磷水平及不同作物伴生對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)及磷吸收的影響

摘要：本研究采用盆栽試驗(yàn)法，設(shè)置3個(gè)磷水平，即P2O5施用量分別為0（P0）、100（P100）、200（P200）mg/kg干基質(zhì)，以番茄品種東農(nóng)708為主栽作物，分別與油菜、芝麻菜、芥菜、蘿卜、黃瓜、萵苣、小麥、大豆、番茄9種作物伴生，以番茄單株種植為對(duì)照，研究磷水平及不同作物伴生對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)及磷吸收的影響。結(jié)果表明，與番茄單株種植相比，PO水平下，不同作物伴生對(duì)番茄幼苗株高、莖粗、干鮮重及根系形態(tài)均無顯著影響，而油菜、萵苣、小麥和大豆伴生對(duì)番茄幼苗磷吸收有顯著的促進(jìn)作用：P100水平下，芝麻菜、蘿卜、黃瓜、萵苣、小麥、大豆和番茄共7種作物伴生對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)有顯著的抑制作用，且黃瓜伴生對(duì)番茄幼苗磷吸收產(chǎn)生顯著的抑制作用，僅油菜伴生顯著促進(jìn)番茄幼苗的磷吸收：P200水平T，蘿卜和黃瓜伴生對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)有顯著的抑制作用，其余7種作物對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)無顯著影響，所有伴生作物對(duì)番茄幼苗磷吸收均無顯著影響。

關(guān)鍵詞：磷水平；伴生作物；番茄；幼苗生長(zhǎng)：磷吸收

中圖分類號(hào)：S641.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024） 08-0103-07

磷是作物生長(zhǎng)必需的大量元素之一，作物根系吸收的無機(jī)磷（P）在土壤中易被結(jié)合為不溶性絡(luò)合物，導(dǎo)致土壤中磷的有效性低。這往往會(huì)造成作物減產(chǎn)及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利影響。間作是利用種間促進(jìn)作用以提高作物產(chǎn)量的栽培方式，在中國(guó)具有悠久的耕作歷史。伴生栽培是間作的一種特殊形式，一方面，伴生作物和主栽作物間的互補(bǔ)性可以充分利用溫度、光照、水分、養(yǎng)分等資源；另一方面，利用伴生作物的特性可以有效保護(hù)土壤，從而減少病原菌和雜草等對(duì)作物造成的不利影響。

作物常常會(huì)通過改變其形態(tài)和生理來適應(yīng)周圍的環(huán)境。這種改變被稱為可塑性響應(yīng)，其在對(duì)資源可用性和互作作物的適應(yīng)性反應(yīng)中起著重要的作用。研究表明，磷肥濃度的升高會(huì)增加加工番茄（Solanum lycopersicum）的株高，促進(jìn)加工番茄鮮重、玉米干重的積累，且可增加青楊（Populus cathayana）的總根長(zhǎng)和細(xì)根長(zhǎng)。也有研究表明，在伴生模式下，針茅（Stipa pulchra）、早熟禾（Poa secunda）、苘麻（Abutilon theophrasti）、豌豆（Pisum sativum）、玉米、小麥等的干重、總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、最大生根寬度、磷吸收等發(fā)生改變。

前人研究表明，施磷和伴生都會(huì)引起作物的可塑性響應(yīng)。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，不同磷水平下，分蘗洋蔥伴生會(huì)使番茄地上部和全株干重及磷含量顯著高于單作，但番茄對(duì)不同磷水平及不同伴生作物的響應(yīng)仍不清楚。因此，本研究以番茄為主栽作物，研究不同磷水平及伴生作物對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)及磷吸收的影響，以了解番茄幼苗在不同磷水平下與不同伴生作物間的互作關(guān)系，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的間套作及磷養(yǎng)分管理提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年5-7月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院設(shè)施蔬菜生理生態(tài)課題組日光溫室中進(jìn)行。

供試土壤為取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)向陽基地的小麥大田土：供試沙子購自哈爾濱美萊生物科技有限公司。試驗(yàn)所用基質(zhì)為大田土與沙子按1：3（體積比）比例混合而成，其基本理化性質(zhì)：銨態(tài)氮含量8.33 mg/kg、硝態(tài)氮34.47 mg/kg、有效磷22.77 mg/kg、速效鉀23.24 mg/kg，pH值7.16（土水比1：5），EC值0.27 mS/cm（土水比1：5）。

供試作物見表1。其中，番茄種子來自于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院番茄研究所，小麥、大豆種子由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院蔬菜生理生態(tài)研究室提供，其余種子購自新春天種子商城。

供試肥料：尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P20516%）、硫酸鉀（K2O 51%），均購自新春天種子商城。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

