磷水平及不同作物伴生对番茄幼苗生长及磷吸收的影响

摘要：本研究采用盆栽试验法，设置3个磷水平，即P2O5施用量分别为0（P0）、100（P100）、200（P200）mg/kg干基质，以番茄品种东农708为主栽作物，分别与油菜、芝麻菜、芥菜、萝卜、黄瓜、莴苣、小麦、大豆、番茄9种作物伴生，以番茄单株种植为对照，研究磷水平及不同作物伴生对番茄幼苗生长及磷吸收的影响。结果表明，与番茄单株种植相比，PO水平下，不同作物伴生对番茄幼苗株高、茎粗、干鲜重及根系形态均无显著影响，而油菜、莴苣、小麦和大豆伴生对番茄幼苗磷吸收有显著的促进作用：P100水平下，芝麻菜、萝卜、黄瓜、莴苣、小麦、大豆和番茄共7种作物伴生对番茄幼苗生长有显著的抑制作用，且黄瓜伴生对番茄幼苗磷吸收产生显著的抑制作用，仅油菜伴生显著促进番茄幼苗的磷吸收：P200水平T，萝卜和黄瓜伴生对番茄幼苗生长有显著的抑制作用，其余7种作物对番茄幼苗生长无显著影响，所有伴生作物对番茄幼苗磷吸收均无显著影响。

关键词：磷水平；伴生作物；番茄；幼苗生长：磷吸收

中图分类号：S641.2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2024） 08-0103-07

磷是作物生长必需的大量元素之一，作物根系吸收的无机磷（P）在土壤中易被结合为不溶性络合物，导致土壤中磷的有效性低。这往往会造成作物减产及对农业生产造成不利影响。间作是利用种间促进作用以提高作物产量的栽培方式，在中国具有悠久的耕作历史。伴生栽培是间作的一种特殊形式，一方面，伴生作物和主栽作物间的互补性可以充分利用温度、光照、水分、养分等资源；另一方面，利用伴生作物的特性可以有效保护土壤，从而减少病原菌和杂草等对作物造成的不利影响。

作物常常会通过改变其形态和生理来适应周围的环境。这种改变被称为可塑性响应，其在对资源可用性和互作作物的适应性反应中起着重要的作用。研究表明，磷肥浓度的升高会增加加工番茄（Solanum lycopersicum）的株高，促进加工番茄鲜重、玉米干重的积累，且可增加青杨（Populus cathayana）的总根长和细根长。也有研究表明，在伴生模式下，针茅（Stipa pulchra）、早熟禾（Poa secunda）、苘麻（Abutilon theophrasti）、豌豆（Pisum sativum）、玉米、小麦等的干重、总根长、根尖数、最大生根宽度、磷吸收等发生改变。

前人研究表明，施磷和伴生都会引起作物的可塑性响应。本课题组前期研究发现，不同磷水平下，分蘖洋葱伴生会使番茄地上部和全株干重及磷含量显著高于单作，但番茄对不同磷水平及不同伴生作物的响应仍不清楚。因此，本研究以番茄为主栽作物，研究不同磷水平及伴生作物对番茄幼苗生长及磷吸收的影响，以了解番茄幼苗在不同磷水平下与不同伴生作物间的互作关系，以期为农业生产中的间套作及磷养分管理提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年5-7月在东北农业大学园艺园林学院设施蔬菜生理生态课题组日光温室中进行。

供试土壤为取自东北农业大学向阳基地的小麦大田土：供试沙子购自哈尔滨美莱生物科技有限公司。试验所用基质为大田土与沙子按1：3（体积比）比例混合而成，其基本理化性质：铵态氮含量8.33 mg/kg、硝态氮34.47 mg/kg、有效磷22.77 mg/kg、速效钾23.24 mg/kg，pH值7.16（土水比1：5），EC值0.27 mS/cm（土水比1：5）。

供试作物见表1。其中，番茄种子来自于东北农业大学园艺园林学院番茄研究所，小麦、大豆种子由东北农业大学园艺园林学院蔬菜生理生态研究室提供，其余种子购自新春天种子商城。

