多样性种植体系提高酸性红壤磷有效性的研究进展

王宇蕴，汤 利

（1. 云南农业大学 植物保护学院，云南 昆明 650201；2. 云南农业大学 资源与环境学院，云南 昆明 650201）

0 引言

红壤对磷素有强大的固定能力，且当pH 值低于6 时，红壤对磷的固定能力随pH 值的下降迅速增加，致使土壤速效磷含量急剧降低［1］。因为酸性土壤中铁、铝活性高，化学磷肥施入到酸性土壤中后，会形成难溶性的铁磷和铝磷，甚至是闭蓄态磷，大大降低了磷肥的有效性和利用率，致使酸性土壤出现总磷含量不低、速效磷含量普遍偏低的现象。这种土壤中的总磷含量很高而作物可利用的磷很少的现象，称为“遗传学缺磷”。磷素的固定是酸性红壤区土壤有效磷不高的最主要原因。

磷肥是农业生产重要的物质基础，施用磷肥是维持土壤供磷水平、保证酸性红壤区农作物生产的重要措施。因为磷在土壤中移动性差，加上酸性红壤对磷的固定作用，导致我国出现严重的过量施用磷肥的现象［2］。据统计，我国磷肥消费量约占世界磷肥消费量的25%，且我国磷肥当年利用率仅有10%～20%［3］。正因为这些原因，我国部分农田，特别是酸性红壤区已经出现了土壤磷素盈余现象［4］，并以植物难以直接吸收利用的固定态磷形式存储于土壤中，成了巨大的潜在磷库［5］，这也极大地增加了环境风险［6］。

我国酸性土壤约占全国土壤面积的21%。酸性土壤的磷肥利用率一直是国内外学者关注的重点。因此，在酸性红壤区，如何提高当季作物磷肥利用率、充分合理利用现有的土壤磷素资源、减少磷肥的投入，已成为促进植物磷素营养吸收、提高磷肥利用效率等领域的研究重点。现有研究和生产实践表明，合理的多样性种植在提高土壤磷的有效性、促进磷素养分高效吸收利用方面具有突出的贡献［7］。目前在农业生产中，已经存在很多这种间作套种模式，比如玉米-大豆［8］、鹰嘴豆-玉米［9］、蚕豆-小麦［10］间作套种，都具有促进磷吸收的作用。其中，小麦-蚕豆间作体系在我国大部分地区尤其是在云南省被广泛认可，已被证明对提高根际速效磷含量有显著作用［11］。这为科学合理地利用磷资源、提高磷肥利用率开辟了一条新的道路，同时也为活化土壤难溶性磷酸盐供作物充分利用提供了新思路。通过合理的栽培措施，挖掘作物自身生物学潜力，是提高作物对肥料磷素利用率、减少肥料磷投入的重要手段，也是当今绿色发展、可持续农业的必然要求［12］。

笔者通过分析多样性种植体系对提高酸性红壤磷素有效性和磷肥利用效率的作用，以及多样性种植对促进磷素吸收、提高磷肥利用效率的可能性机制，从挖掘作物自身生物学潜力角度提高肥料磷素利用率、减少化肥磷投入，为酸性红壤区科学合理地利用磷资源、减少磷肥投入提供一些借鉴。

1 多样性种植体系对提高酸性红壤磷素有效性及磷肥利用效率的作用

多样性种植体系能够提高土壤磷素的有效性，对土壤本身的磷库调节和改善作物磷营养状况起到了很大作用。有关多样性种植体系提高酸性红壤磷素有效性的研究主要集中在豆科作物与禾本科作物间作方面，豆科作物固氮过程中释放出H+，导致根际土壤酸化，或豆科作物根际分泌有机酸，或向土壤释放磷酸酶活化有机磷，从而提高土壤磷活性，提高土壤尤其是禾本科作物根际土壤中有效磷含量，促进作物对磷的吸收［13］。有研究表明，红壤区小麦-蚕豆间作能够显著地提高分蘖期、拔节期和抽穗期小麦根际土壤中速效磷含量，间作小麦根际土壤中速效磷含量分别比单作提高了6.81%、8.71%、12.95%［11］；在土壤中磷含量低的条件下，小麦-蚕豆根系相互作用促进磷素向小麦转移，提高了小麦-蚕豆的磷素吸收利用效率［10］；玉米和鹰嘴豆间作，可以有效促进玉米对磷的吸收［9］。此外，在豆科作物参与的其他间作体系下，也有活化土壤磷、促进磷吸收的报道，如番茄与架豆间作条件下，土壤中有效磷的含量明显增加，促进番茄对磷的吸收，提高了番茄的株高和产量。