采用盆栽試驗(yàn)，共設(shè)置3個(gè)磷水平，即P2O5施用量為0（P0）、100（P100）、200（P200）mg/kg干基質(zhì)，每個(gè)磷水平設(shè)置10個(gè)作物種植處理，分別為番茄單株種植（M）、番茄／番茄（Sl）、番茄／油菜（Bc）、番茄／芝麻菜（Es）、番茄／芥菜（Bj）、番茄／蘿卜（Rs）、番茄／黃瓜（Cs）、番茄／萵苣（Ls）、番茄／小麥（Ta）、番茄／大豆（Gm），每處理重復(fù)5次，共150盆，完全隨機(jī)排列。栽培盆高11.5 cm，內(nèi)徑為17.5 cm，每盆裝基質(zhì)3.5 kg，其中氮、鉀添加量均為100 mg/kg干基質(zhì)。

每盆分別播3粒番茄及伴生作物種子，間距為5 cm，待幼苗出土后進(jìn)行間苗，保留整齊一致的番茄和伴生作物各1株（圖1）。種植期間進(jìn)行常規(guī)的田間管理，每隔1天澆1次水，保證水分的正常供應(yīng)，清除雜草且每隔3d調(diào)換1次盆的位置，30 d后對(duì)主栽番茄幼苗進(jìn)行取樣，用于株高、莖粗、干鮮重、根系形態(tài)及磷吸收的分析。單株種植

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

株高使用米尺測(cè)量，莖粗使用游標(biāo)卡尺測(cè)量。將新鮮、潔凈的植株地上部和地下部用電子天平稱鮮重，并于烘箱中105℃殺青30 min后65℃烘干至恒重，用電子天平稱干重。將完整的根系放人盤中，用牙簽將根系擺開（不重疊），先使用根系掃描儀（ScanMaker i800 plus，600 dpi）掃描根系，然后用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)分析其總根長(zhǎng)、根總表面積、根體積、根平均直徑、根尖數(shù)、根系分支數(shù)。烘干后的植株用粉碎機(jī)粉碎，過2mm篩，濃硫酸一雙氧水法消煮，鉬銻抗比色法測(cè)定消煮液磷濃度，并計(jì)算植株磷濃度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2016進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析，當(dāng)主效應(yīng)、交互因素差異顯著時(shí)，用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較各伴生處理和番茄單作之間的差異。使用Origin 2019軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷水平及不同作物伴生對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 對(duì)番茄幼苗株高和莖粗的影響

圖2顯示，磷水平（P）和伴生作物（N）對(duì)番茄幼苗株高均有顯著影響，交互作用（PxN）對(duì)株高影響不顯著。與番茄單株種植相比，P0水平下，各伴生處理番茄幼苗株高無顯著差異；P100水平下，蘿卜、黃瓜和小麥伴生番茄幼苗株高顯著降低：P200水平下，只有黃瓜伴生番茄幼苗株高顯著降低（圖2a）。磷水平（P）對(duì)番茄幼苗莖粗有顯著影響，而伴生作物（N）和交互作用（PxN）對(duì)莖粗均無顯著影響（圖2b）。

2.1.2 對(duì)番茄幼苗干鮮重的影響

從圖3可知，磷水平（P）和伴生作物（N）對(duì)番茄幼苗干鮮重均有顯著影響，交互作用（PxN）只對(duì)番茄幼苗干重有顯著影響。與番茄單株種植相比，P0水平下，不同作物伴生對(duì)番茄幼苗地上部和地下部及全株干鮮重均無顯著影響；P100水平下，萵苣、芝麻菜、黃瓜、小麥伴生顯著降低番茄幼苗地上部干鮮重（圖3a、b），番茄、小麥、大豆、蘿卜、黃瓜伴生顯著降低番茄地下部干鮮重（圖3c、d），萵苣、番茄、小麥、蘿卜、黃瓜伴生顯著減少番茄幼苗的全株干鮮重（圖3e、f），大豆、芝麻菜伴生顯著降低番茄幼苗的全株鮮重（圖3e），而蘿卜和黃瓜伴生對(duì)番茄幼苗地上部、地下部和全株干鮮重均有顯著的負(fù)面影響：P200水平下，蘿卜和黃瓜伴生顯著抑制番茄幼苗的生長(zhǎng)。

