田佳源，李佳霓，田秀平

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鹽脅迫玉米土壤中無機磷組分變化規(guī)律的研究

田佳源，李佳霓，田秀平通信作者

（天津農學院農學與資源環(huán)境學院，天津 300384）

在田間鹽池內設置5個鹽濃度水平，種植兩個玉米品種，研究了鹽脅迫下玉米不同生長期土壤中無機磷組分變化規(guī)律，探討各組分磷在玉米根際與非根際土壤中的含量差別、各組分磷的有效性及與玉米吸磷量的關系。結果表明：供試土壤無機磷各組分含量順序是：Ca10-P＞Ca8-P＞Fe-P＞Al-P＞Ca2-P＞O-P；無鹽處理土壤中，Ca2-P含量在整個玉米生長期都保持很高水平，而所有鹽脅迫處理土壤中，Ca2-P含量均隨著玉米生長而下降，且降幅顯著。在鹽脅迫處理下，土壤中Ca8-P與O-P的含量在玉米生長的各個時期均顯著低于非脅迫土壤，Al-P與Fe-P的含量均極顯著低于非脅迫土壤；玉米根際土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量高于其在非根際土壤中的含量，O-P含量低于其在非根際土壤中的含量，鹽脅迫下玉米土壤中Ca10-P含量在兩個玉米品種間差異較大。鹽脅迫下，玉米在整個生長過程中對Ca2-P與Ca8-P的吸收利用隨玉米生長階段的推進而逐漸增強。無機磷各組分中能被植物吸收利用的主要是Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P。

鹽脅迫；玉米；無機磷組分；根際

磷是作物生長重要的必需營養(yǎng)元素，影響作物的生長發(fā)育。土壤是作物磷素營養(yǎng)的供體，全世界有超過30%的農田磷素供應不足[1]。土壤磷素中無機磷形態(tài)占絕大部分，對土壤供磷狀況影響很大。研究表明，長期施用化學磷肥的土壤中，只有部分磷肥可以被當季作物吸收利用，其余則轉化為不同組分的磷積累在土壤中[2-4]。Ca2-P是棕壤中主要的無機磷組分，F(xiàn)e-P與Al-P是酸性土壤中主要的無機磷組分[5]。不同磷素組分對作物的有效性也不同[6]，部分作物在長期低磷脅迫下可以通過自身調節(jié)來吸收更多的磷，如增加根長和根體積、增大根系與土壤接觸面積、增加根際磷酸酶活性、以及降低根際土壤pH來活化其他形態(tài)磷等[7-11]。

土壤鹽漬化問題是世界上普遍存在的問題[12]。據(jù)統(tǒng)計，全球大約有8.31 億hm2的土壤已經受到鹽漬化的威脅，我國鹽漬化土地總面積高達可利用土地面積的4.88%，約3 600萬hm2[13-16]。隨著我國人口數(shù)量的增加，對糧食的需求量也越來越大，因此提高中低產田的增產能力和提高作物在鹽漬化土壤中的產量，對保障我國糧食總產量穩(wěn)定增長具有十分重要的意義[17]。利用鹽漬化土壤進行農作物生產已有報道。找到抗逆耐鹽的品種，同時為其培育提供相應的土壤肥力是今后重點研究的課題[18-21]。玉米是非常重要的糧、飼作物，對世界農業(yè)的發(fā)展具有重要意義[22]，同時玉米也是對鹽脅迫中度敏感的植物[23]，其產量高低受控于土壤養(yǎng)分、鹽分等多種因素。研究表明，土壤中的磷分和鹽分在玉米生長過程中相互作用，植物對磷的吸收和利用均受土壤鹽分影響[24]。在植株生長過程中，植株根系會引起其周圍土壤的變化，被影響的區(qū)域稱為根際，其與非根際土壤在諸多方面均有很大差異[25-26]。鑒于此，本試驗在不同鹽分濃度脅迫下，研究兩個玉米品種在不同生長時期土壤及根際土壤中無機磷組分的變化特征，以期對提高鹽漬土供磷能力、增強玉米耐鹽性的深入研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在天津農學院農學與資源環(huán)境學院教學試驗地鹽池中進行。鹽池土壤取自天津薊州區(qū)的棕壤，基本化學性質為：有機質15.00 g/kg；全磷（P）0.61 g/kg；有效磷（P）15.17 mg/kg；速效鉀（K）70.86 mg/kg；堿解氮29.8 mg/kg；pH 7.48；土壤無機磷組分含量為Ca2-P 17.90 mg/kg、Ca8-P 71.70 mg/kg、Ca10-P 149.30 mg/kg、Al-P 32.20 mg/kg、Fe-P 70 mg/kg、O-P 13.8 mg/kg。