多样性种植体系，除了能够有效活化土壤磷素外，根系有机酸作为螯合剂强化了与磷酸根离子螯合的能力，抑制过饱和溶液与磷生成化学沉淀，进而增加磷肥在土壤中的有效性［14］。所以，有研究表明，间作玉米的磷肥利用率可以达到30%，玉米-花生间作与单作玉米和单作花生相比，整体磷肥利用效率可以提高12.7%～22.91%［10］。很显然，多样性种植体系通过提高酸性红壤磷素有效性、促进作物对磷素的吸收来达到提高磷肥利用效率的作用明显。

2 多样性种植促进磷素吸收、提高磷肥利用效率的可能性机制

现有研究表明，根系形态、根系分泌物、酶活性是参与作物磷吸收利用过程的主要影响因子。

间作作物会通过改变其根系形态、根系构型，来促进磷的高效吸收利用［15］。如：小麦-蚕豆间作条件下，小麦的根长密度、根表面积、根体积、根深指数增加，根系平均直径降低，从而促进小麦对磷的吸收利用。在豆科作物-禾本科作物间作体系中［16］，间作能够促使作物根系变细，根干质量、体积、表面积、根长和吸收面积明显增加，间作群体的磷素吸收量提高，对磷肥的利用效率增加。

根系分泌物对活化土壤磷和提高磷肥有效性也起着重要的作用。在豆科作物-禾本科作物间作体系中，因豆科作物根系分泌有机酸，使根际土壤的pH 值降低，起到了活化难溶性磷的作用［17-21］，另外，根系有机酸作为螯合剂强化了与磷酸根离子螯合的能力，抑制磷的化学沉淀生成，可以增加磷肥在土壤中的有效性［14］。因此，多样性种植体系可以通过增加根系分泌物，活化土壤磷，减少磷肥的固定，达到促进作物对磷的吸收和提高磷肥利用效率的目的。

大量研究表明，多样性种植体系下，可以通过增加作物根际酸性磷酸酶的活性，达到活化土壤中难溶性磷，提高间作群体对磷的吸收利用效率［22-25］。尤其在低磷环境条件下，间作会促进一些与磷吸收利用有关的酶的合成，主要有酸性磷酸酶、核糖核酸酶和高亲和性Pi转运蛋白等，它们在植物耐低磷胁迫中起着重要作用［25］。多样性种植体系下，间作可以通过提高作物根系酶的活性，促进作物对磷素的吸收利用，达到提高磷肥利用效率的目的。

3 结论与展望

多样性种植体系能够提高酸性红壤磷素有效性，减少磷肥的化学固定，达到提高磷肥利用效率的目的。可以从多样性种植改变根系形态、增加根系分泌物、提高根系酶活性的角度去解析多样性种植体系提高酸性红壤磷有效性从而减少磷肥施用的机制。这些结果从种植模式着手，挖掘作物自身生物学潜力来提高作物对肥料磷素利用率，为酸性红壤区科学合理地利用磷资源、提高磷肥利用效率、减少磷肥投入等提供了借鉴。

从多样性种植体系的根土互作角度，解析多样性种植条件对磷肥的响应及有效提高磷肥利用效率的调控机制，以及根际互作条件下外源微生物介导和根分泌物激发微生物参与磷肥周转和高效利用的机制研究，是进一步深入揭示多样性种植体系提高酸性红壤磷有效性、减少磷肥施用量的关键问题。现阶段这些研究并不深入，需要进一步加强。