楚雯瑛，段增強

(1土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，中國科學院南京土壤研究所，江蘇南京210008;2中國科學院大學，北京100049)

磷是植物生長發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素，既是植物體內(nèi)許多重要有機化合物的組分，同時又以多種方式參與植物體內(nèi)各種代謝過程。磷對作物高產(chǎn)及保持品種的優(yōu)良特性有明顯作用［1］。作物主要吸收以形態(tài)存在的磷酸離子，大多數(shù)作物吸收的速度比吸收的速度快，有時可以吸收有機態(tài)磷，但量很小，在磷的營養(yǎng)中不占重要位置［2］。磷的當季利用率很低，大部分所施磷肥都殘留在土壤中［2］，因此施用緩效磷肥，可以減少土壤對磷的固定，盡可能發(fā)揮磷肥后效，提高磷肥利用率。

有研究認為，亞磷酸防治病害的機制包括干擾和抑制病菌菌絲生長與產(chǎn)胞的直接保護寄主的功效以及加速植物體內(nèi)酚化物或其它抗病物質(zhì)的產(chǎn)生和積累的間接功效［3］。田間試驗顯示，亞磷酸對鱷梨根腐病、菠蘿心腐病等有良好的防治效果［4－5］。亞磷酸在根部可被土壤微生物代謝成磷酸，暴露于空氣中也可逐漸被氧化成磷酸，成為植物主要肥料之一，但試驗顯示亞磷酸鹽并不能直接取代磷酸鹽成為肥料，而與磷酸鹽一起施用時，促進植物生長的效果更佳。此外，防病用的亞磷酸鹽用量少，對環(huán)境不會造成污染。應用亞磷酸鹽防治疫病可減少農(nóng)藥的使用，維系生態(tài)平衡，確保農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［6］。

亞磷酸鹽作為肥料會對作物產(chǎn)生什么影響，其作用是正面的，還是負面的，或是其中之一占優(yōu)勢，這方面的研究目前還未見報道。本試驗的主要目的是以亞磷酸二氫鉀為例研究亞磷酸鹽的施用效果，以及在不同亞磷酸鹽濃度處理下黃瓜植株及果實內(nèi)氮、磷分配水平、黃瓜葉片光合特性、葉綠素含量和根冠比有何不同，探討亞磷酸鹽作為緩釋磷肥的應用前景。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在中國科學院南京土壤研究所溫室中進行，黃瓜品種為津研四號。按KH2PO4和KH2PO3在營養(yǎng)液中磷素形態(tài)的比例設(shè)置6個處理，分別用P1、P2、P3、P4、P5和 P6表示，具體用量見表1。在營養(yǎng)液中其它養(yǎng)分元素含量相同。

黃瓜種子播種于清洗過的石英砂中，長至兩片真葉時移栽到裝有2.5L營養(yǎng)液的盆缽中，采用修改的山崎營養(yǎng)液培養(yǎng)［7］，磷元素濃度為 P 1.0 mmol/L。每盆栽1株，每個處理重復5次，移栽后開始進行處理，持續(xù)至第一批黃瓜收獲。由于處理6(P6)中KH2PO4的濃度為0，缺乏可利用的磷酸鹽，導致P6幼苗缺磷死亡，故試驗結(jié)果中只有5個處理。

表1 營養(yǎng)液中KH2PO4和KH2PO3的比例(%)Table 1 The percentage of KH2PO4and KH2PO3 in nutrient solution

1.2 項目測定與方法

在黃瓜收獲期(移栽后73天)進行采樣，將植株樣分為根部、莖部、葉片、果實。鮮樣用于葉綠素測定，烘干樣用于元素含量測定。

黃瓜根、莖、葉及果實中的氮、磷含量采用H2SO4－H2O2消煮［8］，流動分析儀測定。

葉綠素含量的測定采用張憲政(1986)方法［9］:用打孔器取0.05g左右的黃瓜葉片，置于10mL的刻度試管中，加10mL丙酮/乙醇(v/v=1/1)提取液，黑暗過夜處理，至材料完全變白后，取清液用TU－1800可見光光度計測A652。由于丙酮乙醇混合液的葉綠素提取液和80%丙酮的葉綠素提取液的吸收光譜一致，可按丙酮法的公式計算葉綠素含量，即葉綠素總量(mg/g)=A652×V/34.5/W，式中A652為葉綠素提取液在652 nm處的光密度，V為提取液體積(mL)，W為葉片鮮重(g)。