土壤相關指標分析方法：采用重鉻酸鉀氧化法測定有機質；采用堿解擴散法測定堿解氮；采用碳酸鈉熔融法測定全磷；采用Olsen法測定速效磷；采用乙酸銨提取法測定速效鉀；采用電位法測定pH；采用顧益初等的方法測定[2]土壤無機磷組分。

供試玉米品種為天津農學院種子科學與工程中心實驗室提供的‘鄭單958’與‘丹玉92’，供試肥料為樹脂尿素緩釋肥。

1.2 試驗設計

試驗在田間鹽池進行，兩個玉米品種‘鄭單958’與‘丹玉92’，分別設置0、2、4和6 g/kg 4個鹽濃度處理水平，共8個處理組合，3次重復，每鹽池面積為2.85 m×2 m，深2 m，鹽池周圍及底部均為水泥隔斷。試驗開始前對每個鹽池土樣含鹽量進行測定，并根據(jù)試驗設置鹽濃度處理水平加入相應量的鹽溶液，即一次性將定量的不同濃度的NaCl溶液（0、2、4、6 g/kg）均勻施入每個鹽池中，同時確保田間持水量在70%左右。試驗于2013年5月14日開始，每小區(qū)施加0.43 kg緩釋尿素做基肥，每小區(qū)種植玉米35株，在整個玉米生育期中分5次采集土樣，取樣時間設置為2013-06-29（Ⅰ）、2013-07-10（Ⅱ）、2013-07-31（Ⅲ）、2013-08-21（Ⅳ）和2013-09-19（Ⅴ），用五點法取土樣，使用土鉆取玉米根附近土壤，最后一次取樣將玉米整株挖出，將抖不掉的附著在根表面的土壤取下來，作為根際土壤。植株吸磷量運用硫酸-硝酸消煮鉬銻抗比色法測定。

用Microsoft Excle（Office 2010）軟件整理數(shù)據(jù)，用SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結果與分析

2.1 鹽濃度對玉米生長期土壤各組分無機磷影響

由表1可知，‘鄭丹985’和‘丹玉92’兩個品種玉米在不同生長時期，土壤Ca2-P含量與鹽濃度成反比，即鹽濃度越大含量越低，且隨著玉米的生長降幅增大；而無鹽對照處理土壤中，Ca2-P含量變化不大，并始終保持較高水平，顯著高于鹽脅迫土壤。說明鹽脅迫影響了土壤中磷素的轉化，降低了磷素的有效性。不同玉米生長期土壤中，Ca8-P含量也隨著鹽濃度的增加而下降，對照處理土壤中，Ca8-P含量也顯著高于鹽脅迫各處理。無鹽條件下，兩個品種玉米在Ⅱ和Ⅴ兩個采樣時期，土壤中Ca8-P含量比其他3個采樣期高，在2、4及6 g/kg鹽濃度下，隨著玉米生長期的推進，土壤中Ca8-P含量表現(xiàn)順序為Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅲ，在Ⅲ采樣期含量最少。從表1還可以看出，與對照相比，在鹽脅迫下玉米各生長時期，土壤中Al-P和Fe-P含量均呈現(xiàn)明顯下降趨勢，且下降幅度很大，與對照之間差異顯著。原因可能是鹽脅迫處理后土壤pH增加，致使Al-P和Fe-P含量下降。而鹽脅迫下土壤Al-P含量在玉米不同生長期變化不大，F(xiàn)e-P則是在Ⅴ采樣時期含量最低。

表1還表明，鹽脅迫下土壤中O-P含量在所有采樣期均與對照之間存在顯著差異，且均低于對照處理。土壤中O-P形態(tài)為氧化鐵和錳膠膜包被的磷，只有在土壤氧化還原電位下降時，包被的鐵、錳膠膜還原，閉蓄狀態(tài)打破，O-P含量才能釋放，加鹽土壤中O-P含量減少的原因尚待進一步探討。隨著鹽脅迫濃度的增加，土壤中Ca10-P含量在不同玉米品種及生長時期均增加，與對照之間差異顯著，并隨著鹽脅迫濃度的增加而增加。Ca10-P的分子式為Ca10（PO4）6·（OH）2，溶解度很低，有效性差。Ca10-P含量增加表明，有部分有效或緩效磷源向無效磷源轉化，土壤供磷能力進一步降低，這是鹽脅迫土壤中有效磷含量低的主要原因。

