不同磷肥施用量對油橄欖根際土壤微環境及生長發育的影響

劉 鑫，王 天，宋佳承，焦 健，李朝周*

（1.甘肅農業大學生命科學技術學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省作物遺傳改良和種質創新重點實驗室，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅農業大學林學院，甘肅 蘭州 730070）

油橄欖（Olea europaeaL.）是世界上4種主要的木本油料植物之一［1-2］，原產于地中海沿岸，如今在我國，特別是在甘肅省隴南市也有大面積種植［3-4］。油橄欖具有很好的社會、經濟和生態效益，可為生產橄欖油、藥品、保健品以及工業原料提供大量原材料［5-6］。當前，油橄欖產業和國際油橄欖市場持續擴張，在我國更是飛速發展，我國也成為最大的橄欖油潛在消費市場。甘肅省隴南市自引種油橄欖以來，油橄欖種植面積快速發展，現已達到2萬hm2，橄欖油產量占全國的93%左右，成為國內最大的初榨橄欖油生產基地，部分果園掛果和出油率甚至高于油橄欖的原產地［7］。

磷是植物的重要組成成分，通過多種途徑參與植物體內的新陳代謝過程。增施適量磷肥可顯著提高作物產量［8］，但磷肥過量會導致土壤磷素累積，造成資源浪費，甚至引發水體富營養化等一系列環境問題［9-10］。根際是植物根系周圍受植物、土壤、微生物共同影響的特殊生態微域，具有特殊的物理、化學及生物學特性，也是植物根系自身生命活動影響最直接、最強烈的區域［11］。植物根系的生長和形態與植株地上部生長發育及產量形成密切相關，活躍的根系可以為地上部提供充足的營養、水分和植物激素，從而促進生物產量的形成，而地上部分的良好發育能夠制造充足的碳水化合物并轉運到根系，增強根系功能［11］。

油橄欖自20世紀60年代引進我國以來，一直缺乏系統科學的施肥理論，許多種植戶只能借鑒其他果樹的施肥措施，以致肥料利用效率低下，因此研究制定適合油橄欖生長的肥力營養調控和土壤管理措施是當前油橄欖產業發展亟待解決的問題之一。國內外關于施肥對植物根系生長發育和土壤環境影響的研究眾多，趙家煦等［12］在不同施磷量對大豆產量影響的研究中表明，適量施用磷肥對大豆植株生長和產量均有顯著促進作用；陳波浪等［13］在磷肥對棉田土壤的影響研究中發現施磷可以提高根際土壤酶活性及有效磷含量。關于施肥對油橄欖根系和根際土壤微環境的影響，以及二者互作機制的研究鮮有報道。本文以一年生油橄欖為供試材料，探究不同磷肥施用量對油橄欖幼苗根系生理、根系形態、根際土壤理化性質、土壤肥力相關酶活性以及微生物數量的影響，旨在確定油橄欖苗期最優的磷肥施用量，為促進油橄欖苗期生長，提高經濟效益以及減少資源浪費提供科學合理的施肥理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與供試土壤概況

供試油橄欖幼苗取自甘肅省隴南市武都區的大堡油橄欖試驗園，品種為“鄂植8號”，一年生。供試土壤質地屬壤土，取自大堡油橄欖試驗園內，試驗前進行土壤理化性質測定，具體指標見表1。

表1 土壤理化性質

1.2 試驗方法

油橄欖盆栽于2017年9月25日在甘肅農業大學實驗中心進行。選取生長健壯、長勢一致的油橄欖幼苗，移栽于25 cm×30 cm（口徑×高）的盆中，每盆栽植1株；栽種前將所需氮肥、鉀肥一次性施入供試土壤中并混合均勻，所用氮肥為尿素（N 46%），用量為12 g·株-1；鉀肥為硫酸鉀（K2O 約51%），用量為10 g·株-1，各組處理用量一致，后期不再追肥。為了避免肥料散失，每個盆都配有托盤，移栽后進行充分灌溉，待油橄欖幼苗恢復生長。