黃瓜光合參數(shù)的測定:在黃瓜收獲前(移栽后65天)的晴天上午進行光合參數(shù)測定，選取每棵植株的第五片真葉為測定樣品。葉片凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導度，蒸騰速率用美國LI－6400型便攜式光合作用儀測定。

黃瓜根冠比的測定:黃瓜收獲后將植株用蒸餾水沖洗干凈，用吸水紙吸干，分別將根、莖、葉，在105℃殺青30 min后于80℃烘干至恒重，稱干重，計算根冠比。根冠比(R/S)=地下部干重(R)/地上部干重(S)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理黃瓜根、莖、葉及果實中的氮、磷含量

從表2可以看出，各處理黃瓜根、莖、葉及果實中的氮含量變化趨勢基本相似。其中果實氮含量隨亞磷酸鹽濃度的增加呈增加趨勢，并且P1、P4、P5處理間達到顯著差異水平;葉片氮含量也隨亞磷酸鹽濃度的增加呈增加趨勢，但除了P1與P2、P3處理有顯著差異外，其它各處理間差異不顯著;各處理莖部的氮含量沒有明顯差異;根部氮含量隨亞磷酸鹽濃度的增加而增加的趨勢最明顯，P1、P2、P3之間，以及P3與P5之間差異都達到顯著水平。

表2 不同亞磷酸亞濃度處理對黃瓜根、莖、葉及果實中氮含量的影響(mg/g)Table 2 Effects of different concentrations of phosphite on the contents of N in root，shoot，leaf and fruit of cucumber seedlings

表3結(jié)果顯示，不同亞磷酸鹽濃度處理下黃瓜根、莖、葉及果實中的磷含量變化趨勢有所不同。其中果實磷含量隨亞磷酸鹽濃度的增加呈增加趨勢，且P1、P2、P5之間差異顯著;各處理葉片氮含量沒有明顯差異;莖部磷含量隨亞磷酸鹽濃度的增加有增加的趨勢，但P5處理卻顯著小于P4處理;根部磷含量卻表現(xiàn)為隨亞磷酸鹽濃度的增加而下降，除了P3與P4、P4與P5之間差異不顯著，其它處理之間差異均達到顯著水平。

表3 不同亞磷酸亞濃度處理對黃瓜根、莖、葉及果實中磷含量的影響(mg/g)Table 3 Effects of different concentrations of phosphite on the contents of P in root，shoot，leaf and fruit of cucumber seedlings

2.2 不同處理黃瓜植株根冠比及葉片葉綠素含量

隨著亞磷酸鹽濃度的增加，黃瓜植株根、莖、葉干重均有降低的趨勢，根和莖干重P5與P1、P2處理間差異達到顯著水平，P5與P2處理的葉片干重差異顯著(表4)。隨著亞磷酸鹽濃度的增加，黃瓜植株根冠比有增加趨勢，但是處理間差異不顯著;黃瓜葉片葉綠素含量隨亞磷酸鹽濃度的增加有降低的趨勢，且P1與P5處理間差異顯著。

2.3 不同處理對黃瓜植株總氮和總磷含量的影響

通過植株各部位的干重和氮、磷含量，計算出平均每株的總氮量和總磷含量。由圖1可以看出，隨著亞磷酸鹽濃度的增加植株總氮量有下降的趨勢，但除了P2和P5處理植株總氮含量有顯著差異外，其它處理間基本沒有差異。植株總磷含量隨著亞磷酸鹽濃度的增加有逐漸下降的趨勢，P1、P2處理與P3、P4和P5處理之間差異達顯著水平，P3、P4與P5處理間差異也達到顯著水平。