表1 玉米各時期土壤各組分無機磷變化情況

注：表中同列不同英文小寫字母表示差異達5%顯著水平

2.2 玉米不同生育期土壤各組分無機磷與有效磷的關系

由表2可以看出，在玉米的不同生長時期可以吸收利用的磷形態(tài)不同。在Ⅰ～Ⅴ時期，6種無機磷組分中，Ca2-P和Ca8-P均與有效磷之間達到極顯著正相關，在Ⅱ時期以后除Ca10-P外，其他所有組分無機磷都與有效磷呈顯著或極顯著正相關。由此可知，在玉米生長早期，Ca2-P、Ca8-P是被植物吸收利用的主要磷組分，隨著玉米生長發(fā)育，作物根系逐漸長大，玉米吸收養(yǎng)分能力加強，Al-P、Fe-P和O-P也成為玉米可吸收利用的磷源。鹽脅迫條件下，在玉米整個生長時期中，Ca2-P、Ca8-P與有效磷的相關系數(shù)隨著玉米生長時期的推進而逐漸變大，相關性逐漸增強。在鹽分脅迫下，植物對Ca2-P和Ca8-P兩種磷組分的吸收利用隨著植株生長時期的推進而逐漸增強。由表3可以看出，在玉米成熟期，植株吸磷量與土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P的相關性均達到顯著水平，相關性順序為：Al-P＞Ca2-P＞Fe-P＞Ca8-P＞O-P。這表明在鹽脅迫條件下，Al-P、Ca2-P、Fe-P和Ca8-P是能被植物吸收利用的主要無機磷形態(tài)。土壤有效磷與吸磷量也達到顯著相關，全磷與吸磷量則達極顯著正相關。由此可知，鹽脅迫條件下，影響植株對磷吸收利用的重要條件是土壤供磷水平。

表2 不同生育期土壤各無機磷形態(tài)與有效磷的相關性

注：*表示0.05=0.666，**表示0.01=0.799，下同

表3 玉米成熟期植株吸磷量與土壤無機磷組分的相關性

2.3 鹽脅迫下玉米根際與非根際土壤各組分無機磷變化規(guī)律

根際是指受植物根系活動的影響，其附近微域土區(qū)的物理、化學和生物學性質不同于土體其他部分。這是由于根際與非根際土壤的pH值、氧化還原電位和微生物活性的變化不同，且兩者土壤溶液中養(yǎng)分濃度的分布差異也很大。

由表4可知，對照處理下，兩個玉米品種根際土壤中的Ca2-P含量均高于非根際土壤中的含量，但在不同鹽濃度脅迫下，根際與非根際土壤中Ca2-P表現(xiàn)出不同的變化趨勢。Ca2-P是磷素組分中生物有效性很高的一種形態(tài)，無鹽條件下根際Ca2-P含量高于有鹽脅迫，表明鹽脅迫影響了土壤根際磷素的有效性，使得作物吸磷量變少，作物生長受到影響；無鹽條件下，2個玉米品種根際土壤中Ca8-P、Al-P和Fe-P的含量均高于非根際土壤，但不同鹽濃度脅迫下根際土壤中O-P含量低于非根際土壤。由表5可知，不同鹽脅迫下根際土壤pH值均小于非根際土壤，這可能是根系分泌有機酸、呼吸代謝釋放CO2等原因造成[26]。而在不同鹽脅迫下，Ca10-P含量在兩個品種間差異較大。