磷肥施用量設置5個水平，所用磷肥為磷酸二氫鈉（P2O559%），分析純，由天津市光復科技發展有限公司生產。各處理施肥量折合P2O5含量分別為15、30、45、60和75 g·株-1，分別記作P1、P2、P3、P4和P5，另設不施肥（CK）為對照，各處理設9個重復。于2017年10月25日進行額外施加磷肥處理，施肥前將各處理所用全部磷肥充分溶于水中，以溶液形式一次性施入油橄欖幼苗根系周圍，施肥后充分灌溉。試驗過程中，除磷肥施用量外，各處理的油橄欖幼苗灌溉、光照等試驗條件均保持一致。

1.3 油橄欖根系及根際土樣采集

于2018年10月25日進行油橄欖根系、根際土樣的采集。

根系采集：選取各處理中長勢相似的油橄欖幼苗，將植株完整取出，并在其根系近地面處剪斷，抖落余土，置根系于輕緩的流水下沖洗干凈，取部分根系用吸水紙吸干進行根系生理指標測定；其余根系均勻分展開，進行根系形態指標的測定。

根際土樣采集：根際土壤取樣時，先用土壤刀從油橄欖基部開始，逐層挖去上層土壤，直至側根暴露后將其剪下，將側根和須根上附著的土壤輕輕抖落于密封袋中保存。所取的根際土壤分為2份，一份用于土壤肥力相關酶以及微生物含量測定；另一份放置于實驗室自然風干，用于后續理化性質及養分含量的測定。

1.4 指標及測定方法

1.4.1 根系生理及根系形態指標

根系含水量：采用稱重法，計算公式為：含水量=（Wf-Wd）/Wd×100%，式中Wf為根系鮮重，Wd為根系干重。根系活力、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量采用鄒琦［14］的方法。根系形態：使用數字化掃描儀（EPSON Perfection V700 Photo/V750 Pro，日本）對各處理的根系分別進行掃描，掃描完成后運用Win-RHIZOTM2008a（加拿大）對掃描后的根系圖像進行形態指標的分析。根系掃描后的總根長、根表面積、根平均直徑、根體積以及根尖數可以通過圖片分析直接獲得［15］。

1.4.2 生長發育指標

株高：以植株最高部位（頂端生長中心）距地面的高度為準，用直尺測量；莖粗：以油橄欖近地面處地上莖的直徑代表，用游標卡尺測量；根干重與地上部干重：將植株從莖基部剪下，獲得完整的根系和地上部分；用蒸餾水沖洗干凈，用濾紙擦干表面水分后置于烘箱中，105℃下殺青20 min，85℃烘干至恒重（精確至0.01 g），用電子天平稱重，分別記錄根干重、地上部干重；根冠比=根干重 / 地上部干重。

1.4.3 土壤理化指標

去除所采集根際土壤中的雜物和石塊，過2 mm篩后混合均勻，進行下列指標測定：

pH采用雷磁25型酸度計，1∶5土水質量比浸提法；堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀、有機質含量采用鮑士旦［16］的方法。

1.4.4 土壤肥力相關酶

土壤酶活性的測定根據關松蔭［17］的方法，土壤蔗糖酶活性、脲酶活性、堿性磷酸酶活性、過氧化氫酶活性分別采用3，5-二硝基水楊酸比色法、靛酚藍比色法、磷酸苯二鈉比色法、高錳酸鉀滴定法測定。

1.4.5 土壤微生物數量

細菌數量：采用牛肉膏蛋白胨培養基培養法；放線菌數量：采用高氏1號培養基培養法；真菌數量：采用改良馬丁氏培養基（每1000 mL培養基中加1%孟加拉紅水溶液0.33 mL、1%鏈霉素0.3 mL）培養法。結果計算：每克基質中菌數=（菌落平均數×稀釋倍數×10） / 基質［18］。

