土霉素对紫花苜蓿和小麦生长及磷素利用的影响

【摘要】：磷(P)是植物生长必需的大量元素,在植物代谢中起重要作用。土壤中土霉素(OTC)等抗生素的残留可以影响微生物组成和活性,从而影响土壤磷的有效性,进而影响植物生长和对磷的吸收利用。塿土是由褐土经长期耕作和大规模施用粪肥后堆积和增厚形成的,而粪肥中往往含有较高含量的抗生素。为探究抗生素对土壤中磷的利用率和植物对磷吸收的影响机制,本研究选定最常用的兽用抗生素中的土霉素,以紫花苜蓿和小麦为研究对象,以塿土为栽培基质开展了一系列温室盆栽实验。(1)通过向土壤中以磷酸二氢钾(KH_2PO_4)形式添加不同浓度的磷(0、20和80 mg P kg~(–1))和盐酸土霉素(OTC)(0、40和160 mg OTC kg~(–1)),经过短期温室盆栽试验,测定幼苗生物量并利用Win RHIZO根系分析系统获取总根长、根直径等数据,探究这两种因素对苜蓿和小麦幼苗生长和根系发育的影响。(2)分别以磷酸二氢钾和盐酸土霉素形式向土壤中添加不同浓度梯度的磷和土霉素(磷浓度和土霉素浓度均设置为0、25、50和100 mg kg~(–1)),通过测定不同处理下紫花苜蓿的生物量、地上部和根的磷含量和氮含量、土壤碱性磷酸酶活性、根际有机酸组分及数量、根际土壤和非根际土壤p H等,探究土霉素对苜蓿吸收和利用磷的影响机制。(3)向施加外源性粪肥的土壤中添加不同浓度的磷肥和盐酸土霉素(磷浓度和土霉素浓度均设置为0、25、50和100 mg kg~(–1))开展盆栽试验,测定小麦地上部和根干重及磷含量、非根际土壤碱性磷酸酶活性、根际有机酸组分及数量,探究在土壤施粪肥条件下土霉素对小麦磷吸收和利用的影响机制。研究结果表明:(1)在无外源磷添加时,土霉素的添加减少了苜蓿幼苗的地上部和根干物质量;磷添加显著降低了小麦幼苗根质比,在所有磷添加水平下,高水平(160 mg kg~(–1))的土霉素使小麦幼苗根长和根表面积均减少,80 mg kg~(–1)的磷添加显著减少了小麦幼苗根长和根表面积;(2)苜蓿地上部和根干物质量均随外源磷水平升高而增加,而地上部干重随土霉素水平升高而减少,尤其在较低的磷水平(0和25 mg kg~(–1))时;小麦地上部干物质量随着外源磷水平升高而逐渐增加,但随着土霉素水平升高而减少;(3)添加土霉素使苜蓿地上部和根的磷含量有所降低,但没有减少总磷累积量,高水平(100 mg kg~(–1))的土霉素降低了地上部的磷含量,特别是在较低外源磷水平下(0和25 mg kg~(–1));与无土霉素添加相比,添加土霉素使小麦根的磷含量升高,尤其在土霉素水平为50 mg kg~(–1)时,提高了小麦的磷吸收效率,但在土霉素水平为100 mg kg~(–1)时,小麦的磷累积量最少,吸收效率也降低;(4)在无外源磷添加的条件下,随着土霉素添加水平的增加,苜蓿的非根际土壤碱性磷酸酶活性显著降低;当土霉素添加水平为25和50 mg kg~(–1)时,小麦的非根际土壤碱性磷酸酶活性降低。添加磷和土霉素均使苜蓿和小麦根系分泌的有机酸数量减少。土霉素对苜蓿和小麦两种作物的生长更多表现出抑制作用,试验发现土霉素对植物生长、磷吸收和利用效率、碱性磷酸酶活性和有机酸的影响取决于其添加水平以及外源磷的添加水平,其对不同作物的影响也存在差异。该研究结果可为评价抗生素对植物生长和磷吸收利用的影响及指导合理施肥和提高磷肥利用效率提供理论依据。