磷肥用量對大豆遮復(fù)光后干物質(zhì)與磷素積累特征的影響

高志英，楊永輝，張兆沛

(1.山西運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)林與工程系，山西運(yùn)城 044000； 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002；3.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學(xué)觀測實驗站，河南原陽 453514；4.河南科技學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453000)

磷作為主要營養(yǎng)元素之一，以磷化合物和磷酸離子參與許多重要物質(zhì)組成和生命代謝活動，并對作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成有重要影響[1-2]。大豆是主要的油料作物，缺磷會顯著影響植株對其他養(yǎng)分的吸收，抑制大豆的生長，從而降低籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)[3-5]，而過量施磷，易造成植株呼吸作用加強(qiáng)，養(yǎng)分大量消耗，不利于大豆干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的形成[2,6-7]。適量磷的供應(yīng)可促進(jìn)大豆對養(yǎng)分的吸收，碳水化合物的運(yùn)輸和產(chǎn)量的提高[8-9]。玉米-大豆間作是一種高效種植模式，在與玉米共同生長期內(nèi)，低位作物大豆受高位玉米遮陰,減弱了大豆可接受的光照輻射[10-11]，從而對大豆的形態(tài)及生理特征產(chǎn)生顯著影響，如，莖稈變細(xì)，葉片變小變薄 ，光合速率降低[12-13]，造成物質(zhì)生產(chǎn)顯著降低[14-16],玉米收獲后，恢復(fù)自然光照，大豆進(jìn)入單獨(dú)生長期，在正常光照條件下，光合生產(chǎn)能力逐漸恢復(fù)[17]。關(guān)于遮陰[17]、磷肥單因素對大豆生長發(fā)育[18]、養(yǎng)分吸收[19]、物質(zhì)積累分配[20-21]等方面已有大量研究，但在這兩個因素共同作用下，干物質(zhì)及磷素的積累動態(tài)變化尤其是積累過程各階段特征如何，則鮮見報道。據(jù)此，本研究通過模擬玉米-大豆間作前期遮陰后期恢復(fù)自然光的特點，研究在不同磷用量下，苗期遮光復(fù)光后大豆干物質(zhì)及磷素積累動態(tài)的變化特征，以期進(jìn)一步闡明大豆干物質(zhì)及磷素的積累規(guī)律，從而為生產(chǎn)實踐中磷肥的合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在河南省新鄉(xiāng)市河南科技學(xué)院園藝實訓(xùn)基地(35°18′ N，113°54′ E)進(jìn)行，供試土壤為黃潮土，含有機(jī)質(zhì)17.2 g·kg-1、堿解氮41.8 g· kg-1、速效磷 12. 3 mg· kg-1、速效鉀110.6 mg ·kg-1。試驗采用塑料盆栽，盆高30 cm，內(nèi)徑38 cm, 每盆裝混勻干土10 kg，供試大豆品種為‘中黃61’。試驗于2015-06-07播種，9月26日收獲。播種前澆透水(以底部排水孔排出水為準(zhǔn))，播種時，每盆4穴，每穴2粒大豆種子，出苗1周后間苗，每盆留長勢均勻的4株苗株。試驗采用兩因素隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，二因素分別為磷肥用量和光照條件。磷肥用量(P2O5)設(shè)置0 mg·kg-1(P0)、75 mg·kg-1(P1)、125 mg·kg-1(P2)和175mg·kg-1(P3)4個水平；光照條件設(shè)自然光( L1)和遮光( L2)2個水平，自然光處理即全生育期自然光照，遮光處理即在一層遮陽網(wǎng)罩住的遮陽棚中進(jìn)行，從播種開始進(jìn)行遮陰處理，出苗后30 d結(jié)束遮陰，2個光照條件下4個施磷處理隨機(jī)排列，每個處理10盆。

1.2 測定項目及方法

玉米各器官干物質(zhì)量與磷素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定 分別于復(fù)光當(dāng)天、復(fù)光后15 d(開花期)、30 d(結(jié)莢期)、45 d(鼓粒期)、75 d(成熟期)進(jìn)行取樣，各處理分別于不同盆隨機(jī)取地上植株4株，樣品于105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒量，稱量獲得單株地上部干物質(zhì)量(g)，并在成熟期每處理取8株, 風(fēng)干后獲得單株產(chǎn)量(g)。地上部干物質(zhì)稱量后，干樣品粉碎過篩，參照鮑士旦法[22]，測定植株的磷素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/g)，并依據(jù)公式：單株吸磷總量=植株干質(zhì)量×植株磷素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，算出植株磷積累量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