表4 不同處理對黃瓜植株根莖葉干重、根冠比及葉片葉綠素含量的影響Table 4 Effects of different concentrations of phosphite on root，shoot，leaf dry weights，root/shoot and chlorophyll contents of cucumber seedlings

圖1 不同處理對黃瓜植株總氮和總磷含量的影響Fig．1 Effects of different concentrations of phosphite on total N and total P of cucumber seedlings

2.4 不同處理對黃瓜葉片光合特性的影響

圖2顯示，隨著亞磷酸鹽含量的增加，黃瓜葉片的光合速率呈下降趨勢。除了P3、P4處理沒有顯著差異外，其它處理之間差異均達到顯著水平。黃瓜葉片的氣孔導度也是隨著亞磷酸鹽含量的增加而呈下降趨勢，其中P1處理顯著高于P4和P5，而P2、P3、P4、P5處理間差異不顯著。

從圖2還可以看出，隨著亞磷酸鹽含量的增加，黃瓜葉片胞間CO2濃度除了P4處理明顯降低外，其它各處理沒有顯著變化。隨著亞磷酸鹽含量的增加黃瓜葉片蒸騰速率呈下降趨勢，其中P1顯著高于P3、P4、P5處理，P2顯著高于P4處理。

3 討論與結(jié)論

缺磷使植株生長緩慢、植株矮小，植株生長受阻［1］。作物在整個生長期中均可吸收磷，但以生長早期吸收的最快，這時需磷也最多［2］。在本研究中，P6處理在黃瓜苗移入盆栽后不久便萎蔫死亡。其原因可能是P6處理中的磷素全部以KH2PO3形式存在，亞磷酸鹽在空氣中被氧化成磷酸鹽的速度很慢，達不到植株早期生長對磷的需求，導致該處理植株嚴重缺磷，再加上溫室光照強溫度高，加重了植株的缺磷效應，致使植株死亡。但有研究認為亞磷酸鹽用于防治植物病害時施用的濃度有時會達到1000 mg/kg［3］，而本研究中的 P6處理，其濃度也只有31mg/kg，所以說營養(yǎng)液中的亞磷酸鹽濃度本身不會對黃瓜造成危害，導致P6處理黃瓜苗死亡的主要原因是亞磷酸鹽在空氣中被氧化成磷酸鹽的速度很慢，不能滿足植株早期生長對磷的需求，說明亞磷酸鹽不能完全取代磷酸鹽為植株提供早期的磷素營養(yǎng)。

圖2 不同處理對黃瓜葉片凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率的影響Fig．2 Effects of different concentrations of phosphite on Pn，Gs，Ci and Tr of cucumber seedlings

植物體在一定環(huán)境下，養(yǎng)分的吸收量取決于根系的供應量和植物器官的生長和行使正常功能對養(yǎng)分的需要量［10］。H?gberg 等［11］認為，當土壤養(yǎng)分含量豐富或施肥量過高時，葉片和根系的養(yǎng)分含量與土壤養(yǎng)分供給量不成正比，但當土壤養(yǎng)分成為限制因子時，根系養(yǎng)分含量和葉片養(yǎng)分含量相應降低。本試驗結(jié)果中，亞磷酸鹽濃度增加可直接利用的磷素減少時，黃瓜根部磷含量下降(表3)，與H?gberg等的結(jié)果相似，但果實和根部氮含量(表2)、果實磷含量(表3)均隨亞磷酸鹽濃度的增加而增加。磷、鉀肥控釋可以促進氮的吸收利用［12］，通過各部位干重和氮、磷含量計算出的平均每株總氮、磷量可以看出，亞磷酸鹽在一定比例內(nèi)代替磷酸鹽，不會降低植株吸收氮、磷養(yǎng)分的總量，但會影響氮、磷在植株不同部位的分配(表2、表3)，亞磷酸鹽作為緩控釋磷肥的可能性還需進一步探討。

