王 慧, 孫泰森

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山西太谷 030801)

不同水分條件下先鋒植物博落回對(duì)氮磷脅迫的生物學(xué)響應(yīng)

王 慧, 孫泰森*

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山西太谷 030801)

【目的】由于在2008年9月8日，山西省襄汾縣發(fā)生尾礦庫(kù)特別重大潰壩事故，造成下游農(nóng)田土壤被潰壩物覆蓋，嚴(yán)重影響了土壤性狀和生產(chǎn)力。為了研究該區(qū)被尾礦污染土壤的修復(fù)問(wèn)題，本文利用潰壩覆蓋后的尾礦與表土混合形成的生土為栽培基質(zhì)，通過(guò)盆栽土培試驗(yàn)研究不同水分條件下施氮與施磷處理對(duì)修復(fù)植物博落回的生長(zhǎng)及生理狀況、 根際土壤酶活性和微生物數(shù)量的影響，以期為襄汾“9.8”潰壩區(qū)種植作物的篩選與管理提供理論依據(jù)。【方法】試驗(yàn)于2013年3月至12月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)低水(田間持水量的35%～40%，W1)、 中水(田間持水量的45%～50%，W2)和高水(田間持水量的75%～80%，W3)3個(gè)水分處理，在此基礎(chǔ)上設(shè)中氮(N 0.2 g/kg， N1)、 低氮(不施氮，N0)以及中磷(P2O50.2 g/kg，P1)和低磷(不施磷，P0)各兩個(gè)水平，共組成12個(gè)處理(W1N0P0、 W2N0P0、 W3N0P0、 W1N0P1、 W2N0P1、 W3N0P1、 W1N1P0、 W2N1P0、 W3N1P0、 W1N1P1、 W2N1P1、 W3N1P1)，每個(gè)處理重復(fù)10次。于博落回生長(zhǎng)中期(7月6日)取5次重復(fù)，測(cè)定植株株高、 莖粗、 地上生物量、 總根長(zhǎng)、 總根重以及根系吸收面積、 根活力、 根系超氧化物岐化酶(SOD)活性和過(guò)氧化物酶(POD)活性、 丙二醛(MDA)含量，并測(cè)定根際土壤酶活性和微生物數(shù)量；其余5次重復(fù)用于收獲時(shí)(11月2日)時(shí)測(cè)定生物產(chǎn)量?！窘Y(jié)果】干旱脅迫及低磷、 低氮脅迫對(duì)博落回的生長(zhǎng)指標(biāo)、 生理指標(biāo)及根際微生物數(shù)量與酶活性均有明顯的抑制作用。潰壩覆蓋后形成的生土施用氮(尿素)、 磷肥(過(guò)磷酸鈣)或灌水，均可不同程度地增加博落回的株高、 莖粗、 地上生物量、 根重、 總根長(zhǎng)、 根系總吸收面積及活性吸收面積，提高其SOD和POD活性并降低MDA含量。單施氮的效果不如單施磷肥；缺水條件下的施肥效果小于供水處理；供水、 施氮及施磷三者之間具有明顯的加合效應(yīng)。磷是襄汾“9.8”潰壩區(qū)生土地上博落回生物量形成的第一限制因素。博落回根際土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性與其根系的活性及生長(zhǎng)狀況呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明發(fā)達(dá)的根系促進(jìn)了根際微生物群落的繁殖，從而提高了根際土壤脲酶和磷酸酶的活性。這一結(jié)果最終可促進(jìn)博落回“根土系統(tǒng)”向熟化方向發(fā)展?！窘Y(jié)論】博落回能較好地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件，其抗旱耐瘠，且具有一定的藥用價(jià)值，故可作為襄汾“9.8”潰壩區(qū)的重要備選栽培植物。

生土； 博落回； 旱薄脅迫； 施肥； 根系； 生物學(xué)響應(yīng)

