磷水平及不同作物伴生對番茄幼苗生長及磷吸收的影響

摘要：本研究采用盆栽試驗法，設置3個磷水平，即P2O5施用量分別為0（P0）、100（P100）、200（P200）mg/kg干基質，以番茄品種東農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照，研究磷水平及不同作物伴生對番茄幼苗生長及磷吸收的影響。結果表明，與番茄單株種植相比，PO水平下，不同作物伴生對番茄幼苗株高、莖粗、干鮮重及根系形態均無顯著影響，而油菜、萵苣、小麥和大豆伴生對番茄幼苗磷吸收有顯著的促進作用：P100水平下，芝麻菜、蘿卜、黃瓜、萵苣、小麥、大豆和番茄共7種作物伴生對番茄幼苗生長有顯著的抑制作用，且黃瓜伴生對番茄幼苗磷吸收產生顯著的抑制作用，僅油菜伴生顯著促進番茄幼苗的磷吸收：P200水平T，蘿卜和黃瓜伴生對番茄幼苗生長有顯著的抑制作用，其余7種作物對番茄幼苗生長無顯著影響，所有伴生作物對番茄幼苗磷吸收均無顯著影響。

關鍵詞：磷水平；伴生作物；番茄；幼苗生長：磷吸收

中圖分類號：S641.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024） 08-0103-07

磷是作物生長必需的大量元素之一，作物根系吸收的無機磷（P）在土壤中易被結合為不溶性絡合物，導致土壤中磷的有效性低。這往往會造成作物減產及對農業生產造成不利影響。間作是利用種間促進作用以提高作物產量的栽培方式，在中國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性可以充分利用溫度、光照、水分、養分等資源；另一方面，利用伴生作物的特性可以有效保護土壤，從而減少病原菌和雜草等對作物造成的不利影響。

作物常常會通過改變其形態和生理來適應周圍的環境。這種改變被稱為可塑性響應，其在對資源可用性和互作作物的適應性反應中起著重要的作用。研究表明，磷肥濃度的升高會增加加工番茄（Solanum lycopersicum）的株高，促進加工番茄鮮重、玉米干重的積累，且可增加青楊（Populus cathayana）的總根長和細根長。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、根尖數、最大生根寬度、磷吸收等發生改變。

前人研究表明，施磷和伴生都會引起作物的可塑性響應。本課題組前期研究發現，不同磷水平下，分蘗洋蔥伴生會使番茄地上部和全株干重及磷含量顯著高于單作，但番茄對不同磷水平及不同伴生作物的響應仍不清楚。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番茄幼苗生長及磷吸收的影響，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系，以期為農業生產中的間套作及磷養分管理提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年5-7月在東北農業大學園藝園林學院設施蔬菜生理生態課題組日光溫室中進行。

供試土壤為取自東北農業大學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。試驗所用基質為大田土與沙子按1：3（體積比）比例混合而成，其基本理化性質：銨態氮含量8.33 mg/kg、硝態氮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業大學園藝園林學院番茄研究所，小麥、大豆種子由東北農業大學園藝園林學院蔬菜生理生態研究室提供，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 試驗設計及方法

采用盆栽試驗，共設置3個磷水平，即P2O5施用量為0（P0）、100（P100）、200（P200）mg/kg干基質，每個磷水平設置10個作物種植處理，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5次，共150盆，完全隨機排列。栽培盆高11.5 cm，內徑為17.5 cm，每盆裝基質3.5 kg，其中氮、鉀添加量均為100 mg/kg干基質。

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）。種植期間進行常規的田間管理，每隔1天澆1次水，保證水分的正常供應，清除雜草且每隔3d調換1次盆的位置，30 d后對主栽番茄幼苗進行取樣，用于株高、莖粗、干鮮重、根系形態及磷吸收的分析。單株種植

1.3 測定項目與方法

株高使用米尺測量，莖粗使用游標卡尺測量。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根系分析系統分析其總根長、根總表面積、根體積、根平均直徑、根尖數、根系分支數。烘干后的植株用粉碎機粉碎，過2mm篩，濃硫酸一雙氧水法消煮，鉬銻抗比色法測定消煮液磷濃度，并計算植株磷濃度。