供试肥料：尿素（N 46%）、过磷酸钙（P20516%）、硫酸钾（K2O 51%），均购自新春天种子商城。

1.2 试验设计及方法

采用盆栽试验，共设置3个磷水平，即P2O5施用量为0（P0）、100（P100）、200（P200）mg/kg干基质，每个磷水平设置10个作物种植处理，分别为番茄单株种植（M）、番茄／番茄（Sl）、番茄／油菜（Bc）、番茄／芝麻菜（Es）、番茄／芥菜（Bj）、番茄／萝卜（Rs）、番茄／黄瓜（Cs）、番茄／莴苣（Ls）、番茄／小麦（Ta）、番茄／大豆（Gm），每处理重复5次，共150盆，完全随机排列。栽培盆高11.5 cm，内径为17.5 cm，每盆装基质3.5 kg，其中氮、钾添加量均为100 mg/kg干基质。

每盆分别播3粒番茄及伴生作物种子，间距为5 cm，待幼苗出土后进行间苗，保留整齐一致的番茄和伴生作物各1株（图1）。种植期间进行常规的田间管理，每隔1天浇1次水，保证水分的正常供应，清除杂草且每隔3d调换1次盆的位置，30 d后对主栽番茄幼苗进行取样，用于株高、茎粗、干鲜重、根系形态及磷吸收的分析。单株种植

1.3 测定项目与方法

株高使用米尺测量，茎粗使用游标卡尺测量。将新鲜、洁净的植株地上部和地下部用电子天平称鲜重，并于烘箱中105℃杀青30 min后65℃烘干至恒重，用电子天平称干重。将完整的根系放人盘中，用牙签将根系摆开（不重叠），先使用根系扫描仪（ScanMaker i800 plus，600 dpi）扫描根系，然后用WinRHIZO根系分析系统分析其总根长、根总表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根系分支数。烘干后的植株用粉碎机粉碎，过2mm筛，浓硫酸一双氧水法消煮，钼锑抗比色法测定消煮液磷浓度，并计算植株磷浓度。

1.4 数据处理与分析

试验数据用Microsoft Excel 2016进行整理统计，采用SPSS 17.0软件进行双因素方差分析，当主效应、交互因素差异显著时，用独立样本t检验比较各伴生处理和番茄单作之间的差异。使用Origin 2019软件绘图。

2 结果与分析

2.1 磷水平及不同作物伴生对番茄幼苗生长的影响

2.1.1 对番茄幼苗株高和茎粗的影响

图2显示，磷水平（P）和伴生作物（N）对番茄幼苗株高均有显著影响，交互作用（PxN）对株高影响不显著。与番茄单株种植相比，P0水平下，各伴生处理番茄幼苗株高无显著差异；P100水平下，萝卜、黄瓜和小麦伴生番茄幼苗株高显著降低：P200水平下，只有黄瓜伴生番茄幼苗株高显著降低（图2a）。磷水平（P）对番茄幼苗茎粗有显著影响，而伴生作物（N）和交互作用（PxN）对茎粗均无显著影响（图2b）。

2.1.2 对番茄幼苗干鲜重的影响

从图3可知，磷水平（P）和伴生作物（N）对番茄幼苗干鲜重均有显著影响，交互作用（PxN）只对番茄幼苗干重有显著影响。与番茄单株种植相比，P0水平下，不同作物伴生对番茄幼苗地上部和地下部及全株干鲜重均无显著影响；P100水平下，莴苣、芝麻菜、黄瓜、小麦伴生显著降低番茄幼苗地上部干鲜重（图3a、b），番茄、小麦、大豆、萝卜、黄瓜伴生显著降低番茄地下部干鲜重（图3c、d），莴苣、番茄、小麦、萝卜、黄瓜伴生显著减少番茄幼苗的全株干鲜重（图3e、f），大豆、芝麻菜伴生显著降低番茄幼苗的全株鲜重（图3e），而萝卜和黄瓜伴生对番茄幼苗地上部、地下部和全株干鲜重均有显著的负面影响：P200水平下，萝卜和黄瓜伴生显著抑制番茄幼苗的生长。