眾所周知，不論是從改造環(huán)境使其適應(yīng)作物以實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)變高產(chǎn)，還是從選擇抑或改造作物使其適應(yīng)于環(huán)境而實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)與高效，都需要認(rèn)真研究和了解作物生長(zhǎng)過(guò)程與外界環(huán)境之間的關(guān)系。針對(duì)我國(guó)北方土石山區(qū)生態(tài)環(huán)境嚴(yán)酷，自然災(zāi)害頻繁，特別是在礦區(qū)復(fù)墾或平田整地、 起高墊低的小流域治理后新形成的生土上，干旱、 瘠薄已成為對(duì)生態(tài)恢復(fù)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最主要威脅的特點(diǎn)，選擇適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的先鋒植物并深入探討這些植物對(duì)干旱、 瘠薄的適應(yīng)性，無(wú)疑對(duì)于該區(qū)的生態(tài)恢復(fù)及作物區(qū)域布局具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2008年9月8日，山西省襄汾縣新塔礦業(yè)公司尾礦庫(kù)發(fā)生特大潰壩事故，泄容量達(dá)26.8萬(wàn)立方米，大量的磁鐵礦尾礦覆蓋在了下游的農(nóng)田之上，除了可能給土壤帶來(lái)大量的Fe、 Cu等金屬的污染之外，在救災(zāi)過(guò)程中因?yàn)槭褂么笮蜋C(jī)械翻動(dòng)而在原有土壤表層形成了由潰壩物與土壤混合而成的生土層，因其養(yǎng)分含量低且理化性質(zhì)惡化，嚴(yán)重影響了農(nóng)作物的生長(zhǎng)，甚至絕收，已不適合種植原有的小麥、 玉米等作物。因此，篩選適宜的先鋒植物并研究其生理生態(tài)適應(yīng)性與管理措施，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

博落回[Macleayacordata(Willd．)R．Br．]為晉南山區(qū)常見(jiàn)的罌粟科博落回屬多年生草本植物[2]，也可人工栽培[3]。因其具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性，不僅抗旱、 耐瘠、 萌生小苗能力強(qiáng)，能快速提高植被覆蓋度，而且含有多種生物堿，有較高的藥用價(jià)值[4]，是礦區(qū)復(fù)墾及生土治理的理想先鋒植物之一。前人關(guān)于生土條件下植物生長(zhǎng)的研究主要集中在豆科作物[5]、 禾本科作物[6-7]和塊根作物上[8]，而關(guān)于藥用植物博落回的研究主要集中在生物學(xué)特性與生態(tài)價(jià)值[4,9]、 生物堿分離提取及藥理研究等方面[10-13]，且多為對(duì)南方地區(qū)自然生長(zhǎng)條件下博落回的研究，關(guān)于其栽培管理的研究尚不多見(jiàn)，尤其是針對(duì)北方旱、 薄逆境條件下博落回生理生態(tài)方面的研究更少。為此，本研究以襄汾潰壩覆蓋后的表層生土為栽培基質(zhì)，研究不同水分條件下博落回對(duì)氮、 磷肥的生物學(xué)響應(yīng)，旨在為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2013年3月至12月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校農(nóng)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。以20×30 cm(φ×h)聚乙烯塑料桶為試驗(yàn)用盆進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，每盆裝土14 kg，供試土壤取自襄汾潰壩覆蓋后的尾礦與表土的混合物，其養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)4.7 g/kg、 全氮0. 24 g/kg、 速效磷3.2 mg/kg、 速效鉀98.8 mg/kg、 陽(yáng)離子交換量23.6 cmol/kg，pH為7.49。供試博落回幼苗為中條山山區(qū)自然生長(zhǎng)的博落回根蘗苗，于4月16日從野外選取生長(zhǎng)一致的根蘗苗，挖回栽入盆中，澆水，幼苗成活后進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)供試土壤理化性質(zhì)的測(cè)定，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)水分條件: 低水，田間持水量的35%～40%(W1)；中水，田間持水量的45%～50%(W2)；高水，田間持水量的75%～80%以上(W3)。在此基礎(chǔ)上設(shè)中氮(N 0.2 g/kg，N1)、 低氮(不施氮N0)、 中磷(P2O50.2 g/kg， P1)、 低磷(不施磷，P0)各兩個(gè)水平，共12個(gè)處理，為W1N0P0、 W2N0P0、 W3N0P0、 W1N0P1、 W2N0P1、 W3N0P1、 W1N1P0、 W2N1P0、 W3N1P0、 W1N1P1、 W2N1P1、 W3N1P1。每處理重復(fù)10次，完全隨機(jī)排列。氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用過(guò)磷酸鈣(含P2O517%)。供試肥料全部作底肥于裝盆時(shí)一起施入，4月16日移栽，5月6日開(kāi)始控水，7月6日取5次重復(fù)，調(diào)查測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)，另外5次重復(fù)用于11月2日收獲時(shí)測(cè)定生物產(chǎn)量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