1.5 數據處理

采用Excel 2013對數據進行處理和繪圖，數據用“平均值±標準誤差”表示，采用SPSS 19.0對數據進行差異顯著性分析，采用Ducan法進行各指標間差異的顯著性比較，不同英文小寫字母表示處理間差異達顯著水平（P<0.05），各項指標重復測定3～5次。

2 結果與分析

2.1 不同磷肥施用量對油橄欖根系生理的影響

增施磷肥對油橄欖根系活力影響顯著，其中P3處理根系活力達到峰值（圖1A），較CK提高了80.06%，說明適量增施磷肥可大幅度提高油橄欖根系活力；高濃度的磷肥施用（P4、P5）使根系活力大幅度降低，分別比CK降低了12.28%和14.36%，這可能因為過量的磷肥對根系造成一定程度的滲透脅迫，損傷根系。由圖1B可知，各處理下油橄欖根含水量隨磷肥施用量的增加先升高后降低，其中P1、P2、P3處理下的根含水量分別較CK增長了9.73%、9.94%、15.27%，說明磷營養改善了根系的水分狀況，但P5處理的根含水量顯著低于包括CK在內的其他處理，這可能與土壤中磷素過多導致土壤溶液濃度升高，從而造成根系吸水困難有關。

從圖1C、D、E可以看出，施用磷肥整體上提高了油橄欖根系中可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的含量，且三者均隨磷肥施用量增加呈現先升高后降低的趨向。其中，P3處理下根系中可溶性糖和脯氨酸含量較CK增長最高，較CK分別增長了115.15%和54.88%。可溶性蛋白含量增長趨勢較為平緩，但各磷肥處理總體上均高于CK，且在P3處理出現最大值，比CK增加了33.03%。整體來看，施用適量磷肥提高了油橄欖根系的滲透調節能力。

2.2 不同磷肥施用量對油橄欖根系形態的影響

由圖2A、B可知，油橄欖根系總長度和根表面積隨磷肥施用量的增加呈現先升高后降低的變化趨勢，且均在P3處理達到峰值，分別比CK增高了133.79%和114.36%，增長顯著；但隨施肥量持續增加，P5處理的油橄欖總根長和根表面積較CK明顯下降，分別降低了30.16%和12.16%。

與根長和根表面積的變化趨勢相似，隨磷肥施用量的增加，油橄欖幼苗根體積呈現低水平促進、高水平抑制的變化趨勢（圖2C）。在P3處理下，根體積達到最大值，較CK增加了51.22%；P5處理下油橄欖根體積最小，較CK降低了5.21%。

由圖2D可知，油橄欖根平均直徑隨著施磷量的增加先降低后升高，并在P2處理降到最低，較CK降低了20.65%；P5處理根平均直徑達到最大，較CK提高了26.85%。結合上述指標來看，中量施磷處理下油橄欖根系整體變長、變細，吸收面積變大，使油橄欖在土壤中的吸收范圍更深、更廣。從圖2E可以看出，P2處理的油橄欖根尖數較CK增加了132.63%，效果最為顯著；而P5處理的根尖數顯著低于CK，僅為CK根尖數的49.63%。

整體上看，施用適量磷肥可以促進油橄欖根系生長發育，優化根系在土壤中的空間分布，而過量磷肥會導致根系受到脅迫，抑制根系生長。

2.3 不同磷肥施用量對油橄欖株高、莖粗、生物量及根冠比的影響

由圖3可知，磷素供應不足會影響油橄欖植株的生長發育。總體上看，隨磷肥施用量的增加，油橄欖幼苗株高和莖粗均出現先升高后降低的變化趨勢（圖3A、B）。除P5處理外，其余各施磷處理油橄欖株高均大于CK，P1～P4處理較CK分別增加了3.00%、8.50%、10.06%和2.08%，其中P3處理效果最為顯著，但總體上增長幅度較小；在P3處理下，油橄欖莖粗達到最大值，較CK增加了15.41%。

