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紫花苜蓿磷硒高效利用的根际调控

彭琪  
【摘要】:磷(P)在植物生长发育过程中起着至关重要的作用,由于磷酸盐在土壤溶液中溶解性差、扩散慢,以及土壤颗粒对其的高吸附性,土壤中有效P含量普遍较低。土壤缺P制约了大多数作物的生产。硒(Se)是人和动物必需的微量元素,缺Se会引发多种疾病。适量的Se能促进植物生长,提高作物产量。通过土壤施Se,提高植物Se含量,进一步提高食物链Se水平,是人、畜补Se的重要途径。在土壤-植物系统中,P和Se之间存在复杂的交互作用,合理的P、Se配施可以提高作物产量并改善作物品质。紫花苜蓿是一种多年生的豆科植物,其对土壤P供应变化敏感,对Se也有一定的积累能力。根际环境决定P和Se的形态和生物有效性,对提高作物的P、Se利用效率至关重要。本研究通过开展温室盆栽试验,拟明确黄绵土中P、Se配施对紫花苜蓿生长和P、Se累积的影响,以紫花苜蓿根部生理生态变化调控P和Se吸收、累积、转运为主线,探究丛枝菌根真菌(AMF)-P-Se互作条件下P和Se高效利用的根际调控机理。主要进展有:(1)硒酸盐和亚硒酸盐对紫花苜蓿幼苗生长有不同的抑制浓度节点,且硒酸盐的生理毒性大于亚硒酸盐。施入不同浓度的硒酸盐和亚硒酸盐对紫花苜蓿种子发芽率无显著影响,七天后均能正常发芽,但随Se添加量增加会抑制幼苗生长。与不加Se的对照相比,当硒酸盐添加量达到2 mg·kg~(-1),亚硒酸盐添加量达到4 mg·kg~(-1),幼苗各项生长指标均显著下降。发芽试验表明,在黄绵土中种植紫花苜蓿,适宜的硒酸盐和亚硒酸盐添加量范围分别为0–2 mg·kg~(-1)和0–4mg·kg~(-1)。(2)磷酸盐和亚硒酸盐配施对植物吸收P、Se的影响存在浓度效应。适量的磷酸盐和亚硒酸盐配施可以促进紫花苜蓿生长和P、Se累积,过量施入会产生抑制作用。在黄绵土中种植紫花苜蓿,磷酸盐和亚硒酸盐最佳施用量分别为5 mg P kg~(-1)和1–2 mg Se kg~(-1),在此条件下可以达到最大的P肥利用率和苜蓿P、Se累积量。随施P量增加,土壤中交换态Se(EX-Se)和有机质结合态Se(OR-Se)含量分别降低了12%–23%和23%–47%;而可溶态Se(SOL-Se)和铁锰氧化物结合态Se(Fe-Se)含量分别增加了23%–81%和8%–40%。结果表明在低P环境下,土壤对磷酸盐的吸附量大于亚硒酸盐,导致土壤溶液中可利用态Se(SOL-Se)含量增加,促进植物对Se的吸收。过量施入P导致土壤p H值下降了0.23–0.75个单位。p H降低促使可利用态Se转化为稳定态Se(Fe-Se),抑制苜蓿对Se的吸收。施Se促进土壤中较稳定态P向有效P转化,从而提高P肥利用率。随施Se量增加,Ca_8-P和Fe-P含量分别下降了7%–26%和10%–50%,Ca_2-P含量增加了7.4%–41%。在磷酸盐和亚硒酸盐配施条件下,土壤无机P组分和Se组分发生变化,适量的磷酸盐和亚硒酸盐配施比例对促进苜蓿对P和Se的吸收利用起着至关重要的作用。(3)根际羧酸盐分泌和碱性磷酸酶活性的变化是影响紫花苜蓿吸收利用P和Se的重要因素。接种AMF和施P促进了苜蓿生长,对苜蓿P和Se累积均有积极作用。P0+AMF处理下的根际羧酸盐数量和根际土壤碱性磷酸酶活性均显著高于其他处理。根际土壤EX-Se含量与羧酸盐数量呈显著正相关,羧酸盐释放促进其他形态的Se向有效态Se转化。接种AMF和低P环境促进紫花苜蓿根系分泌羧酸盐,尤其是柠檬酸,并提高根际土壤碱性磷酸酶活性,该过程是提高土壤P、Se生物有效性的关键过程。(4)局部施用P肥会通过促进紫花苜蓿根系释放羧酸盐,尤其是酒石酸,并削弱根系与微生物之间的养分竞争来提高P的生物有效性。分根试验结果表明局部施P刺激了根系生长并诱导根际酸化。相较于均质土壤养分环境,当养分在土壤中呈斑块状分布时,微生物和根系之间的竞争作用弱化,进一步促进根系对养分的吸收。在分根系统中,Se从地上部到根A(不加P、Se或单独加P的根室)的转运系数为0.6–0.95,且相较于均质P\Se处理,异质P\Se处理下Se转运能力更强,局部施Se更有利于苜蓿对P的吸收。Se在苜蓿体内较高的转运能力提高了P肥利用率。


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