生理指標(biāo)的測(cè)定于7月6日進(jìn)行，形態(tài)指標(biāo)及產(chǎn)量測(cè)定于11月2日收獲時(shí)進(jìn)行。葉片丙二醛(MDA)含量、 過(guò)氧化物酶(POD)活性及超氧化物岐化酶(SOD)活性的測(cè)定分別采用硫代巴比妥酸法、 愈創(chuàng)木酚比色法和核黃素法[14]；根系總吸收面積與活性吸收面積的測(cè)定采用次甲基藍(lán)吸附法[15]；根系活力的測(cè)定采用TTC法[15]；根長(zhǎng)的測(cè)定采用根系掃描儀掃描法；土壤微生物數(shù)量的測(cè)定采用稀釋平板法；土壤脲酶及磷酸酶活性的測(cè)定分別采用靛酚比色法和苯磷酸鈉比色法[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)博落回植株生長(zhǎng)的影響

表1結(jié)果表明，干旱脅迫及缺氮和缺磷脅迫均導(dǎo)致博落回地上部生長(zhǎng)明顯受阻，在不同供水條件下施用氮、 磷肥均可顯著促進(jìn)博落回地上部的生長(zhǎng)。水、 氮、 磷三因素之間均表現(xiàn)出了明顯的正交互作用。由表1結(jié)果還可以看出，氮、 磷對(duì)不同供水條件下博落回地上部生長(zhǎng)的促進(jìn)作用有所不同，在低水(W1)、 中水(W2)、 高水(W3)條件下單施磷和單施氮分別使博落回的株高比不施肥(N0P0)處理增加了21.68%、 11.72%、 13.11%和6.33%、 17.14%、 4.38%；莖粗分別增加了29.87%、 18.18%、 8.18%和6.36%、 22.76%、 8.13%；地上生物量分別增加了17.49%、 8.28%、 15.66%和3.98%、 23.68%、 6.47%。在低水(W1)、 中水(W2)、 高水(W3)條件下，氮磷配施分別比單施磷和單施氮博落回的株高增加了19.74%、 30.42%、 18.75%和26.32%、 6.6%、 19.63%；莖粗增加了22%、 34.1%、 31.93%和34.19%、 15.23%、 30.83%；地上生物量增加了21.44%、 31.76%、 19.52%和29.22%、 11.25%、 29.23%。表明單施磷對(duì)博落回地上部生長(zhǎng)的促進(jìn)作用高于單施氮肥，在單施氮的基礎(chǔ)上施磷的效果優(yōu)于在單施磷的基礎(chǔ)上施氮。這可能與磷素營(yíng)養(yǎng)更有利于促進(jìn)根系的生長(zhǎng)有關(guān)，施磷促進(jìn)了根系的生長(zhǎng)，而龐大的根系又提高了對(duì)水分和其他營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，并最終促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)，但也可能與栽培基質(zhì)中養(yǎng)分的含量有關(guān)。另外，值得說(shuō)明的是，本試驗(yàn)低水、 低肥條件下其他作物(玉米、 大豆等)已無(wú)法生長(zhǎng)，但博落回仍獲得了一定的生物產(chǎn)量，表現(xiàn)出了其對(duì)干旱與瘠薄逆境的強(qiáng)大適應(yīng)性。

2.2 不同處理對(duì)博落回根系生長(zhǎng)的影響

注(Note): 同一列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平Values followed by different letters in the same column are significant at the 5% level.

