养分缺乏对紫云英苗期生长及氮磷钾吸收的影响

李岽辉，朱 强，郭再华，曹卫东，耿明建*

（1.华中农业大学微量元素研究中心/农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室，湖北 武汉 430070；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081）

紫云英（Astragalus sinicusL.）原产于我国，栽培历史悠久，是最常见的稻田冬季绿肥作物［1］。利用冬闲田种植紫云英，能够部分替代化肥，改善土壤肥力，稳定和提升粮食产量，保护生态环境［2-4］，促进农业绿色发展。开展必要的养分管理，促进绿肥作物健康生长，“以小肥换大肥”［1］，可提高绿肥在农业生产中的贡献力度。已有研究表明，适量施用氮、磷、钾肥或硼、钼等微肥以及前茬水稻施肥的残效均有利于紫云英生长，且极显著地提高了绿肥产量、养分积累和种子产量［5-7］，同时增加了后季水稻养分供应和土壤培肥效率，施肥配合土壤水分管理、稻秸还田、接种根瘤菌等措施增效更加显著，低肥力土壤表现更明显［8-10］。然而，以往的紫云英营养研究多集中在施肥对绿肥生物量、种子产量及绿肥利用后服务功能改善等方面，缺少对紫云英本身养分吸收利用、营养失调等植物营养特征的探究。为此，采用溶液培养试验，观测主要大量矿质元素缺乏对紫云英苗期外部形态、生长发育、养分吸收的影响及其差异，以期为紫云英矿质营养诊断与高效养分管理技术构建提供依据，同时提升绿肥服务农业绿色生产的水平。

1 材料与方法

1.1 试验设计

溶液培养试验于2018年3～5月在华中农业大学教学实践基地盆栽场进行，自然气候下培养。供试紫云英品种为弋江种。经0.1% HgCl2消毒后的紫云英种子平铺在漂浮于水面的纱布上育苗，每天更换蒸馏水，待根系长至约2 cm后移栽于装有12 L 1/4浓度Hoagland营养液的塑料盆中，每升营养液加入Arnon微量混合液1 mL，以EDTA-Fe做Fe源，培养2周后，更换为完全浓度的营养液，并进行缺素处理。试验设7个处理，分别为全营养（CK）、缺氮（-N）、缺磷（-P）、缺钾（-K）、缺钙（-Ca）、缺镁（-Mg）和缺硫（-S）处理。CK为正常营养的对照，采用完全营养液培养，缺素处理采用不完全的Hoagland营养液培养［11］。每个处理4次重复，每个重复1盆，每盆定植14株。培养容器外涂黑色油漆，以防光线射入。培养期间每天通气，每周更换1次营养液。处理4周后，观察记录紫云英生长发育状况及缺素症状，收获样品。

1.2 测定指标及方法

样品收获时，先用CCM-200型叶绿素仪测定紫云英第3片叶的SPAD值，测定株高和根长后将植株按照地上部和根系分开，用蒸馏水清洗干净、烘干、称重，磨碎后测定地上部养分含量。植物样品用H2SO4-H2O2消煮，半微量凯氏法测定全氮含量，钼锑抗比色法测定全磷含量，火焰光度法测定全钾含量［12］。

1.3 数据处理

利用SPSS 20.0进行单因素方差分析，不同处理间的差异进行Duncan多重比较，采用聚类分析综合比较不同缺素胁迫对紫云英的伤害程度。

2 结果与分析

2.1 养分缺乏对紫云英生长的影响

从外部形态来看，氮和钙缺乏对紫云英苗期伤害最严重，表现为植株矮小瘦弱，根系衰老变褐，缺氮紫云英叶片薄而小，老叶失绿黄化、直至干枯，缺钙紫云英生长点焦枯，幼叶卷曲畸形并逐渐坏死。缺磷紫云英叶片暗绿，根系细而长。缺钾后幼苗叶片暗绿无光泽，部分老叶失绿。缺镁紫云英幼苗老叶脉间失绿黄化，部分叶片坏死，根系变短变黄。紫云英缺硫后幼叶失绿黄化，茎细弱，根细长（图1）。