1.4 數據處理與分析

試驗數據用Microsoft Excel 2016進行整理統計，采用SPSS 17.0軟件進行雙因素方差分析，當主效應、交互因素差異顯著時，用獨立樣本t檢驗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 結果與分析

2.1 磷水平及不同作物伴生對番茄幼苗生長的影響

2.1.1 對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）對番茄幼苗株高均有顯著影響，交互作用（PxN）對株高影響不顯著。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）對番茄幼苗莖粗有顯著影響，而伴生作物（N）和交互作用（PxN）對莖粗均無顯著影響（圖2b）。

2.1.2 對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）對番茄幼苗干鮮重均有顯著影響，交互作用（PxN）只對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番茄幼苗地上部、地下部和全株干鮮重均有顯著的負面影響：P200水平下，蘿卜和黃瓜伴生顯著抑制番茄幼苗的生長。

2.2 磷水平及不同作物伴生對番茄幼苗根系形態的影響

如圖4所示，磷水平（P）對所有根系形態指標均有顯著影響，伴生作物（N）對番茄幼苗總根長、根總表面積和根尖數有顯著影響，交互作用（PxN）只對根尖數有顯著影響。與番茄單株種植相比，P0水平下，不同作物伴生對番茄幼苗根系形態沒有顯著影響；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，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顯著減少：P200水平下，蘿卜伴生顯著降低番茄幼苗的總根長，黃瓜伴生顯著減少番茄幼苗的總根長及根總表面積。

2.3 磷水平及不同作物伴生對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、小麥和大豆伴生對番茄幼苗磷吸收有顯著的促進作用；P100水平下，黃瓜伴生對番茄幼苗磷吸收產生顯著的抑制作用，而油菜伴生對番茄幼苗磷吸收有顯著的促進作用：P200水平下，各處理間番茄幼苗磷濃度無顯著差異。

3 討論與結論

磷是生物體內的重要營養元素，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影響作物的生長。已有研究表明，在一定范圍內，隨著磷濃度的升高，作物的株高、鮮重呈現先增加后降低的趨勢。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、根系形態以及磷吸收均呈現先增加后降低趨勢。

本研究中，P0水平下，伴生處理的番茄幼苗株高、莖粗、干鮮重、根系形態與單株種植處理之間均無顯著差異，這可能是由于養分缺乏，伴生作物競爭強度較小，對番茄幼苗影響不大。有研究表明，在一定濃度范圍內，隨著供磷強度的增加，作物種間互作效應也會提高。P100水平下，大部分伴生處理的番茄株高、莖粗、干鮮重、總根長、根總表面積、根尖數都顯著小于番茄單株種植。推測養分的增加使得番茄與伴生作物之間的競爭加劇，番茄受到來自伴生作物的影響較大：另一方面，發現本研究中生長較快、葉片較大的伴生作物（蘿卜、黃瓜）在此供磷水平下對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隨著遮陰程度的增加而減小，這也可能是造成該結果的原因之一：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，即當環境條件較好時，種間負相互作用占主導。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和磷吸收均無顯著變化，且番茄幼苗生長較P100處理降低，表明200mg/kg磷用量過多，抑制番茄幼苗生長。已有研究表明，土壤EC值的增加會加大土壤鹽漬化的可能性，不利于作物生長發育，且EC值與土壤有效磷含量呈顯著正相關。但由于本研究未測添加養分后的EC值，因此還需進一步的研究。

此外，有研究表明豆科作物在間作系統中可以促進作物的磷吸收。如在白羽扇豆／小麥間作體系中發現白羽扇豆可促進小麥的磷吸收：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，這可能是因為大豆活化了更多的磷供番茄幼苗吸收利用。

綜上所述，磷水平和作物伴生對番茄幼苗株高、干鮮重、總根長、根總表面積、根尖數和磷濃度有顯著影響，莖粗、根體積、根平均直徑、根分支數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。

基金項目：國家自然科學基金項目（31872156）