根系是作物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，生產(chǎn)中遇到的主要自然災(zāi)害脅迫，如旱、 澇、 鹽堿、 貧瘠等引起各種生理障礙其原初傷害器官首先是根系。由此可見(jiàn)，研究旱、 薄脅迫對(duì)根系的影響，可以更好地反映植物的生長(zhǎng)狀況。由表1結(jié)果可以看出，博落回根部狀況與地上一致，干旱脅迫、 缺氮和缺磷脅迫均影響了博落回根部的生長(zhǎng)，在不同供水條件下施用氮、 磷肥，或在不同施磷與施氮水平下增加供水，均可顯著促進(jìn)博落回根部的生長(zhǎng)。水、 氮、 磷三因素之間也表現(xiàn)出了明顯的正交互作用。氮、 磷對(duì)不同供水條件下博落回根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用大小也有所不同，在低水(W1)、 中水(W2)、 高水(W3)條件下單施磷和單施氮分別使博落回的根長(zhǎng)增加了18.87%、 18.38%、 16.65%和1.72%、 11.01%、 5.09%；根重增加了20.44%、 12.01%、 27.05%和15.45%、 -0.34%、 7.9%。在低水(W1)、 中水(W2)、 高水(W3)條件下，氮磷配施分別比單施磷和單施氮博落回的根長(zhǎng)增加了12.9%、 10.79%、 3.03%和31.93%、 18.14%、 14.36%；根重增加了20.87 %、 12.85%、 6.54%和26.1%、 26.84%、 25.45%。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，除在中水條件下單施氮處理根重與不施氮處理間差異未達(dá)顯著水平之外，其余均達(dá)差異顯著水平，說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下施磷對(duì)博落回根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用也優(yōu)于施氮。

2.3 不同處理對(duì)博落回生理指標(biāo)的影響

2.3.1 不同處理對(duì)博落回根系吸收面積及根系活力的影響 根系吸收總面積可以反映根系吸收能力的大小，而根系活躍吸收面積則能在一定程度上反映根系活力狀況。表2結(jié)果表明，無(wú)論施肥與否，增加供水量均可提高博落回根系的吸收面積及根系活力；在不同供水條件下單施磷、 單施氮或氮磷配施均可顯著提高博落回根系的總吸收面積、 活性吸收面積及根系活力，但不同的施肥處理對(duì)根系吸收面積及根活力的增加幅度不同，無(wú)論高水、 中水， 還是低水處理均表現(xiàn)為氮磷配施的效果最好，而單施磷的效果又好于單施氮，這可能是在本試驗(yàn)條件下施磷對(duì)博落回生物量增加的效果好于施氮的原因所在。施磷更好地促進(jìn)了根系的生長(zhǎng)，進(jìn)而也增加了吸收其它營(yíng)養(yǎng)元素及水分的能力，并最終促進(jìn)了植物的整體生長(zhǎng)。將表2中根系不同生理指標(biāo)間進(jìn)行相關(guān)分析可知，不同處理?xiàng)l件下根系的總吸收面積及活性吸收面積與根系活力間均表現(xiàn)為極顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.89,n=60；r=0.86,n=60)，表明在試驗(yàn)過(guò)程中只要測(cè)定其中一項(xiàng)，就可以較好地反映根系的活力。

注(Note): SOD—Superoxide dismutase; POD—Peroxidase; MDA—Malondialdehyde. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平Values followed by different letters in the same column are significant at the 5% level.

