李雙喜，何七勇，鄭憲清，張娟琴，袁大偉，張翰林，呂衛(wèi)光

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所，農(nóng)業(yè)部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，上海 201403）

生物耕作對(duì)崇明芋艿養(yǎng)分吸收及其分配規(guī)律的影響

李雙喜，何七勇，鄭憲清，張娟琴，袁大偉，張翰林，呂衛(wèi)光

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所，農(nóng)業(yè)部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，上海 201403）

通過(guò)田間試驗(yàn)，研究了生物耕作（接種蚯蚓）對(duì)芋艿N、P、K、Ca、Mg吸收及在體內(nèi)分配的影響。結(jié)果表明：不同耕作方式下，芋艿植株不同器官對(duì)N、P、K、Ca、Mg等元素的吸收和分配規(guī)律是一致的。與傳統(tǒng)機(jī)械耕作（CK）相比，生物耕作（T2）可以大幅促進(jìn)N、P、K、Ca、Mg等元素在芋艿體內(nèi)的積累（P＜0.05），幼苗期以及發(fā)棵期（出苗后60 d）的N、P、K分配均為葉柄＞葉片＞根，Ca、Mg分配為葉片＞葉柄＞根；發(fā)棵期（出苗90 d）以及球莖膨大期的N、P、K主要分配在球莖中，子芋和孫芋中N、P、K含量最高，Ca素和Mg素則主要分布在子芋和葉片內(nèi)，其他器官較少。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，培育土壤有益動(dòng)物（生物耕作）可提高養(yǎng)分利用效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)芋艿產(chǎn)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。

生物耕作；蚯蚓；芋艿；礦質(zhì)養(yǎng)分；吸收分配

芋［Colocasia esculenta（L.）schott］是天南星科多年生草本植物，是我國(guó)長(zhǎng)三角地區(qū)典型的特色蔬菜之一，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健價(jià)值。香酥芋在崇明縣有較長(zhǎng)的栽培歷史，肉質(zhì)細(xì)膩，煮而不糊，是崇明縣十大特色農(nóng)產(chǎn)品之一，深受上海市民喜愛(ài)。目前，上海崇明地區(qū)香酥芋的栽培面積有166 hm2左右，由于其具有較好的效益，種植面積逐年增加。前人關(guān)于芋的研究主要集中在種質(zhì)資源分布、品種劃分、遺傳多樣性分析、營(yíng)養(yǎng)成分分析、芋艿繁殖以及相關(guān)傳統(tǒng)栽培技術(shù)等方面［1-5］，關(guān)于芋艿的養(yǎng)分利用及分配研究較少，如宋春鳳等［6］研究了傳統(tǒng)栽培條件下萊陽(yáng)孤芋的氮磷鉀養(yǎng)分吸收狀況。目前芋艿栽培全憑農(nóng)戶(hù)的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，由于長(zhǎng)期連作栽培，芋艿田出現(xiàn)了連作障礙問(wèn)題［7］，研究人員發(fā)現(xiàn)生物耕作（釋放蚯蚓）可以有效緩解芋艿的連作障礙問(wèn)題（另文發(fā)表）。為此，本試驗(yàn)比較了不同耕作方式下芋艿對(duì)N、P、K、Ca、Mg等礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收分配規(guī)律，以期為優(yōu)化崇明地區(qū)芋艿的生產(chǎn)方式提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)置在上海市崇明縣三星鎮(zhèn)西新村，試驗(yàn)區(qū)所在的崇明島地處北亞熱帶，具有顯著的季風(fēng)氣候特征。年平均氣溫15.3℃，降水量1 003.7 mm，日照時(shí)數(shù)2 104 h，日照百分率47%，全年無(wú)霜期229 d。試驗(yàn)田主要的蔬菜茬口為芋艿-花椰菜模式。生物耕作接種的蚯蚓為‘滬地龍’，為威廉腔環(huán)蚓，每條鮮重4 g左右，接種蚯蚓為15條/m2。蚯蚓種源由上海富年藥材有限公司提供［8］。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試芋艿材料為崇明本地種香酥芋。試驗(yàn)設(shè)機(jī)械旋耕（CK）、免耕（T1）以及生物耕作（T2）3個(gè)處理，每處理重復(fù)3次，小區(qū)面積134 m2，隨機(jī)排列。免耕即不采取任何機(jī)械耕作措施；機(jī)械旋耕深度為15 cm；生物耕作接種蚯蚓為15條/m2。為了防止蚯蚓由接種小區(qū)向其他處理小區(qū)遷移，小區(qū)之間開(kāi)有水溝做天然屏障［8］。試驗(yàn)小區(qū)所用肥料為練科牌商品有機(jī)肥（N＋P2O5＋K2O＞5%），基肥施用量為30 t/hm2。試驗(yàn)跨度為6個(gè)月（2014年4—10月），采樣從5月持續(xù)到10月。

