燕麦不同磷效率品种苗期对不同磷源的利用研究

齐冰洁,张智勇,赵利梅,赵攀衡

(1.内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特 010019；2.内蒙古农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010031；3.浙江中医药大学药学院，浙江杭州 311402 )

磷是植物生长必需的三大营养元素之一，是植物体内许多生命大分子的重要组成部分，以多种形态参与植物体内的细胞分裂、能量代谢以及物质转运等生理过程[1-4]。植物生长发育所需的磷素大多来自土壤，土壤中的磷素供给状况直接制约着作物的生长。土壤中的有机磷约占全磷的15%～80%[5]，其存在形式主要包括肌醇磷酸(植酸，IHP)、磷酯、核酸、少量的磷蛋白和磷酸糖以及微生物磷，以IHP及其盐含量最高，约占全部有机磷的50%[6-7]。有机磷可以被土壤酶水解为植物可直接利用的无机磷，可溶性有机磷化合物也可以被植物吸收利用，因此有机磷是生物可利用磷的重要磷源[8-15]。农业用地的土壤有机磷素主要来自于生物有机肥[16]。大部分禽畜体内(如猪、鸡等)不具备水解植酸的植酸酶，导致饲料中的植酸不能被动物直接吸收，而随着禽畜粪便进入环境，造成土壤中的植酸含量逐年上升[17]。

在我国，粮食作物的磷肥利用率较低，普遍在25%以下，远低于国际水平[18]。燕麦是内蒙古优势特色粮饲兼用作物，种植面积约占全国的40%，居全国各省区之首，且其发展优势和潜力巨大。因此,本研究选用磷高效品种燕科1号和磷低效品种MARION为试验材料，在土培盆栽条件下，研究苗期不同磷处理对燕麦不同磷效率品种生物量、磷累积量、根际土壤酸性磷酸酶活性和土壤有效磷含量的影响，以期揭示燕麦磷高效品种吸收利用植酸态有机磷的机制，为培育燕麦磷高效品种提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在前期工作基础上，选用燕麦磷高效品种燕科1号和磷低效品种MARION为试验材料,由内蒙古农业大学燕麦产业研究中心提供。供试土壤为砂壤淡栗褐土，含有机质2.52 g·kg-1、全磷0.44 g·kg-1、有效磷1.52 mg·kg-1、碱解氮30.08 mg·kg-1、速效钾133 mg·kg-1、pH为7.2(电位法)。有机磷源为植酸钠(分析纯)，无机磷源为KH2PO4(分析纯)。

1.2 试验设计

试验于2017年8月在内蒙古农业大学农学院人工温室内进行。设置3个磷处理，分别为对照(CK，不施磷)、无机磷(KP，KH2PO4) 处理、有机磷(OP，植酸钠)处理。完全随机设计，重复3次。

试验采用盆栽土培法，每盆装有供试土壤1 kg和蛭石1.5 kg，除对照(CK)外，其他两处理施磷量(P2O5)均为31 mg·kg-1土，以尿素作为氮肥，N施用量为0.2 g·kg-1土。将肥料溶于水后施入供试土壤中，用蒸馏水(2 L)将土壤浇透，放置1周使各种养分在盆内达到平衡。挑选饱满度一致的种子播入土中，每盆播种45粒，三叶期定苗，每盆留30株。出苗后每隔7 d浇水1次，每次浇水量1 L。

在播种45 d后，采集植株地上部和根系样品，在105 ℃杀青30 min后于65 ℃烘干72 h，测定样品干物质量与磷浓度。采用抖土法收集根系表面土壤作为根际土壤，于-30 ℃冰箱保存以测定土壤酸性磷酸酶活性和有效磷含量。

1.3 测定项目与方法

植株全磷含量测定采用H2SO4-H2O2消煮-钼锑抗比色法。

土壤酸性磷酸酶活性测定采用对硝基苯磷酸二钠比色法(PNPP法)，以单位时间内单位质量的土壤在酸性磷酸酶的催化下，对硝基苯磷酸二钠(PNPP)水解生成对硝基苯酚(PNP)的数量来反映土壤酸性磷酸酶的活性[19]。

土壤有效磷含量测定采用碳酸氢钠提取—钼锑抗比色法(Olsen法)。

整株干物质量=地上部干物质量+地下部干物质量

1.4 数据处理

采用Excel 2016 和 SAS 9.4对数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对燕麦植株干物质量和根冠比的影响

由图1可知，施用磷素可增加两个燕麦品种地上部干物质量，均表现为OP>KP>CK；在OP处理下，燕科1号和MARION的干物质量比KP处理分别提高70.4%和9.4%，差异均显著。相同磷处理下，地上部干物质量均为MARION大于燕科1号，仅在OP处理下差异不显著。

不同处理整株干物质量的变化趋势与地上部相似，两个品种均为OP>KP>CK，且处理间差异显著。相同磷处理下MARION整株干物质量均显著高于燕科1号；在OP处理下， MARION整株干物质量比燕科1号增加了46.9%。

MARION地下部干物质量表现为OP>KP>CK，且各处理间差异显著； 燕科1号的地下部干物质量以KP最大，且显著高于OP、CK处理，后两者间差异不显著。在相同磷素处理下，地下部干物质量均为MARION大于燕科1号，差异显著。在OP处理下，MARION地下部干物质量比燕科1号增加了162.5%，差异幅度最大。

图柱上不同大小写字母表示同一磷处理不同燕麦品种间和同一品种不同磷处理间在0.05水平差异显著。下图同。

Different capital and small letters above columns indicate significant difference between the two cultivars under same phosphorus treatment and among different phosphorus treatments to same cultivar at 0.05 level,respectively.The same in figures 2-5.