2.3.2 不同處理對(duì)博落回超氧化物岐化酶(SOD)、 過(guò)氧化物酶(POD)活性及丙二醛(MDA)含量的影響 大量研究表明，SOD和POD均為細(xì)胞脂膜過(guò)氧化作用中的關(guān)鍵酶，可以解除或減輕逆境脅迫中膜脂過(guò)氧化作用對(duì)細(xì)胞膜的損傷。而作為植物細(xì)胞脂膜過(guò)氧化的重要產(chǎn)物， MDA含量增加的數(shù)量，可以看作是逆境條件下作物受害程度的重要指標(biāo)。從表2可以看出，不同施肥條件下增加灌水量及不同供水條件下增施肥料，均可提高博落回葉片SOD及POD活性，降低MDA含量，減輕逆境對(duì)博落回的傷害。比較不同水分條件下不同施肥處理對(duì)兩種酶活性及MDA含量的影響可以看出，在相同水分條件下，單施磷提高酶活性的效果好于施氮，而氮磷配施的效果最佳。比較不同處理下SOD及POD活性的變化情況還可以發(fā)現(xiàn)，SOD活性的變化幅度大于POD，表明博落回SOD活性對(duì)逆境脅迫的敏感性更強(qiáng)。

2.4 不同處理對(duì)博落回根際微生物及土壤酶活性的影響

眾多的研究結(jié)果表明，土壤中微生物的數(shù)量和酶活性可以在一定程度上反映土壤的肥沃度。為了探明生土條件下種植博落回對(duì)土壤的培肥效果及有機(jī)生命化程度，在博落回生長(zhǎng)中期對(duì)其根際土壤脲酶、 磷酸酶活性及微生物三大類群進(jìn)行了測(cè)定。表3結(jié)果表明，不同施肥處理的博落回根際土壤中的脲酶、 磷酸酶活性及微生物三大類群均隨著水分含量的升高而升高，說(shuō)明水分對(duì)其影響在本試驗(yàn)條件下起著關(guān)鍵的作用。在同一水分條件下，不同施肥處理對(duì)土壤脲酶活性的影響表現(xiàn)為以中氮中磷(N1P1)處理最高，中氮無(wú)磷(N1P0)次之，然后是無(wú)氮中磷(N0P1)，不施肥(N0P0)最低，表明無(wú)論施氮還是施磷，均有利于提高土壤脲酶活性，但施氮的效果優(yōu)于施磷，氮磷配合效果最好；不同施肥處理對(duì)土壤磷酸酶活性的影響也表現(xiàn)為以N1P1處理最高， N0P1處理次之，N1P0， N0P0處理最低，表明施氮和施磷均有利于提高土壤磷酸酶活性，但施磷的效果好于施氮。在同一水分條件下，不同施肥處理對(duì)根際土壤中細(xì)菌數(shù)量的影響與對(duì)土壤磷酸酶活性的影響變化趨勢(shì)一致，對(duì)根際真菌數(shù)量的影響與對(duì)土壤脲酶活性的影響一致，但對(duì)根際土壤中放線菌數(shù)量的影響則表現(xiàn)為在不同水分條件下有所不同，表現(xiàn)出了事物的復(fù)雜性。由表3和圖1還可以看出，不同施肥處理對(duì)三大微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響，表現(xiàn)出與博落回根系生長(zhǎng)對(duì)水肥反應(yīng)的基本一致性，根系越發(fā)達(dá)、 根系活性越高，則根際土壤酶活性越高，微生物的數(shù)量也就越多。

3 討論與結(jié)論

土壤缺肥、 缺水一直是限制我國(guó)北方旱地農(nóng)田生產(chǎn)力的最主要因素，供水、 供肥不足，特別是水肥不協(xié)調(diào)是造成這一地區(qū)長(zhǎng)期產(chǎn)量不高的重要原因[17]。有關(guān)作物水肥耦合及氮、 磷肥肥效方面的研究，國(guó)內(nèi)外已有眾多的報(bào)道，由于受供試土壤基礎(chǔ)肥力差異的影響，所得結(jié)果不盡相同，但多數(shù)研究者認(rèn)為氮為首要因素，特別是在產(chǎn)量水平低與土壤肥力差的條件下，氮是形成作物產(chǎn)量的第一要素，而施磷是在有一定氮的基礎(chǔ)上追求進(jìn)一步高產(chǎn)的必需[18-20]。本試驗(yàn)選用了氮、 磷營(yíng)養(yǎng)元素背景值均極低的尾礦與表土的混合物為供試土壤，研究了不同水分條件下氮、 磷及其配合對(duì)博落回生長(zhǎng)及生理狀況的影響，結(jié)果表明，氮、 磷均有一定的增產(chǎn)效果，且磷的作用優(yōu)于氮，磷才是該土壤肥力形成與植物生長(zhǎng)的起動(dòng)元素，這可能與磷對(duì)植物根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用高于氮素營(yíng)養(yǎng)有關(guān)，因此，在資金有限的情況下，應(yīng)優(yōu)先施用磷肥，這也與張平平等[6]在黃土母質(zhì)性生土上所得的結(jié)論類似。