2.2 磷水平及不同作物伴生對(duì)番茄幼苗根系形態(tài)的影響

如圖4所示，磷水平（P）對(duì)所有根系形態(tài)指標(biāo)均有顯著影響，伴生作物（N）對(duì)番茄幼苗總根長(zhǎng)、根總表面積和根尖數(shù)有顯著影響，交互作用（PxN）只對(duì)根尖數(shù)有顯著影響。與番茄單株種植相比，P0水平下，不同作物伴生對(duì)番茄幼苗根系形態(tài)沒有顯著影響；P100水平下，番茄、蘿卜、黃瓜、小麥和大豆伴生顯著降低番茄幼苗的總根長(zhǎng)，番茄、芝麻菜、蘿卜、黃瓜和大豆伴生顯著降低番茄幼苗根總表面積，芝麻菜、蘿卜、黃瓜和小麥伴生使番茄幼苗根尖數(shù)顯著減少：P200水平下，蘿卜伴生顯著降低番茄幼苗的總根長(zhǎng)，黃瓜伴生顯著減少番茄幼苗的總根長(zhǎng)及根總表面積。

2.3 磷水平及不同作物伴生對(duì)番茄幼苗磷吸收的影響

磷水平（P）、伴生作物（N）及二者的交互作用（PxN）對(duì)番茄幼苗磷吸收均有顯著影響（圖5）。與番茄單株種植相比，P0水平下，油菜、萵苣、小麥和大豆伴生對(duì)番茄幼苗磷吸收有顯著的促進(jìn)作用；P100水平下，黃瓜伴生對(duì)番茄幼苗磷吸收產(chǎn)生顯著的抑制作用，而油菜伴生對(duì)番茄幼苗磷吸收有顯著的促進(jìn)作用：P200水平下，各處理間番茄幼苗磷濃度無顯著差異。

3 討論與結(jié)論

磷是生物體內(nèi)的重要營(yíng)養(yǎng)元素，參與光合作用、固氮、能量生成等一系列生理代謝，其在土壤中的有效含量會(huì)影響作物的生長(zhǎng)。已有研究表明，在一定范圍內(nèi)，隨著磷濃度的升高，作物的株高、鮮重呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。本研究表明，隨著施磷量的增加，單株種植和伴生處理番茄幼苗的株高、莖粗、干鮮重、根系形態(tài)以及磷吸收均呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)。

本研究中，P0水平下，伴生處理的番茄幼苗株高、莖粗、干鮮重、根系形態(tài)與單株種植處理之間均無顯著差異，這可能是由于養(yǎng)分缺乏，伴生作物競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度較小，對(duì)番茄幼苗影響不大。有研究表明，在一定濃度范圍內(nèi)，隨著供磷強(qiáng)度的增加，作物種間互作效應(yīng)也會(huì)提高。P100水平下，大部分伴生處理的番茄株高、莖粗、干鮮重、總根長(zhǎng)、根總表面積、根尖數(shù)都顯著小于番茄單株種植。推測(cè)養(yǎng)分的增加使得番茄與伴生作物之間的競(jìng)爭(zhēng)加劇，番茄受到來自伴生作物的影響較大：另一方面，發(fā)現(xiàn)本研究中生長(zhǎng)較快、葉片較大的伴生作物（蘿卜、黃瓜）在此供磷水平下對(duì)番茄造成一定程度的遮蔭，而植株根、莖、葉、地上部、地下部和總干鮮重均會(huì)隨著遮陰程度的增加而減小，這也可能是造成該結(jié)果的原因之一：僅油菜伴生顯著增加番茄幼苗的磷濃度，符合梯度脅迫假說，即當(dāng)環(huán)境條件較好時(shí)，種間負(fù)相互作用占主導(dǎo)。P200水平下，與單株種植相比，大部分伴生處理番茄幼苗的生長(zhǎng)和磷吸收均無顯著變化，且番茄幼苗生長(zhǎng)較P100處理降低，表明200mg/kg磷用量過多，抑制番茄幼苗生長(zhǎng)。已有研究表明，土壤EC值的增加會(huì)加大土壤鹽漬化的可能性，不利于作物生長(zhǎng)發(fā)育，且EC值與土壤有效磷含量呈顯著正相關(guān)。但由于本研究未測(cè)添加養(yǎng)分后的EC值，因此還需進(jìn)一步的研究。

此外，有研究表明豆科作物在間作系統(tǒng)中可以促進(jìn)作物的磷吸收。如在白羽扇豆／小麥間作體系中發(fā)現(xiàn)白羽扇豆可促進(jìn)小麥的磷吸收：小麥／蠶豆間作體系比單作小麥或蠶豆提高了磷的利用率。本研究中，P0水平下大豆伴生處理顯著提高了番茄幼苗的磷濃度，這可能是因?yàn)榇蠖够罨烁嗟牧坠┓延酌缥绽谩?/p>

綜上所述，磷水平和作物伴生對(duì)番茄幼苗株高、干鮮重、總根長(zhǎng)、根總表面積、根尖數(shù)和磷濃度有顯著影響，莖粗、根體積、根平均直徑、根分支數(shù)只受到磷水平的影響，且磷水平和伴生作物之間存在顯著的交互影響。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31872156）