由圖3C、D可以看出，根干重與地上部干重的最大值均為P3處理，二者隨磷肥施用量的增大呈現單峰增加的變化模式。P3處理根干重與地上部干重較CK分別增加了72.48%和28.13%；在磷肥施用量過高的條件下（P5），根干重與地上部干重均有不同程度的降低，較CK分別降低了5.73%和9.69%（P<0.05）。

根冠比反映了根系與地上部生長的協調狀況。圖3E顯示，磷肥增施提高了油橄欖幼苗根冠比，各施磷處理根冠比均高于CK，P3處理根冠比達到峰值，較CK增加了34.52%。

總體來看，P3處理效果最佳。適宜的磷肥用量可以增加油橄欖干物質累積，對植物生長發育起到促進作用，而磷肥濃度過高則會抑制植株生長。

2.4 不同磷肥施用量對油橄欖根際土壤pH及速效養分含量的影響

由表2可知，油橄欖根際土壤pH隨磷肥施用量的增加略有降低，P1～P5處理較CK分別降低了1.29%、2.42%、4.55%、6.51%和9.07%，這 是由于酸性磷肥的施用降低了土壤pH。隨磷肥施用量的增加，油橄欖根際土壤中堿解氮含量先升高后降低，各施磷處理土壤堿解氮含量均高于CK，在P3處理下出現最大值，較CK增加了105.57%（P<0.05）。有效磷的含量隨磷肥施用量增加不斷上升，各施肥處理的土壤中有效磷均高于CK，分別較CK增加了25.44%、81.05%、110.63%、188.52%和201.34%，可以看出，與CK處理相比，高用量磷肥處理（P4、P5）土壤中有效磷含量增長十分明顯，可能與磷肥過量不能被植物體充分吸收利用相關。土壤中速效鉀含量隨磷肥施用量增加出現先降低后升高的變化模式，P1～P5處理速效鉀含量較CK分別降低了7.47%、18.78%、16.65%、3.90%和5.78%，其中P2處理速效鉀含量最低（P<0.05）。

表2 不同磷肥施用量對油橄欖根際土壤pH及速效養分含量的影響

2.5 不同磷肥施用量對油橄欖根際土壤全量養分及有機質含量的影響

由表3可知，磷肥的施用使土壤全氮含量略有增加，各處理下土壤全氮含量大小為P3>P5>P4>P2>P1>CK，其中P3處理較CK增加了5.38%。

表3 不同磷肥施用量對油橄欖根際土壤全量養分及有機質含量的影響

油橄欖根際土壤全磷含量隨磷肥用量的增加而不斷增大，P1～P5處理全磷含量較CK分別增加了7.44%、30.67%、33.21%、45.37%和47.19%，說明磷肥可以加速全磷在土壤中的累積。

隨磷肥施用量的增加，土壤中全鉀含量整體上呈現先降低后升高的變化趨勢。各磷肥處理組土壤全鉀含量均小于CK，分別較CK降低了18.70%、11.62%、20.87%、13.25%和2.01%，其最小值出現在P3處理。與土壤全鉀含量變化趨勢相反，土壤有機質含量在P3處理下達到最大，較CK增加了52.30%，說明增施適量磷肥可以增加油橄欖根際土壤中有機質含量。

2.6 不同磷肥施用量對油橄欖根際土壤肥力相關酶活性的影響

由圖4A可以看出，脲酶活性隨磷肥施用量的增加而降低，P1～P5處理脲酶活性較CK分別降低了29.95%、42.78%、46.03%、64.48%和71.84%。由于各處理土壤施氮、施鉀量均保持一致，故隨著磷肥施用量的增加，土壤pH有所下降，影響了脲酶的活性。