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平Values followed by different letters in the same column are significant at the 5% level.

前人的研究結(jié)果表明，施肥可以降低土壤無(wú)效水分的消耗，提高作物產(chǎn)量與水分利用率，但在干旱的年份收效很小[21]，本試驗(yàn)結(jié)果則表明，重度干旱(低水)條件下施用氮、 磷肥的增產(chǎn)幅度(42.67%)高于中度干旱(中水)條件(34.36%)和正常(高水)條件(37.59%)。這可能與博落回具有更強(qiáng)的抗旱性以及試驗(yàn)所設(shè)低水處理中的含水量不同有關(guān)。有研究結(jié)果表明，在干旱條件下，施肥量與氮、 磷配比均有可能會(huì)影響作物的產(chǎn)量[17,22]，由于試驗(yàn)規(guī)模所限，本試驗(yàn)沒(méi)有開(kāi)展相關(guān)方面的研究，下一步我們將繼續(xù)就不同氮、 磷用量及氮磷配比等方面進(jìn)行研究。

逆境脅迫可使植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與消除平衡失調(diào)，造成植物體內(nèi)大量的自由基累積，進(jìn)而啟動(dòng)膜脂過(guò)氧化，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)的損傷和破壞，對(duì)植物產(chǎn)生傷害[23]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱及缺肥脅迫均可導(dǎo)致博落回地上部抗氧化酶SOD和POD活性有所下降，過(guò)氧化產(chǎn)物MDA明顯增加，表明抗氧化酶系統(tǒng)已難以有效清除因脅迫而產(chǎn)生的過(guò)氧化產(chǎn)物，植株已受到較大的損傷。在干旱條件下施肥(磷、 氮)以及在缺肥條件下灌水，均可以提高博落回SOD和POD活性，降低MDA含量，且肥水之間表現(xiàn)出明顯的正加合效應(yīng)，這與博落回的生長(zhǎng)狀況表現(xiàn)一致，表明以上3 種指標(biāo)能夠客觀地反映博落回的抗逆能力。

前人的研究表明，博落回的耐瘠性和耐旱性均很強(qiáng)[4]，本試驗(yàn)結(jié)果證明，在土壤肥力極低且有干旱脅迫的條件下，其他作物(玉米、 大豆等)已很難生存，博落回仍能獲得一定的產(chǎn)量，這可能與其據(jù)有較大的總根長(zhǎng)，較高的根系活力與活性吸收面積有關(guān)。但要想獲取較高的產(chǎn)量，適當(dāng)?shù)臐菜?施肥，尤其是磷氮配施均是必需的。博落回非常適合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，在襄汾潰壩物覆蓋區(qū)生土上種植博落回，如能保證一定量的磷、 氮肥施用及正常的灌水，完全可以獲得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

施用氮、 磷肥，尤其是在一定灌水量的前提下施用氮磷肥，不僅有利于促進(jìn)博落回根系與地上部的生長(zhǎng)，而且能明顯增加博落回根際土壤脲酶和磷酸酶的活性及微生物的數(shù)量。博落回根際土壤微生物數(shù)量與根系活力之間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系。有研究表明，土壤微生物數(shù)量及酶活性的增加有利于進(jìn)一步活化土壤中的養(yǎng)分[16,24]，因而可以促進(jìn)生土熟化和作物的生長(zhǎng)，使其形成一個(gè)良性的土壤生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