图1 不同磷处理对燕麦干物质量的影响

Fig.1 Effect of different phosphorus treatments on dry matter weight of oats

图2 不同处理对两个燕麦品种根冠比的影响

由图2可知，不同磷处理下，燕科1号的根冠比为KP>CK>OP，KP处理分别比CK和OP处理提高100%、162.5%，且差异显著， CK和OP处理间差异不显著；MARION的根冠比为OP>KP>CK，处理间差异均不显著。

在KP处理下，燕科1号的根冠比大于MARION，但差异不显著；在CK和OP处理下，MARION的根冠比显著大于燕科1号，分别提高59.5%、143.8%。

2.2 不同处理对燕麦磷含量的影响

由图3可知，就地下部磷含量而言，不同磷处理间、不同品种间均无显著差异。地上部和整株磷含量在不同磷肥处理间差异均达到显著水平(整株的燕科1号除外)，两品种均为KP>OP>CK。KP、OP处理下， 燕科1号整株磷含量分别比CK提高72.6%、19.4%， MARION整株磷含量分别比CK提高63.0%、44.4%。在OP处理下， 燕科1号地上部磷含量比MARION提高 15.1%，但是整株磷含量比MARION降低8.6%。

图3 不同磷处理两个燕麦品种的磷含量

2.3 不同处理对根际土壤酸性磷酸酶的影响

由图4可知，不同磷肥处理下，不同燕麦品种根际土壤酸性磷酸酶活性变化不同。燕科1号根际土壤酸性磷酸酶活性为KP>OP>CK，前两个处理间差异不显著，KP和OP处理比CK分别提高35.2%、26.5%，差异均达到显著水平。MARION根际土壤酸性磷酸酶活性为CK>KP>OP，KP和OP处理比CK分别降低4.4%、 14.1%，OP与CK之间差异显著。

在不同磷处理下，两个燕麦品种根际土壤酸性磷酸酶活性变化规律不一致。在对照CK处理下， MARION根际土壤酸性磷酸酶活性较燕科1号显著增加，提高28.1%；在KP和OP处理下， MARION根际土壤酸性磷酸酶活性较燕科1号分别降低5.2%、9.0%，且在OP处理下差异显著。

2.4 不同处理对土壤有效磷含量的影响

由图5可知，施用磷素可提高燕麦根际土壤有效磷含量。除磷高效品种燕科1号在OP处理与CK之间差异不显著外，其余处理间差异均达到显著水平；两个品种根际土壤有效磷含量均在KP处理下最高，其次为OP处理，CK最低。在KP处理下， 燕科1号和MARION土壤有效磷含量比OP处理分别提高46.84%和13.19%。相同磷素处理下，均为MARION的根际土壤有效磷含量显著高于燕科1号。

图4 不同磷处理燕麦根际土壤酸性磷酸酶活性

图5 不同磷处理对燕麦品种根际土壤有效磷含量的影响

3 讨 论

3.1 燕麦品种与植酸磷利用率的关系

不同物种或同一物种不同品种在吸收利用植酸态有机磷能力方面存在显著差异[20]。植酸态磷可诱导磷高效小麦品种小堰54根系伸长和根尖数增加，从而提高了小麦对磷素的吸收能力[21]。磷高效柱花草TPRC2001-1在植酸态磷处理时干物质量和磷含量最高[22]，磷高效小麦品种03-2917干物质量和磷积累量显著高于低效品种S-10-1，说明磷高效品种有较强的有机磷吸收利用能力[15]。在本研究中，施用植酸态有机磷可以增加两个不同磷效率燕麦品种的干物质量和磷含量，且燕科1号和MARION的植株干物质量均高于其他处理。磷高效品种燕科1号地上部植株磷含量高于磷低效品种MARION，说明燕麦磷高效品种燕科1号较磷低效品种MARION具有更强利用植酸态有机磷的能力；磷高效品种燕科1号全株磷含量比磷低效品种MARION有所降低，可能是由于干物质量较大造成的养分稀释 效应。

3.2 燕麦植酸磷利用与根际土壤酸性磷酸酶的关系

酸性磷酸酶是一种诱导酶，在植物利用有机磷方面具有非常重要的作用，其活性和根系的分泌量因植物种类和土壤供磷状况不同而异[23]。Tarafdar等[24]研究表明，小麦和首蓓根际土壤有机磷的耗竭程度与磷酸酶活性具有显著的相关性。Richardson等[25]研究表明，小麦利用植酸盐能力低主要是因为小麦根系分泌酸性磷酸酶的活性较低。在本研究中，与不施磷肥CK相比，施用有机磷增强了磷高效品种燕科1号根际土壤的酸性磷酸酶活性，且磷高效品种燕科1号的土壤酸性磷酸酶活性较磷低效品种MARION显著提高。这与徐 静等[26]研究结果一致。推测植酸态磷可诱导磷高效植物根系酸性磷酸酶活性增加，从而促进燕麦磷高效品种对植酸态有机磷有的吸收利用能力。关于燕麦磷高效品种根系分泌磷酸酶活性及对植酸态有机磷的吸收、运转、分布能力的机理值得进一步深入研究。