油橄欖根際土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性均隨磷肥施用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢（圖4B、C）。其中蔗糖酶活性在P3處理下達到最大值（圖4B），比CK提高了67.11%；但隨磷肥施用量持續增加，P5處理酶活性低于CK，較CK降低了12.02%。5組施磷處理中堿性磷酸酶活性均高于對照組（圖4C），較CK分別增加了13.43%、66.49%、108.82%、142.06%和77.07%，其中P4處理堿性磷酸酶活性最強。從圖4D中可以看出，過氧化氫酶活性變化幅度相對較為平緩，且隨磷肥施用量的提高呈現低水平促進、高水平抑制的趨勢，但各施磷處理過氧化氫酶活性均高于CK，P3處理下酶活性達到最大值，較CK處理提高了56.92%。由此可見，適量施用磷肥可以顯著提高土壤肥力相關酶活性，但繼續增加磷肥施用量會導致土壤酶活性降低。

2.7 不同磷肥施用量對油橄欖根際土壤微生物數量的影響

從表4可以看出，不同施肥處理油橄欖根際土壤微生物數量存在明顯差異，其中細菌占絕對優勢，放線菌次之，真菌最少。隨著磷肥施用量的提高，油橄欖根際土壤中細菌數量呈現先升高后降低的變化趨勢。相較于CK，P1～P4磷肥處理土壤細菌數量均有提高，較CK分別增加了1.75%、14.43%、40.08%和12.75%，但P5處理土壤細菌含量較CK降低了10.60%。

隨磷肥施用量增大，油橄欖根際土壤放線菌數量出現低促高抑的反應。除P5處理外，各施磷處理土壤放線菌數量均高于CK，且在P3處理下達到峰值，較CK增加了117.06%，說明適量增施磷肥有助于土壤中放線菌的快速繁殖。

土壤中真菌數量隨磷肥施用量的增大呈現先降低后升高的趨勢，且在P3處理時土壤中真菌數量最低，為CK的76.43%；P5處理真菌含量最高，較CK增加了38.75%。由表4可以看出，施用適量磷肥可以顯著提高土壤細菌與真菌的比值（B/F）。在P3處理下，土壤B/F最高，為CK的1.83倍（P<0.05）。

表4 不同磷肥施用量對油橄欖根際土壤微生物數量的影響

3 討論

根際是植物根系-土壤-微生物相互作用的特殊微生態環境［11］。根際土壤速效與全量養分、土壤肥力相關酶活性以及微生物數量與種類是評價土壤肥力和土壤質量的重要指標［15］。土壤酶主要來源于微生物代謝分泌和植物根系的自身分泌，是土壤物質和能量代謝旺盛程度的重要體現，土壤中多種重要的生化反應都是在相關土壤酶作用下完成的［19-20］。朱叢飛等［21］在對油茶的研究中發現，隨磷肥施用量的增加，根際土壤有效磷含量呈上升趨勢，有機質含量呈先上升后下降趨勢，而堿解氮和速效鉀均呈下降趨勢；磷酸酶、過氧化氫酶及蔗糖酶活性先增高后降低，脲酶活性呈下降趨勢。潘芳慧等［22］研究表明，蔗糖酶的活性隨磷肥增施先降低后升高，而對磷酸酶的活性表現抑制作用。本研究結果顯示，增施適量磷肥增加了根際土壤中堿解氮、有效磷和有機質含量，并顯著降低了根際土壤pH，這說明磷的施用可以增加土壤速效養分的積累，提高根系對土壤水分的利用效率；而根際土壤pH的改變在一定程度上是由于酸性磷肥的施用和土壤微生物的活動所致。增施磷肥使土壤中堿性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性均有顯著提高，但隨磷肥施用量的增大，土壤中脲酶活性持續降低，這可能與施磷處理降低了根際土壤pH，同時加速了氮的消耗有關。黃瑩等［23］在對玉米的研究中提出，施磷肥土壤全磷、全氮含量有升高趨勢，但全鉀含量呈下降趨勢；本試驗結果與其一致，增施適量磷肥顯著提高了油橄欖根際土壤全氮、全磷含量；土壤速效鉀與全鉀含量隨磷肥施用量的增加出現先降低后增加的變化趨勢，說明磷肥在一定程度上有效促進了油橄欖的生長發育，從而增加了油橄欖幼苗對鉀營養的攝取，導致土壤鉀元素降低。