1.3 調(diào)查及取樣方法

芋艿出苗后每隔30 d取樣1次，每次取5株，重復(fù)3次。樣品洗凈后，按葉、葉柄、根、母芋、子芋、孫芋等器官分開(kāi)，105℃殺青15 min，在75℃下烘干至恒重。將干樣磨碎過(guò)篩后，用凱氏定氮法測(cè)全氮，鉬銻抗顯色法測(cè)全磷，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)全鉀、全鈣、全鎂［9］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2007和SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，P＜0.05為差異顯著，P＜0.01為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式下芋艿植株不同器官氮素積累及分配特點(diǎn)

不同處理下，芋艿植株不同器官對(duì)氮素的吸收和分配規(guī)律是一致的。隨著生育期的進(jìn)程，氮素在葉片、葉柄、根、母芋、子芋以及孫芋中的積累量逐步增加。但在不同時(shí)期，各器官氮素的分配有一定的差異，表現(xiàn)為：幼苗期，葉柄＞葉片＞根；發(fā)棵期（出苗后60 d），葉片＞葉柄＞根；發(fā)棵期（出苗后90 d），子芋＞葉片＞葉柄＞母芋＞根＞孫芋；球莖膨大期，子芋＞孫芋＞母芋＞葉片＞葉柄＞根。

生物耕作（T2）各個(gè)時(shí)期植株不同器官中氮素含量與機(jī)械耕作（CK）均有顯著差異。與免耕處理（T1）相比，在發(fā)棵期（出苗后90 d），生物耕作大幅促進(jìn)了孫芋對(duì)氮素的吸收和分配，差異呈極顯著。從表1可知，在發(fā)棵期，超過(guò)50%的氮素分配到芋艿葉片中，在球莖膨大期，地上部（葉片和葉柄）氮素分配率逐漸減少，子芋和孫芋含量逐漸增加，CK、T1、T2處理地上部（葉片和葉柄）氮素分配率依次為21.7%、21.8%和22.1%，3種處理芋球莖中氮素占植株氮素的比例依次為76.3%、76.33%和76.42%。生物耕作（T2）促進(jìn)了芋艿對(duì)氮素的吸收和分配，可能是因?yàn)轵球净顒?dòng)增加了包括土壤氨化和硝化細(xì)菌在內(nèi)的微生物數(shù)量［10-11］，土壤中氨化細(xì)菌數(shù)量的增加，使更多不能被植物所利用的有機(jī)含氮化合物轉(zhuǎn)化為可給態(tài)氮，也為植物及其他微生物的繁殖和活動(dòng)創(chuàng)造了良好的營(yíng)養(yǎng)條件［12］。此外，氮素是葉綠素的重要組成成分，芋艿發(fā)育前期葉片進(jìn)行光合作用滿(mǎn)足代謝需求，因而發(fā)棵期（苗后60 d）之前都是葉片中含量最高；隨著生育期的過(guò)程，葉片生長(zhǎng)基本穩(wěn)定，生長(zhǎng)重心轉(zhuǎn)移到地下部（子芋和孫芋），氮素等營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)移運(yùn)輸?shù)缴L(zhǎng)最旺盛的部位，因而造成在球莖膨大期氮素分配的差異。

表1 不同耕作方式對(duì)各個(gè)生育期芋艿植株各器官氮素（N）養(yǎng)分分配的影響Table 1 Effect of different tillage ways on nitrogen distribution in different taro organs at different grow th stages mg·株－1

2.2 不同耕作方式下芋艿植株不同器官磷素積累及分配特點(diǎn)