植物在低磷脅迫條件下，不僅地上部分同化物向根系的運輸量增加，而且根系對同化物的利用效率也有所提高，繼而使缺磷植株的根冠比大于正常生長的植株［13］，根冠比增大是適應低磷脅迫的機制之一。與正常磷濃度相比，番茄幼苗在低磷(25%～50%)條件下，根冠比、主根長、側(cè)根數(shù)目等形態(tài)指標均顯著增加［14］。本試驗各處理間根冠比沒有顯著差異(表4)，可能是由于亞磷酸鹽逐漸氧化成磷酸鹽緩解了缺磷脅迫而使其在此指標上未能顯現(xiàn)出差異。由于有效磷的減少，在光照和CO2濃度適宜的情況下光合速率降低［15］。當植株培養(yǎng)在缺磷或少磷的溶液中，葉片的光合速率降低，這在C3和C4植物研究中均有報道［16－17］。低磷脅迫下，水稻光合速率、RuBP羧化酶活性下降［18］。本試驗中，由于亞磷酸鹽向磷酸鹽轉(zhuǎn)化的速度比較緩慢，黃瓜葉片的光合速率隨亞磷酸濃度的增加而降低，與以往研究相一致，也與葉片葉綠素含量的降低趨勢相對應。

植物在缺磷脅迫時，磷的利用效率都將提高，主要是液泡中貯藏的磷釋放出來［19］，在養(yǎng)分脅迫時，提高養(yǎng)分的再利用效率可維持植物較為正常的生長，保證植物整個生育周期的完成。有試驗表明，黃瓜植株缺磷處理5 d、10d，養(yǎng)分利用率都遠遠高于供磷植株［20］。表明短時間缺磷處理并不會威脅植物的生長，這為緩釋磷肥施用提供了依據(jù)。亞磷酸鹽在空氣中被氧化的速度較慢，所以植物生長前期適當?shù)娜绷酌{迫可使植株通過體內(nèi)磷素的再分配進行調(diào)節(jié)，提高養(yǎng)分利用率;到后期亞磷酸鹽被氧化成磷酸鹽，正好可以滿足植株后期對磷素的需求。而亞磷酸在土壤中的化學行為如何，怎樣調(diào)節(jié)亞磷酸鹽與磷酸鹽在不同土壤、不同作物的施用比例以滿足植物生長的最佳需求還有待進一步研究。

實際生產(chǎn)中，單純依靠施用水溶性無機磷肥時，土壤對磷的供應與植物對磷的吸收不同步，造成局部土壤磷濃度暫時過高引起磷的固定，可通過增施有機肥為土壤生物提供食源進行調(diào)節(jié)，使土壤供磷強度與作物的吸收相適應［21］。如果能使無機磷肥達到緩釋的效果，也能在一定程度上調(diào)節(jié)土壤供磷與作物吸收的關(guān)系?，F(xiàn)階段緩效磷肥和速效磷肥沒有明確的界限，控釋磷肥包括直接施用的活性磷礦粉、部分酸化磷肥和托馬斯磷肥三大類。由于受土壤特性、磷礦性質(zhì)(如碳酸鹽晶格替代，鐵、鋁半氧化物的存在)、磷礦酸化度與所用酸的種類、作物種類等多種因素的影響，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)尚不能定量地預測磷的釋放模式而用于生產(chǎn)［22－23］。如果亞磷酸鹽能作為緩釋磷肥施用，將能更準確地預測磷的釋放模式及其對土壤和作物的影響。

綜上所述，亞磷酸鹽用于營養(yǎng)液中肥料施用，由于其在空氣中氧化緩慢，不能滿足植物生長前期對磷營養(yǎng)的需求，故不能完全替代磷酸鹽。亞磷酸鹽大量代替磷酸鹽會導致植株缺磷，使葉綠素、光合速率降低，影響植株的營養(yǎng)生長。但少量施用亞磷酸鹽，由于它緩慢釋放磷素，可為植株提供部分緩效磷營養(yǎng)，而且亞磷酸鹽有防病抗病作用，所以亞磷酸鹽在植株抗病和增加植株磷營養(yǎng)方面有一定的作用，但作為緩釋磷肥還需作進一步研究。

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