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Biological response of pioneer plantMacleayacordatato N and P stresses under different water conditions

WANG Hui, SUN Tai-sen*

(CollegeofResourcesandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu,Shanxi030801,China)

【Objectives】On September 8, 2008, a catastrophic dam failure accident occurred in the tailing pond of the Xinta Mining Ltd. Co. Xiangfen County, Shanxi Province, China. Residual tailings from the 9.8Xiangfen tailings dam failure covered the land and mixed with surface soil, and formed immature soil. With the immature soil as culture medium, a pot experiment was conducted to investigate effect of nitrogen(N)and phosphorous(P)applications on growth and physiological indicators ofMacleayacordataas well as associated soil enzyme activities and rhizosphere microbial quantity under different water conditions, aiming to provide a reference for screening and management of local alternative cultivated plants in the disaster area of the “9.8” Xiangfen tailings dam failure.【Methods】 The experiment was conducted in the Experimental Farm of Shanxi Agricultural University from March to December, 2013. N and P fertilizer was applied at two levels: intermediate N(N 0.2 g/kg, N1)and low N(N 0 g/kg, N0); and intermediate P(P2O50.2 g/kg, P1)and low P(P2O50 g/kg, P0). Water conditions were set at three levels: low water(35%-40% of field capacity, W1), intermediate water(45%-50% of field capacity, W2), and high water(75%-80% of field capacity W3). Totally 12 treatments were included: W1N0P0, W2N0P0, W3N0P0, W1N0P1, W2N0P1, W3N0P1, W1N1P0, W2N1P0, W3N1P0, W1N1P1, W2N1P1, W3N1P1, and each treatment was repeated 10 times. At the middle growth stage ofM.cordata(July 6), five replicates were used for determining plant height, stem diameter, aboveground biomass, total root length, root weight, root absorption area, root vigor, root superoxide dismutase(SOD)and peroxidase(POD)activities, and malondialdehyde(MDA)content, as well as rhizosphere soil enzyme activities and microbial biomass. The other 5 replicates were used for determining the biological yield ofM.cordataafter the harvest(November 2). 【Results】 Drought and low N/P stresses have significant inhibitory effects on the growth and physiological indicators ofM.cordata, as well as rhizosphere microbial quantity and soil enzyme activities. However,M.cordatastill yields a certain amount of biomass and exhibits a stronger stress resistance, while other experimental crops fail to yield. The fertilization of P(calcium superphosphate)and N(urea)or irrigation of the immature soil covered by residual tailings increases the plant height, stem diameter, aboveground biomass, root weight, total root length, total and active root absorbing areas ofM.cordataat varying degrees. Additionally, the root SOD and POD activities are enhanced, while the MDA content is decreased by the fertilization or irrigation. The effect of fertilization alone onM.cordatagrowth is: P > N, the effect of fertilization + irrigation is better than that of fertilization alone, and there are significant synergic effects among the irrigation, N fertilization and P fertilization. P was the primary limiting factor for biomass formation ofM.cordatagrown in the immature soil. The rhizosphere microbial quantity and soil enzyme activities are significantly positively correlated with the root vigor and growth conditions ofM.cordata. Well-developed root system promotes the propagation of rhizosphere microorganisms, and thus enhances associated soil urease and phosphatase activities. This mechanism ultimately promotes the development ofM.cordatatowards maturation.【Conclusions】 Owing to its drought and barren resistance,M.cordatacan adapt to local environmental conditions in the disaster area of the “9.8” Xiangfen tailings dam failure. Taking into consideration its medicinal value,M.cordatacan serve as an important alternative cultivated plant in the study area.

immature soil;Macleayacordata; drought-barren stress; fertilization; root system; biological response

2014-11-14 接受日期: 2015-02-05 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-05-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30871483)資助。

王慧(1980—)，女，山西運(yùn)城人，博士研究生，主要從事土壤規(guī)劃及土壤修復(fù)方面的研究。E-mail: hwang328@126.com *通信作者E-mail: tssunsx@126.com

S567.2.01； Q945.79

A

1008-505X(2015)05-1320-08