2.2 磷水平及不同作物伴生对番茄幼苗根系形态的影响

如图4所示，磷水平（P）对所有根系形态指标均有显著影响，伴生作物（N）对番茄幼苗总根长、根总表面积和根尖数有显著影响，交互作用（PxN）只对根尖数有显著影响。与番茄单株种植相比，P0水平下，不同作物伴生对番茄幼苗根系形态没有显著影响；P100水平下，番茄、萝卜、黄瓜、小麦和大豆伴生显著降低番茄幼苗的总根长，番茄、芝麻菜、萝卜、黄瓜和大豆伴生显著降低番茄幼苗根总表面积，芝麻菜、萝卜、黄瓜和小麦伴生使番茄幼苗根尖数显著减少：P200水平下，萝卜伴生显著降低番茄幼苗的总根长，黄瓜伴生显著减少番茄幼苗的总根长及根总表面积。

2.3 磷水平及不同作物伴生对番茄幼苗磷吸收的影响

磷水平（P）、伴生作物（N）及二者的交互作用（PxN）对番茄幼苗磷吸收均有显著影响（图5）。与番茄单株种植相比，P0水平下，油菜、莴苣、小麦和大豆伴生对番茄幼苗磷吸收有显著的促进作用；P100水平下，黄瓜伴生对番茄幼苗磷吸收产生显著的抑制作用，而油菜伴生对番茄幼苗磷吸收有显著的促进作用：P200水平下，各处理间番茄幼苗磷浓度无显著差异。

3 讨论与结论

磷是生物体内的重要营养元素，参与光合作用、固氮、能量生成等一系列生理代谢，其在土壤中的有效含量会影响作物的生长。已有研究表明，在一定范围内，随着磷浓度的升高，作物的株高、鲜重呈现先增加后降低的趋势。本研究表明，随着施磷量的增加，单株种植和伴生处理番茄幼苗的株高、茎粗、干鲜重、根系形态以及磷吸收均呈现先增加后降低趋势。

本研究中，P0水平下，伴生处理的番茄幼苗株高、茎粗、干鲜重、根系形态与单株种植处理之间均无显著差异，这可能是由于养分缺乏，伴生作物竞争强度较小，对番茄幼苗影响不大。有研究表明，在一定浓度范围内，随着供磷强度的增加，作物种间互作效应也会提高。P100水平下，大部分伴生处理的番茄株高、茎粗、干鲜重、总根长、根总表面积、根尖数都显著小于番茄单株种植。推测养分的增加使得番茄与伴生作物之间的竞争加剧，番茄受到来自伴生作物的影响较大：另一方面，发现本研究中生长较快、叶片较大的伴生作物（萝卜、黄瓜）在此供磷水平下对番茄造成一定程度的遮荫，而植株根、茎、叶、地上部、地下部和总干鲜重均会随着遮阴程度的增加而减小，这也可能是造成该结果的原因之一：仅油菜伴生显著增加番茄幼苗的磷浓度，符合梯度胁迫假说，即当环境条件较好时，种间负相互作用占主导。P200水平下，与单株种植相比，大部分伴生处理番茄幼苗的生长和磷吸收均无显著变化，且番茄幼苗生长较P100处理降低，表明200mg/kg磷用量过多，抑制番茄幼苗生长。已有研究表明，土壤EC值的增加会加大土壤盐渍化的可能性，不利于作物生长发育，且EC值与土壤有效磷含量呈显著正相关。但由于本研究未测添加养分后的EC值，因此还需进一步的研究。

此外，有研究表明豆科作物在间作系统中可以促进作物的磷吸收。如在白羽扇豆／小麦间作体系中发现白羽扇豆可促进小麦的磷吸收：小麦／蚕豆间作体系比单作小麦或蚕豆提高了磷的利用率。本研究中，P0水平下大豆伴生处理显著提高了番茄幼苗的磷浓度，这可能是因为大豆活化了更多的磷供番茄幼苗吸收利用。

综上所述，磷水平和作物伴生对番茄幼苗株高、干鲜重、总根长、根总表面积、根尖数和磷浓度有显著影响，茎粗、根体积、根平均直径、根分支数只受到磷水平的影响，且磷水平和伴生作物之间存在显著的交互影响。

基金项目：国家自然科学基金项目（31872156）