表4 鹽脅迫下玉米根際與非根際土壤各組分無機磷的差值

表5 不同鹽濃度對玉米根際及非根際土壤pH的影響

3 結論與討論

試驗結果表明，供試土壤無機磷組分中以Ca10-P最多，其次為Fe-P和Ca8-P，再次為Al-P，而O-P和Ca2-P含量最少。鹽脅迫條件下，土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量均低于非鹽脅迫土壤，尤其是Ca2-P含量，隨著鹽脅迫增加及玉米生長期的推進而逐漸下降；雖然脅迫土壤中Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量也低于非脅迫土壤，但在玉米不同生長期表現(xiàn)不一致；鹽脅迫處理下Ca10-P含量則高于無鹽對照，并隨著玉米生長，土壤Ca10-P含量逐漸增加。玉米在不同生長時期，植株所吸收利用的磷組分不同，鹽脅迫下，植物對Ca2-P和Ca8-P的吸收利用隨植株生長期的推進而逐漸增強；各無機磷組分中能被植物吸收利用的主要是Al-P、Ca2-P、Fe-P以及Ca8-P；玉米成熟期植株吸磷量與土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P相關性均達到顯著水平，土壤有效磷和全磷與吸磷量之間也達到顯著和極顯著正相關。兩個玉米品種根際土壤中的Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P含量大部分是高于非根際土壤，而O-P含量低于非根際土壤，Ca10-P含量在不同品種根際和非根際土壤間，不同鹽濃度下差異較大。

玉米是對鹽脅迫反應十分敏感的作物，隨著鹽脅迫程度的加大，玉米的生長會受到抑制[26]。而玉米生長的必需營養(yǎng)元素之一就是土壤磷素，因此，土壤供磷能力強弱直接影響到玉米的生長發(fā)育，無機磷是土壤磷素的主要存在組分，不同土壤不同組分的無機磷生物有效性不同。從本研究結果看出，鹽脅迫抑制了土壤無機磷向生物有效性高的無機磷組分（Ca2-P）轉化，且隨著鹽脅迫濃度的增加抑制作用加強，尤其是根際土壤中Ca2-P含量明顯低于非根際土壤，Ca2-P是生物有效性很高的磷素組分，根際是養(yǎng)分進入植物體內的主要區(qū)域，鹽脅迫根際土壤的Ca2-P含量低，造成玉米磷素缺乏，生長受到抑制，嚴重影響了玉米的品質和產量。因此，在含鹽土壤上種植玉米時，要重視補充磷肥，施用磷肥時既要選好磷肥種類，更要注意施肥方法，盡量選擇生理酸性磷肥，如普通過磷酸鈣，并施在根系的周圍。為減少有效磷轉變成無效組分，施用磷肥時，還要配施有機肥料，以提高土壤磷素的利用率，從而提高玉米的產量和品質。

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責任編輯：宗淑萍

Studies on Variation of Inorganic Phosphorus Components in Maize Soil under Salt Stress

TIAN Jia-yuan, LI Jia-ni, TIAN Xiu-pingCorresponding Author

（College of Agronomy and Resource Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

To set five salt concentration levels in salt ponds, planted two kinds of maizes in the fields, studied the change rule of soil inorganic phosphorous components in different growth stages of maize under the salt stress, discussed the content of phosphorus in maize rhizosphere and non-rhizosphere soil, the effect of inorganic phosphorus fractions and the relationship between phosphorus content and phosphorus uptake. These results indicated that the order of inorganic phosphorus components were Ca10-P＞Ca8-P＞Fe-P＞Al-P＞Ca2-P＞O-P, the content of Ca2-P in non-salt treatment soil was very high in the whole growth period of maize, the content of Ca2-P declined with the maize growth in all salt stress treatment, and declined significantly. The content of Ca8-P、O-P in salt stress treatment was lower than non-salt stress treatment in different periods of maize, the content of Fe-P and Al-P was lower significantly than non-salt stress treatment. The content of O-P in maize rhizosphere soil was less than non-rhizosphere soil. And the content of Ca2-P, Ca8-P, Al-P, Fe-P was higher than non-rhizosphere soil. Under the salt stress, the content of Ca10-P in maize soil was different between the 2 varieties. Throughout the whole growth stage of maize, the absorption and utilization of Ca8-P and Ca2-P were increased gradually with the plant growth under salt stress. And Ca2-P, Ca8-P, Al-P and Fe-P were mainly absorbed and utilized by plants in each component of inorganic phosphorus.

salt stress; maize; inorganic phosphorus components; rhizosphere

1008-5394（2017）03-0037-06

S513

A

2016-12-05

天津市科技攻關項目“飼用高油玉米相關性狀的遺傳研究及新品種選育”（06YFGZNC01200）；天津市農業(yè)科技成果轉化與推廣項目“中單系列玉米雜交種栽培示范”（201204070）

田佳源（1992- ），女，黑龍江哈爾濱人，碩士在讀，主要從事作物生長環(huán)境方面的研究。E-mail：tianjiayuan92@163.com。

田秀平（1965-），女，山東泰安人，教授，博士，主要從事土壤和植物營養(yǎng)的教學與科研工作。E-mail：tian5918@sohu.com。