芋艿植株對(duì)磷素的積累及分配與氮素有相似之處。磷素是細(xì)胞核的主要組成部分，同時(shí)參與植物生長(zhǎng)所需的各種酶的組成。磷素首先向生長(zhǎng)中心運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移，并且具有較大的移動(dòng)性［13］。如表2所示，隨著生育期的過(guò)程，不同處理磷素在葉片、葉柄、根、母芋、子芋以及孫芋中的積累量逐步增加。但是在不同時(shí)期，各器官磷素的分配有一定的差異，表現(xiàn)為：幼苗期，葉柄＞葉片＞根；發(fā)棵期（出苗后60 d），葉柄＞葉片＞根；發(fā)棵期（出苗后90 d），子芋＞葉柄＞葉片＞母芋＞孫芋＞根；球莖膨大期，子芋＞孫芋＞母芋＞葉片＞葉柄＞根。

表2 不同耕作方式對(duì)各個(gè)生育期芋艿植株各器官磷素（以P2O5計(jì)）養(yǎng)分分配的影響Table 2 Effect of different tillage ways on phosphorus distribution in different taro organs at different grow th stages mg·株－1

生物耕作（T2）各個(gè)時(shí)期植株不同器官中磷素含量與機(jī)械耕作（CK）均有顯著差異。與免耕處理（T1）相比，在發(fā)棵期（出苗后90 d），生物耕作大幅促進(jìn)了子芋對(duì)磷素的吸收和分配，差異呈極顯著。從表2可知，在發(fā)棵期（出苗后60天），超過(guò)50%的磷素分配到芋艿葉片中，在發(fā)棵期至球莖膨大期，地上部（葉片和葉柄）磷素分配率逐漸減少，子芋和孫芋逐漸增加，說(shuō)明生長(zhǎng)中心下移，磷優(yōu)先運(yùn)往地下部位；球莖膨大后期葉片衰老，葉中磷素開(kāi)始外運(yùn)，尤以球莖膨大期（出苗后150 d）T2處理的子芋磷素增加幅度最為明顯，分別比CK和T1處理多46 mg/株和22 mg/株，這是因?yàn)樯锔髟黾恿送寥乐袩o(wú)機(jī)磷分解菌的數(shù)量［11］，促使土壤中的不溶性無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可溶性磷鹽，從而促進(jìn)了磷素被植物吸收［14］。

2.3 不同耕作方式下芋艿植株不同器官鉀素積累及分配特點(diǎn)

鉀是植物生長(zhǎng)所必需的一種成分。植物通過(guò)根系從土壤中選擇性地吸收土壤中的水溶態(tài)鉀離子，鉀元素比較集中地分布在植物代謝最活躍的器官和組織中。如表3所示，隨著生育期的進(jìn)程，不同處理鉀素在葉片、葉柄、母芋、子芋以及孫芋中的積累量逐步增加，根中的鉀素積累量呈現(xiàn)先增加后減少的特點(diǎn)。但是在不同時(shí)期，各器官鉀素的分配有一定的差異，表現(xiàn)為：幼苗期以及發(fā)棵期（出苗后60 d），葉柄＞葉片＞根；發(fā)棵期（出苗后90 d），葉柄＞子芋＞葉片＞母芋＞根＞孫芋；球莖膨大期，孫芋＞子芋＞葉柄＞葉片＞母芋＞根。

生物耕作（T2）處理除球莖膨大期（出苗后150 d）根中鉀素差異不顯著外，其他時(shí)期以及不同器官內(nèi)鉀素含量均與機(jī)械耕作（CK）差異顯著。由表3可知，鉀素在幼苗期以及發(fā)棵期（出苗后60 d）多分布在葉片和葉柄中，以葉柄為主，占全株鉀素含量的60%以上。隨著生育期的延長(zhǎng)，尤其是發(fā)棵期（出苗后90 d）子芋中鉀素急劇增加，至球莖膨大期，孫芋中鉀素含量最高，分配最多，生物耕作（T2）處理表現(xiàn)的尤其明顯。

表3 不同耕作方式對(duì)各個(gè)生育期芋艿植株各器官鉀素（以K2O計(jì)）養(yǎng)分分配的影響Table 3 Effect of different tillage ways on potassium distribution in different taro organs at different grow th stages mg·株－1

2.4 不同耕作方式下芋艿植株不同器官鈣素積累及分配特點(diǎn)