图1 养分缺乏对紫云英外部形态的影响

除了钾和硫外，氮、磷、钙、镁缺乏使紫云英株高显著降低，与对照相比分别下降了50.2%、19.9%、54.0%、16.4%。根长与株高变化有所不同，只有氮、钙缺乏使之显著降低（分别下降31.9%、22.5%），而其他养分缺乏对根长无显著影响（表1）。不同养分缺乏均不同程度地降低紫云英地上部干重，降低幅度为10.3%～60.7%，除了硫缺乏影响不显著外，其他养分缺乏效应均达到P＜0.05显著水平，其中钙、氮缺乏影响明显较强。缺氮、缺钙、缺镁对根干重影响与地上部相似，使其分别显著降低46.9%、51.6%、23.4%，其他养分缺乏效应有所不同，缺钾对紫云英根干重无显著影响，磷、硫缺乏反而使其分别升高40.6%、18.8%。单株干重（地上部+根）随养分缺乏变化规律与其地上部干重类似。除镁外，养分缺乏可显著提高紫云英的根冠比，缺磷使根冠比的增加幅度（106.0%）显著高于氮、钾、钙、硫等养分缺乏（15.4%～32.4%）。

表1 养分缺乏对紫云英生长的影响

2.2 养分缺乏对紫云英叶绿素含量的影响

SPAD值常用来衡量叶绿素相对含量。图2显示，苗期氮、钙、镁和硫缺乏显著降低紫云英叶绿素含量，其SPAD值较对照分别降低了53.4%、23.2%、34.0%和25.4%，而缺磷和缺钾处理的叶片SPAD值无显著变化。

图2 养分缺乏对紫云英叶绿素含量的影响

2.3 养分缺乏对紫云英养分吸收的影响

缺氮、缺磷、缺钾分别对紫云英的氮、磷、钾含量及累积量的影响最为显著，钙、镁、硫缺乏对紫云英氮、磷、钾含量和累积量均有不同程度的影响（表2）。与对照相比，氮、磷、钙、镁缺乏分别导致紫云英氮含量显著降低64.4%、9.7%、30.5%、13.9%，钾和硫缺乏无显著影响。紫云英磷含量受养分缺乏的影响与氮显著不同，除了缺磷处理使紫云英磷含量显著降低73.1%之外，缺氮、缺钾使紫云英磷含量显著升高62.7%、16.4%，而钙、镁和硫缺乏处理下磷含量无显著变化。对钾含量而言，磷和镁缺乏对紫云英钾含量影响不显著，而氮、钾、钙、硫缺乏时，紫云英钾含量较对照分别显著降低36.2%、71.5%、12.2%、11.35%。

除缺硫处理紫云英氮累积量与对照无显著差异外，其他养分缺乏均显著降低紫云英氮累积量，降幅为23.0%～83.7%。紫云英磷累积量受钾、硫缺乏影响不显著，氮、磷、钙及镁缺乏使其降低27.1%～81.9%。各养分缺乏均使紫云英钾累积量显著降低，降幅为20.3%～78.7%。

表2 养分缺乏对紫云英氮磷钾吸收积累的影响

2.4 不同养分缺乏对紫云英生长及养分吸收胁迫程度的比较

采用欧氏距离法对7个处理的13个观测指标进行系统聚类分析（图3），本试验中采用不完全Hoagland营养液培养4周后，紫云英对6种必需大量矿质营养元素缺乏的胁迫响应程度可分为4类。第一类为缺钙和缺氮处理，对紫云英生长和养分积累抑制最严重；第二类为缺磷处理；第三类为钾素缺乏处理；第四类为缺镁和缺硫处理，其对紫云英的伤害程度相对较小，长势更接近于完全营养供应的对照处理。