長期以來，施肥如何影響土壤微生物的研究一直是土壤生態學研究的熱點問題。肥料的施入可直接影響土壤物理性質和化學成分，從而引起土壤微生物數量、活性和群落結構發生改變［24］。Ndayegamiye等［25］研究表明長期施肥可顯著提高土壤中細菌、真菌和放線菌的數量。朱叢飛等［21］發現隨磷肥施用量的增加，細菌、真菌及放線菌數量呈先上升后下降趨勢。本文研究結果顯示，增施磷肥后土壤中細菌、放線菌數量顯著增加，總體呈現隨磷肥施用量增加先升高后降低的變化趨勢；而真菌數量的變化與之相反，這與Nanda等［26］研究結果一致。總的來說，增施適量磷肥可增加土壤中有益菌含量，提高B/F，為植物生長發育創造良好環境。

根系作為植物與土壤之間物質相互交換的主要場所，對植株水分、營養物質的吸收和利用起到重要作用［27］。磷肥是影響作物根系生長的重要因素，施加磷肥可以顯著加速作物根系生長，提高根干重，從而增強作物對養分的吸收、積累和增強作物抗瘠薄能力［28-29］。根系活力可以在一定程度上反映作物吸收水分和養分的能力，根系活力越高，吸收能力就越強。本試驗結果顯示，適量增施磷肥可顯著提高油橄欖根系可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量，提高油橄欖根系活力和含水量。這說明增施適量磷肥能有效促進油橄欖幼苗根系細胞中滲透調節物質的累積，降低細胞滲透勢，增強根系活力，緩解外界環境對油橄欖根系生長造成的損傷，從而增強油橄欖幼苗根系的吸收和保水能力。若磷肥過量，會導致根系活力減弱，根系含水量明顯降低，這可能與土壤鹽分濃度過高對根系造成了一定程度的鹽脅迫有關。也有研究指出，增施磷肥可顯著增加小麥的總根長和根表面積［30］。本試驗發現，增施磷肥可提高油橄欖的總根長、根表面積、根體積與根尖數，但根平均直徑整體上呈下降趨勢，由此可知，適量施磷處理使油橄欖根系整體變長，細根增多。總體上看，油橄欖會通過根系形態的改變來響應土壤中的磷營養，尤其對于磷這種擴散速率低、移動性差的營養元素而言，根系形態的優化可能是針對其在土壤中利用率低的一種補償機制。

眾多研究表明，適當的施用磷肥可以促進碳水化合物在植株體內的運輸和轉移，有利于植株的生長發育，增加地上部、地下部干物質積累，從而提高植物基徑、株高、生長量和根冠比，使作物增產［31-36］。根冠比的大小反映了植物地下部分和地上部分的相關性，研究根冠比對合理利用肥料、調控作物生長有重要的指導意義。本試驗結果與前人結果相似，通過增施磷肥，油橄欖株高、莖粗、根干重、地上部干重及根冠比均有不同程度的提高，說明增施適量磷肥可以促進光合產物由地上部分向根系的運輸，有利于油橄欖根系和地上部的生長，從而對油橄欖植株整體的生長發育產生積極影響。

4 結論

增施適量磷肥可降低油橄欖根際土壤pH，增加土壤中養分含量，增強土壤肥力相關酶的活性，整體上改善油橄欖根際土壤理化性質和生物學性質，提高土壤質量；此外，施磷還提高了油橄欖根系滲透調節能力，增強了根系活力，促進了根系生長，優化其在土壤中的空間分布，最終表現為油橄欖的株高、莖粗、地上部干重、根干重和根冠比均有顯著提高。總之，增施適量磷肥對于油橄欖根際土壤微環境及根系發育皆有積極的影響，并以每株45 g磷肥施用量效果最佳。