鈣是形成果膠鈣的主要成分，在作物體內(nèi)果膠鈣有助于細(xì)胞壁的發(fā)育，能促進(jìn)作物體內(nèi)細(xì)胞的分裂，并對(duì)碳水化合物的轉(zhuǎn)化和氮素代謝有良好效果。如表4所示，隨著生育期的進(jìn)程，不同處理鈣素在葉片、母芋以及子芋中的積累量逐步增加，葉柄、根以及孫芋中的鈣素積累量呈現(xiàn)先增加后減少的特點(diǎn)，均在出苗后120 d達(dá)到最高。不同時(shí)期各器官鉀素的分配有一定的差異，表現(xiàn)為：幼苗期以及發(fā)棵期（出苗后60 d），葉片＞葉柄＞根；發(fā)棵期（出苗后90 d），葉片＞葉柄＞子芋＞根＞母芋；球莖膨大期（出苗后120 d），葉片＞葉柄＞子芋＞孫芋＞母芋＞根；球莖膨大期（出苗后150 d），葉片＞葉柄＞子芋＞母芋＞孫芋＞根。

在球莖膨大期生物耕作（T2）處理葉片中鈣素基本保持不變，而免耕（T1）和機(jī)械耕作（CK）呈增加趨勢(shì)，在球莖膨大期（出苗后120 d）生物耕作處理葉片中的Ca含量最高達(dá)到419 mg，顯著高于T1和CK處理；此外，從出苗后30 d到成熟期，芋艿吸收的鈣素有45%以上分配在葉片中，其次分配在葉柄中，子芋比母芋和孫芋分配的多。

2.5 不同耕作方式下芋艿植株不同器官鎂素積累及分配特點(diǎn)

鎂是葉綠素的主要成分，能促進(jìn)磷酸酶和葡萄糖轉(zhuǎn)化酶的活化，有利于單糖的轉(zhuǎn)化，因而在碳水化合物代謝過(guò)程中起著很重要的作用。如表5所示，隨著生育期的進(jìn)程，不同處理鎂素在子芋和孫芋中的積累量逐步增加，葉片、葉柄、根以及母芋中的鎂素積累量呈現(xiàn)先增加后減少的特點(diǎn)，均在出苗后120 d達(dá)到最高。不同時(shí)期各器官鉀素的分配有一定的差異，表現(xiàn)為：幼苗期以及發(fā)棵期（出苗后60 d），葉片＞葉柄＞根；發(fā)棵期（出苗后90 d），葉片＞葉柄＞子芋＞母芋＞根；球莖膨大期（出苗后120 d），葉片＞葉柄＞子芋＞孫芋＞母芋＞根；球莖膨大期（出苗后150 d），子芋＞葉片＞孫芋＞葉柄＞母芋＞根。

表4 不同耕作方式對(duì)各個(gè)生育期芋艿植株各器官鈣素（Ca）分配的影響Table 4 Effect of different tillageways on calcium distribution in different taro organs at different grow th stages mg·株－1

表5 不同耕作方式對(duì)各個(gè)生育期芋艿植株各器官鎂素（M g）分配的影響Table 5 Effect of different tillagewaysonmagnesium distribution in different taro organs at different grow th stages mg·株－1

在各個(gè)時(shí)期，生物耕作（T2）處理芋艿各個(gè)器官的鎂素含量與機(jī)械耕作（CK）均有顯著差異，而與免耕（T1）處理差異不顯著。芋艿吸收鎂素主要分配在葉片中，收獲期子芋中分配比葉片多，生物耕作能夠大幅提升芋艿各個(gè)器官對(duì)鎂素的吸收和積累。

3 結(jié)論與討論

本研究顯示，在不同的耕作方式下，N、P、K、Ca、Mg等元素在芋艿不同器官內(nèi)的含量和分配隨生育期的延長(zhǎng)有很大變化。與傳統(tǒng)機(jī)械耕作（CK）相比，生物耕作（T2）可以大幅促進(jìn)N、P、K、Ca、Mg等元素在芋艿體內(nèi)的積累與分配，促進(jìn)芋艿的生長(zhǎng)發(fā)育。