图3 不同养分缺乏对紫云英胁迫程度的聚类分析

3 讨论

绿肥作物的主要功能在于改良土壤、提供养分及维护生态环境等方面，直接经济效益相对较低［1-2］，种植者容易忽视播种后的管理，特别是肥、水等投入。作为高等植物，绿肥作物同样遵循植物营养规律，必需营养元素供应不足会导致其生长不良［13］。本文的溶液培养试验表明，6种必需的大量矿质营养元素缺乏，均不同程度地抑制了紫云英幼苗的生长，表现出典型的缺素症状，同时降低了紫云英幼苗的生物量、株高、根长、SPAD值以及氮、磷、钾等养分吸收积累，必需的微量元素缺乏同样抑制紫云英的生长发育（作者待发表数据）。因此，开展必要的养分管理，满足紫云英等绿肥作物对养分的需求，可以增加绿肥产量及养分积累量，提高生产效率，强化其服务农业绿色生产的能力。

必需营养元素同等重要，缺乏时均会影响植物的正常生长，但受营养规律、环境条件等影响，植物遭受不同养分缺乏时不同观测指标表现存在差异［14］。本试验中，6种养分缺乏均导致紫云英株高、地上部干重、单株干重及氮、磷、钾积累量不同程度的降低，而根长、根干重、根冠比、SPAD值和氮、磷、钾含量等指标在部分养分缺乏时无显著变化或升高，部分养分缺乏时降低或显著地降低，因此，单一指标不能很好地判断不同养分缺乏对紫云英的伤害程度。本文采用聚类分析的方法，对紫云英的形态、生物量、养分吸收等13个观测指标进行分析，结果显示，6种养分缺乏的综合胁迫程度表现为：缺钙、缺氮＞缺磷＞缺钾＞缺镁、缺硫。钙在植物体内难以移动，停止供钙后紫云英迅速表现出茎尖、根尖等分生组织生长停滞、坏死，养分吸收受阻（氮、磷、钾含量较正常植株降低11.9%～30.5%），生物量下降幅度（58.9%）明显大于其他移动性较强的元素（4.4%～53.2%），与曾秀成等［15］在大豆上的研究结果相似。紫云英生长需氮量较高，缺氮后蛋白质、叶绿素合成减少，植株矮小，叶片黄化、干枯，氮、磷、钾累积量降低27.0%～83.7%。但紫云英为豆科作物，自然条件下可与土壤中的根瘤菌共生固氮，通常缺氮现象发生不如磷等养分缺乏明显［16］，本试验溶液培养条件下缺少根瘤菌，表现出缺氮对紫云英生长的抑制程度明显强于磷、钾等养分。豆科植物属于喜磷作物，对缺磷反应敏感［17］，本试验中对紫云英的综合胁迫效应仅次于钙和氮，表现为根干重、根冠比显著增加，叶绿素含量和根长无显著变化，单株干重和氮、磷、钾累积量分别显著降低17.1%和31.9%～81.9%。镁在植物体内含量相对较低，而硫在植物体内移动性虽然较低，但大气中的SO2、H2S等可能为紫云英提供了部分营养来源［15］，从而表现出紫云英苗期受镁、硫缺乏伤害程度较钙、氮、磷、钾低。

高等植物养分效应还与养分间相互作用及其供应平衡状况有关，生长发育不同阶段对不同养分胁迫的敏感性和需求量也存在显著差异［14］。本试验得出的6种大量矿质养分缺乏效应，只是在紫云英苗期单一养分完全停止供应条件下的结果，后期应继续研究紫云英不同生育时期养分不同缺乏程度、多种养分失衡等，特别是养分轻度缺乏情况下的营养失调症状、营养特性变化规律及其高效矫正措施，为紫云英营养诊断及“以小肥换大肥”为主要内容的养分管理技术构建提供依据。

4 结论

氮、磷、钾、钙、镁、硫缺乏均不同程度地抑制了苗期紫云英的生长发育，表现为地上部和单株生物量、株高及氮、磷、钾累积量均呈显著降低或降低的趋势，而叶绿素含量、根长、根干重、根冠比及氮、磷、钾含量无一致变化规律，因缺乏不同的养分而表现为升高、降低或无显著的变化。综合观测的生物量、形态、养分吸收等指标，溶液培养条件下完全停止某一养分供应后，紫云英苗期受氮、钙缺乏胁迫伤害程度最大，其次为磷，再次为钾，镁和硫伤害相对较小。在生产实践中，应结合实际开展绿肥作物养分管理，否则，养分缺乏将抑制紫云英的生长，降低其土壤改良等绿肥功效的发挥。