施磷量的增加顯著提高了葉片中磷的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，相較于P0處理，P300處理提升了24.9%～23.4%。同時(shí)，增施磷肥顯著提高了葉片磷素轉(zhuǎn)運(yùn)對穗部的貢獻(xiàn)率，提升了穗中磷的積累。此外，施磷處理、年份對玉米地上部磷積累量的影響差異顯著，但年份與處理之間無顯著交互作用。

表4 不同施磷量對玉米葉片磷轉(zhuǎn)運(yùn)量的影響

2.5 不同施磷量對玉米葉片中Na+和K+含量的影響

葉片中Na+和K+的含量可以間接表征植株內(nèi)離子運(yùn)輸動(dòng)態(tài)平衡狀況。如表5所示，與P0處理相比，2017和2018年增施磷肥處理均降低了玉米葉片中Na+的含量，P150、P225和P3003個(gè)處理的降幅達(dá)顯著水平。同時(shí)，各磷肥處理均顯著增加了玉米葉片中K+的含量。從Na+/K+值的角度來看，增施磷肥顯著降低了鹽漬土中玉米葉片的Na+/K+值。此外，施磷處理、年份對玉米地上部磷積累量的影響差異顯著，但年份與處理之間無顯著交互作用。

表5 不同施磷量對玉米葉片Na+和K+含量的影響

2.6 不同施磷量對玉米葉片酶活性的影響

磷脂酶Dζ1（PLDζ1）和焦磷酸化酶（AGPase）是磷代謝的關(guān)鍵限速酶，超氧化物歧化酶（SOD）活性間接表征玉米受脅迫的程度。如表6所示（2018年），與P0處理相比，增施磷肥處理的PLDζ1活 性 增 加30.7%～73.7%，AGPase活性增加了71.0%～235.5%，SOD活性提高了65.4%～144.5%。

表6 不同施磷量對玉米葉片酶活性的影響（2018年）

3 討論

3.1 施磷提升鹽漬土壤中玉米磷素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力

鹽漬化土壤的磷素含量較低，土壤內(nèi)部的沉淀固持效應(yīng)影響有效磷的含量，顯著降低了土壤磷素的有效性［15］。高濃度的鹽脅迫阻礙了作物根系的發(fā)育進(jìn)而導(dǎo)致磷吸收受限，降低了磷的生物有效性［16］。補(bǔ)充外源磷素供給，是提升作物磷素吸收的重要手段之一［17］。本研究發(fā)現(xiàn)，與P0處理相比，在鹽漬土中施用磷肥處理顯著提升了玉米地上部的磷積累量，尤其是收獲期，幅度為42.5%～118.5%。其原因可能有3個(gè)方面。第一，磷肥施用可提升土壤中可利用的磷素含量，進(jìn)而保障作物對磷素的吸收［18］；其次，低磷條件下增加磷素的供應(yīng)會(huì)促進(jìn)作物根系的生長，進(jìn)而提升磷的吸收量［19］；再次，增施磷肥處理顯著提升了PLDζ1和AGPase磷代謝關(guān)鍵酶活性，促進(jìn)了磷在植株內(nèi)的同化積累，進(jìn)而對磷素的吸收起到拉動(dòng)效應(yīng)［20］。本研究還發(fā)現(xiàn)，增施磷肥增加了玉米葉片轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率。這可能與增施磷肥提高PLDζ1和AGPase等磷代謝關(guān)鍵酶活性，進(jìn)而提升磷的利用效率有關(guān)［21］。更深一步的生理機(jī)制需配合代謝組學(xué)等技術(shù)手段進(jìn)一步探究。

3.2 施磷提高鹽漬土壤中玉米的抗逆能力

供試土壤的全鹽含量為3.81 g·kg-1，鹽脅迫是作物生長所面臨的另一限制因子。本研究發(fā)現(xiàn)，不施用磷肥處理玉米葉片中Na+/K+值在較高的水平，這嚴(yán)重影響了作物正常的離子平衡。增施磷肥后，顯著降低了Na+/K+值，這可能有以下幾方面的原因。其一，增施磷肥顯著提高了PLDζ1活性，進(jìn)一步抑制HKT1的表達(dá)，從而阻止細(xì)胞外Na+的進(jìn)入，進(jìn)而降低了Na+的含量［21］；其二，磷肥施用在促進(jìn)作物磷素吸收的同時(shí)，由于磷、鉀可協(xié)同互作吸收，從而提升作物對于鉀素的吸收［22］，故增施磷肥可降低玉米葉片中的Na+/K+值；另外，高鹽脅迫會(huì)增加氧自由基和丙二醛（MDA）的含量，進(jìn)而破壞玉米正常的膜透性［23］。本研究還發(fā)現(xiàn)，增施磷肥顯著提高了SOD活性，這也是增施磷肥緩解作物鹽脅迫的生理機(jī)制之一［24］。

3.3 施磷增加鹽漬土壤中玉米生物量及產(chǎn)量

研究表明，磷肥施用有利于增加普通非鹽堿耕作土壤中的有效磷含量，促進(jìn)玉米磷素吸收，進(jìn)而提高磷肥利用效率，對于玉米優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)意義重大［25-26］，而松嫩平原蘇打堿土中玉米施磷效果的報(bào)道相對較少。本研究供試土壤為蘇打堿土，玉米生長面臨低磷和高鹽的交互脅迫，不施用磷肥處理玉米地上部生物量和產(chǎn)量均在較低水平。本研究還發(fā)現(xiàn)，增施磷肥提高了鹽漬土不同生長期地上部生物量。磷肥施用可提高玉米磷素的積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)能力［27］，降低鹽脅迫［28］，同時(shí)增加AGPase活性，提高光合產(chǎn)物的同化效率，進(jìn)而提高整體的生物量的積累［29］。同時(shí)，鹽漬土中增施磷肥提高了磷素轉(zhuǎn)運(yùn)對穗部的貢獻(xiàn)率，玉米產(chǎn)量提升了30.6%～85.9%。綜合分析施磷量和增產(chǎn)效果，在蘇打堿土中磷肥的施用量可考慮在225 ～300 kg·hm-2范圍為宜。

4 結(jié)論

在松嫩平原蘇打堿土中增施磷肥可顯著提高玉米磷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，緩解整體鹽脅迫，增加玉米生物量和產(chǎn)量。建議該區(qū)域磷肥的施用量以225～300 kg·hm-2為宜。