干物質(zhì)及磷素積累特征各參數(shù)計算采用吳雨珊等[23]方法，用Logisitc方程對不同磷處理下大豆干物質(zhì)與磷素積累的進(jìn)程進(jìn)行擬合，并計算相應(yīng)的模型參數(shù)進(jìn)行積累動態(tài)分析。其方程為：A=K/[1+e(a-bt)]，其中，A為干物質(zhì)(磷素)積累量；t為大豆復(fù)光后時間；K為大豆干物質(zhì)(磷素)理論最大積累量；a、b為待定系數(shù)。對方程進(jìn)行一階和二階推導(dǎo)，獲得相關(guān)積累特征數(shù)，具體公式如表1。

表1 干物質(zhì)與磷素積累過程特征數(shù)計算公式Table 1 Calculation formula of characteristic parameters on dry matter and phosphorus accumulation process

采用SPSS 10.0進(jìn)行Logisitc方程擬合，利用Excel 2016和origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理大豆地上干物質(zhì)和磷素的積累

由圖1可知，隨著生育期的推進(jìn)，大豆干物質(zhì)和植株磷素的積累量逐漸增加，兩者均在復(fù)光取樣前期(0～15 d)呈緩慢增加，隨后快速增加(15～30 d)，到生育后期(30～75 d)又呈緩慢增加。在各取樣期，相同磷用量下，植株干物質(zhì)及磷素積累量在2種光處理下，均呈現(xiàn)L1>L2，而在相同光照條件下，總干物質(zhì)表現(xiàn)為P2最大，P0最小，增施磷肥促進(jìn)了干物質(zhì)及磷素的積累。在收獲期，干物質(zhì)及磷素積累量表現(xiàn)為P2顯著高于P1、P0。

圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同

Different lowercase letters mean significant difference among different treatment(P<0.05),The same below

圖1大豆干物質(zhì)和磷素積累動態(tài)變化
Fig.1Dynamicchangesofdrymatterandphosphorusaccumulationinsoybean

2.2 不同處理干物質(zhì)與磷素的積累模型

2.2.1 模型特征參數(shù) 大豆干物質(zhì)積累量和磷素積累均可用Logistic 方程進(jìn)行描述(表2)，且各積累方程的決定系數(shù)R2都在0.97以上，F(xiàn)檢驗均達(dá)極顯著水平，可見大豆干物質(zhì)積累和磷素積累符合S型增長。不同光照條件下，隨著施磷量的增加，干物質(zhì)Rmax先增后降，當(dāng)施磷量在P2處理，干物質(zhì)Rmax最大，L1和L2分別為1.00 g·d-1和0.97 g·d-1。大豆的磷素Rmax在L1和L2光照環(huán)境下，分別在P3和P2處理下最大。干物質(zhì)積累和磷素積累的Rmean在兩光照條件下均與兩者的Rmax變化趨勢相同。此外，由表2可知，L1光照下，P0、P1、P2處理下干物質(zhì)Tmax均早于磷素的Tmax，而L2光照下，干物質(zhì)Tmax在各磷用量處理下也均早于磷素Tmax，這與干物質(zhì)積累速率峰值比磷素峰值出現(xiàn)的早的結(jié)論相吻合(圖2)。干物質(zhì)與磷素積累速率最大時生長量Amax在L1、L2下均隨施肥量增加先增后降，在P2處理達(dá)到最大。

2.2.2 積累速率 對Logistic積累方程進(jìn)行求導(dǎo)，可得到各處理條件下干物質(zhì)積累速率和磷素積累速率分別與時間關(guān)系的方程，以復(fù)光取樣時間為橫坐標(biāo)，可獲得不同處理條件下干物質(zhì)及磷素積累速率分別與復(fù)光后時間的關(guān)系曲線圖。由圖2可知，大豆干物質(zhì)積累速率與磷素積累速率在整個生育期均呈單峰曲線變化，但兩者變化又有區(qū)別，表現(xiàn)為磷素的積累速率在L1、L2 光條件下對磷用量水平的響應(yīng)較干物質(zhì)敏感。另外可由圖2可知，L1、L2下施磷可提高干物質(zhì)積累和磷素積累的速率。

2.3 不同處理干物質(zhì)與磷素積累的3個階段特征參數(shù)