就分配特點(diǎn)和規(guī)律而言，3種耕作方式處理下N、P、K、Ca、Mg等元素的分配規(guī)律是一致的。但是不同器官的分配規(guī)律有一定的差異，葉片、葉柄、母芋、子芋以及孫芋的N、P、K養(yǎng)分含量保持增加趨勢(shì)，但是不同生育期Ca和Mg差異較大。幼苗期以及發(fā)棵期（出苗后60 d）的N、P、K分配均為葉柄＞葉片＞根，Ca、Mg分配為葉片＞葉柄＞根；發(fā)棵期（出苗90 d）以及球莖膨大期的N、P、K分配主要表現(xiàn)為地下部＞地上部，根系分配最少，Ca素含量則表現(xiàn)為地上部＞地下部，Mg素則主要分布在子芋和葉片內(nèi)，其他器官較少。

合理的耕作措施可以提高土壤的養(yǎng)分，調(diào)節(jié)土壤pH、水分等，對(duì)植物的生長(zhǎng)有很大促進(jìn)作用［8］。前期的研究顯示，釋放蚯蚓可以改善土壤微生物活性、酶活性等，土壤酶積極參與土壤中氮、磷等礦化過(guò)程，從而促進(jìn)其吸收利用［15-16］。釋放蚯蚓（生物耕作）后，它的代謝產(chǎn)物與土壤微生物相互作用促進(jìn)氮素的轉(zhuǎn)化吸收和利用，Ca素和Mg素的吸收與氮素有很大的相關(guān)性，本研究也證明了生物耕作（T2）處理下芋艿各器官的Ca素和Mg素含量均高于T1和CK處理。因此，釋放有益土壤動(dòng)物（蚯蚓）進(jìn)行生物耕作，可以更高效地利用土壤養(yǎng)分，改善傳統(tǒng)芋艿生產(chǎn)過(guò)程中養(yǎng)分利用效率低下的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)芋艿產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：閆其濤）

Effects of biological tillage on nutrient absorption and distribution of Chongm ing taro

LIShuang-xi，HE Qi-yong，ZHENG Xian-qing，ZHANG Juan-qin，YUAN Da-wei，ZHANG Han-lin，LYUWei-guang
（Institute of Eco-Environment and Plant Protection，Shanghai Academy of Agricultural Sciences；Shanghai Scientific Observation and Experimental Station for Agricultural Environment and Land Conservation，Ministry of Agriculture；Shanghai Key Laboratory of Protected Horticultural Technology；Shanghai Environmental Protection Monitoring Station of Agriculture，Shanghai201403，China）

The effect of biological tillage（earthworm）on N，P，K，Ca，Mg absorption and distribution of taro plant［Colocasia esculenta（L.）schott］was studied by field experiment.The results showed that the absorption and distribution of N，P，K，Ca，Mg in different organs of taro plant were similar under different tillage ways.Compared with CK，biological tillage（T2）could greatly promote the accumulation of N，P，K，Ca，Mg in taro plant（P＜0.05）.In seedling stage and tiller stage（60 days after emergence），the distribution of N，P and K were petiole＞leaf＞root，Ca，Mg were leaf＞petiole＞root.In tiller stage（90 days after emergence）and corm expansion stage，N，P and K weremainly distributed in the corm，the content of N，P and K were the highest in the first grade taro and the second grade taro；Ca and Mg were mainly distributed in the first grade taro and leaves，less in the other organs.In the traditional agricultural ecosystem，cultivation of soil beneficial animal（biological tillage）could improve the efficiency of nutrient utilization，which was has important in realizing sustainable production of taro industry.

Biological tillage；Earthworm；Taro；Mineral nutrition；Absorption and distribution

S632.3

：A

1000-3924（2017）02-037-06

10.15955j.issn1000-3924.2017.02.07

2015-11-04

上海市農(nóng)口青年成長(zhǎng)項(xiàng)目［滬農(nóng)青字（2014）第1-25號(hào)］；上海市長(zhǎng)三角國(guó)內(nèi)合作項(xiàng)目（14395810602）；上海市科技興農(nóng)推廣項(xiàng)目（滬農(nóng)科推字（2013）第4-1號(hào)）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2010BAK69B18）

李雙喜（1986—），男，在讀博士，助理研究員，主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)田土壤障礙研究與防治工作。E-mail：lsx1986＠126.com