2.3.1 干物質(zhì)積累階段 由Logistic 曲線進(jìn)一步將大豆干物質(zhì)與磷素積累過程分為漸增期、快增期和緩增期(表3)。2光照條件下，干物質(zhì)積累量在積累的3個階段均隨磷用量先升后降，并均在P2處理，即施磷量為125 mg·kg-1時達(dá)到最大，在L1、L2條件下，干物質(zhì)積累量最大值在漸增期、快增期和緩增期分別為8.75 g、23.91 g、8.34 g和8.56 g、23.40 g、8.16 g。積累持續(xù)期在L1、L2條件下3個階段分別為8.13～10.97 d、24.39～27.73 d、30.35～33.88 d和7.79～9.41 d、24.85～27.44 d、28.71～32.14 d，即緩增期>快增期>漸增期。而積累平均速率在L1、L2條件下分別為0.17～0.22 g·d-1、0.72～0.88 g·d-1、0.20～0.25 g·d-1和0.11～0.22 g·d-1、0.44～0.85 g·d-1、0.12～0.28 g·d-1，即快增期>緩增期>漸增期；2光環(huán)境下的3個積累階段，積累平均速率均隨施肥量先升后降，在施磷量為125 mg·kg-1時達(dá)到最大，說明適度的增加施肥量可以促進(jìn)整個生育期積累速率增加，從而促進(jìn)干物質(zhì)的積累。

表2 苗期遮復(fù)光后不同磷肥處理大豆干物質(zhì)與磷素積累特征參數(shù)Table 2 Characteristic parameters of dry matter accumulation and phosphorus accumulation in soybean underdifferent phosphate application rates after light recovery of seedling-shading

2.3.2 磷素積累階段 由表3可知，L1光條件下，各階段磷素積累持續(xù)期為緩增期>快增期>漸增期，分別為24.83～30.92 d、19.95～24.85 d、18.13～23.26 d；L2條件下，各階段磷素積累持續(xù)期為緩增期>漸增期>快增期，分別為23.41～29.56 d、20.02～25.27 d、18.81～23.73 d。磷素積累量在L1、L2條件下，漸增期、快增期和緩增期分別為47.91～70.25 mg、130.91～191.94 mg、45.65～66.93 mg和40.80～70.83 mg、111.47～193.53 mg、38.87～67.48 mg，均表現(xiàn)為快增期>漸增期>緩增期，且在各階段，磷素積累量隨施磷量的增加呈先升后降趨勢，均在P2處理條件，即施磷量為125 mg·kg-1下積累量最大。L1條件下，磷素積累平均速率隨磷用量增加而增加，在P3處理，即磷用量為175 mg·kg-1下最大，而在L2條件下，磷素積累平均速率在P2處理達(dá)到最大，在整個生育期，平均速率表現(xiàn)為快增期>緩增期>漸增期。

2.4 大豆產(chǎn)量與模型參數(shù)及階段積累特征數(shù)相關(guān)分析

2.4.1 大豆產(chǎn)量 由圖3可看出，2種光照環(huán)境下的大豆籽粒產(chǎn)量均呈現(xiàn)P2>P3>P1>P0。L1環(huán)境下， P1、P2、P3產(chǎn)量分別較對照P0增加7.73%、12.16%、10.60%，而L2環(huán)境下，P1、P2、P3產(chǎn)量分別較對照P0增加7.80%、12.85%、11.44%。相同磷處理下，L2較L1降低幅度表現(xiàn)為P2

2.4.2 相關(guān)分析 由表4可知，大豆籽粒產(chǎn)量與干物質(zhì)及磷素積累的最大速率(Rmax)、平均速率(Rmean)、最大速率時的物質(zhì)量(Amax)均呈顯著正相關(guān)，與干物質(zhì)最大速率出現(xiàn)時間(Tmax)相關(guān)不顯著，而與磷素的Tmax呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.90。籽粒產(chǎn)量與漸增階段的干物質(zhì)及磷素積累量(A漸)、平均積累速率(R漸)、積累持續(xù)期(T漸)呈顯著相關(guān)，并與A漸、R漸達(dá)極顯著水平；與快增期、緩增期的干物質(zhì)量(A快、A緩)、平均積累速率(R快、R緩)呈極顯著相關(guān)，而與兩階段的持續(xù)期相關(guān)不顯著；對與兩階段的磷素積累因子關(guān)系，與磷素A漸、A緩呈極顯著相關(guān)，而與其他磷素積累因子相關(guān)不顯著。

表3 苗期遮復(fù)光后不同磷肥處理大豆干物質(zhì)與磷素積累 3 個階段的特征參數(shù)Table 3 Characteristics parameters of dry matter and phosphorus accumulation under different phosphorusapplication rates after light recovery of seedling-shading in three stages of soybean

注：A、R和T分別代表3個積累階段的干物質(zhì)與磷素積累量、平均積累速率、持續(xù)時間。

Note:A、RandTrepresent the increased accumulation amount of dry matter and phosphorus, mean accumulation rate and accumulation duration at 3 stages.

圖3 不同處理單株籽粒產(chǎn)量Fig.3 Seed yield per plant of soybeanunder different treatments

3 討論與結(jié)論

在玉米一大豆間作模式下，對大豆?fàn)I養(yǎng)生長期進(jìn)行遮陰處理會影響大豆形態(tài)特征及生物量的積累[12-14]。有研究對大豆不同生育時期遮蔭發(fā)現(xiàn)，在出苗-盛花期間遮蔭，主要影響主莖形態(tài)，而對產(chǎn)量影響不大，可能是在花期前復(fù)光,有利于葉片光合能力的恢復(fù)[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)，在大豆苗期進(jìn)行遮光，同一施磷量的2種光照環(huán)境下，產(chǎn)量差異雖不顯著，但增施磷肥緩解了因遮光可能引起對大豆的不利生長，提高最終的大豆產(chǎn)量，說明磷素對于大豆苗期遮光后進(jìn)行復(fù)光具有一定的補(bǔ)償效應(yīng)。

表4 大豆產(chǎn)量與干物質(zhì)、磷素積累因子的相關(guān)性Table 4 Correlation between yield and dry matter, phosphorus accumulation factors of soybeans

注Note:**P<0.01；*P<0.05.

大豆是需磷量較大的作物，磷肥的合理施用是調(diào)控大豆生長發(fā)育與產(chǎn)量形成的最重要措施之一[26]。喬振江等[27]研究發(fā)現(xiàn)，無論地上干物質(zhì)量還是產(chǎn)量，磷高效基因型和磷低效基因型兩個大豆品種均表現(xiàn)出高磷、中磷>低磷的趨勢。本研究在4個不同施磷水平的試驗表明，在各生育期，兩種光照環(huán)境下的大豆干物質(zhì)和產(chǎn)量表現(xiàn)為P2>P3>P1>P0，且作為干物質(zhì)和產(chǎn)量形成基礎(chǔ)的磷素積累量也表現(xiàn)相同趨勢。因此在生產(chǎn)上，合理施用磷肥才能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

作為描述作物生長特征的Logistic方程，在小麥[28]、大豆[29]、玉米[30]等作物上均有相關(guān)報道。此前, 有關(guān)大豆干物質(zhì)生產(chǎn)特征研究主要側(cè)重單因素，如品種[23]，耕作方式[31]等，而對于遮復(fù)光、施磷量雙因素對干物質(zhì)及磷素積累特征的研究鮮見報道。相關(guān)分析表明，大豆籽粒產(chǎn)量與干物質(zhì)及磷素積累的Rmax、Rmean、Amax、各階段的積累量和T漸均呈顯著相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，2種光照條件下，干物質(zhì)及磷素積累的Rmax、Rmean及Amax均在P2處理下達(dá)最大。干物質(zhì)及磷素的S曲線積累過程分為漸增期、快增期和緩增期[23]，在磷肥用量0～125 mg·kg-1范圍內(nèi)，2光環(huán)境下各階段的干物質(zhì)及磷素積累量均隨供磷量增施而增加。在漸增階段，干物質(zhì)積累的持續(xù)時間T漸在L1、L2光條件下，均在P2處理下最長。L1環(huán)境下， P1、P2、P3產(chǎn)量分別較對照P0增加7.73%、12.16%、10.60%，而L2環(huán)境下，P1、P2、P3產(chǎn)量分別較對照P0增加7.80%、12.85%、11.44%，說明增施磷對大豆產(chǎn)量的促進(jìn)作用在L2環(huán)境下更大，且隨著施磷量增加，促進(jìn)作用增強(qiáng)。可見適當(dāng)增施磷肥可補(bǔ)償苗期因弱光脅迫對磷素與干物質(zhì)積累造成的不利影響，從而促進(jìn)了大豆產(chǎn)量的增加。

因此，本研究可以闡釋在大田條件下，大豆與玉米間作時，增施磷肥有利于緩解因玉米對大豆的前期遮光而導(dǎo)致的減產(chǎn)，實現(xiàn)大豆穩(wěn)產(chǎn)，甚至增產(chǎn)[32]，從而為闡明間作條件下增施磷肥促進(jìn)大豆增產(chǎn)的作用機(jī)制提供了有利依據(jù)。而增施磷肥對大豆不同生育期遮復(fù)光的補(bǔ)償作用，及全生育期遮光的影響特征如何，尚需進(jìn)一步研究。

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