趙洪猛，楊貴婷，劉之廣*，張 民,*，王慶彬，王懷利，楊子江

（1 土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018；2 養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東臨沭 276700）

磷對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的增加起著至關(guān)重要的作用[1]。由于磷易通過表面反應(yīng)、生物固定、化學(xué)沉淀、閉蓄機(jī)制等方式被土壤吸附固定致使其移動(dòng)較差[2-3]，大大降低了當(dāng)季磷肥利用率。濱海鹽化潮土是濱海地區(qū)潮土在主導(dǎo)成土過程中附加鹽化過程而形成的，主要分布在黃河沖積平原的北部，鹽分含量在0.1%～1.0%左右。由于土壤pH呈堿性，鈣、鎂等離子對(duì)磷的固定能力較強(qiáng)，易造成土壤磷供應(yīng)障礙，屬于典型的農(nóng)作物中低產(chǎn)田。本文針對(duì)鹽化潮土磷素利用率低的問題，研發(fā)了一種包膜磷肥及其增效劑，可在農(nóng)民傳統(tǒng)施肥模式的條件下提高土壤供磷水平和作物當(dāng)季磷肥利用率，對(duì)于保障濱海鹽化潮土糧食安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。

包膜磷肥通過聚合物包覆形式調(diào)控養(yǎng)分釋放[4]，減少磷素?fù)p失及土壤固定，從而提高磷肥有效性[5-6]，同時(shí)可節(jié)約有限磷礦資源，降低磷肥過量施用帶來(lái)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[7]。陳琪等[8]研究表明，包膜磷酸二銨較普通磷酸二銨可以顯著增加小麥產(chǎn)量，提高磷素利用率。植物誘抗劑是一類具有安全衛(wèi)生、高抗及多抗等特點(diǎn)的由化學(xué)合成或天然的具有生物活性的物質(zhì)，通過誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性機(jī)制，增強(qiáng)植物抗逆能力[9-10]，進(jìn)而提高產(chǎn)量。Falcioni等[11]通過水楊酸處理可顯著增強(qiáng)番茄光合作用，增強(qiáng)其抗病能力，降低PVX病毒危害。Chen等[12]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用苯并噻二唑可增強(qiáng)水稻植株防御酶相關(guān)基因表達(dá)，提高其抗逆能力。朱廣龍等[13]研究表明，外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)可通過提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和維持體內(nèi)離子平衡來(lái)有效緩解高粱種子鹽害，提高高粱耐鹽性。包膜磷肥與植物誘抗劑配施，理論上可以協(xié)同增效提高磷素利用率，提高玉米產(chǎn)量。

植物體內(nèi)存在大量有益的內(nèi)生細(xì)菌和內(nèi)生真菌，這些內(nèi)生菌在植物體內(nèi)能產(chǎn)生多種生物學(xué)作用，可以刺激作物產(chǎn)生一些激素，誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性，增強(qiáng)植物抵抗力[14-15]。沙棘內(nèi)生菌宛氏擬青霉(Paecilomyces variotii)提取物能夠誘導(dǎo)植物耐旱、耐低溫等相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)根際微生物生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)植物對(duì)磷的吸收且具有成本低、用量少、廣譜性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)[16-17]。秦瑞劼等[18]發(fā)現(xiàn)控釋尿素配施宛氏擬青霉提取物較單施控釋尿素可顯著提高作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。然而包膜磷肥配伍宛氏擬青霉提取物提高濱海鹽化潮土作物產(chǎn)量和磷肥利用率的研究未見報(bào)道。本研究以濱海鹽化潮土為研究對(duì)象，通過盆栽試驗(yàn)，探討包膜磷肥配施誘抗劑宛氏擬青霉提取物對(duì)玉米產(chǎn)量及肥料利用的影響，為濱海鹽化潮土玉米科學(xué)施肥和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年6—9月在山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)“土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室”南校區(qū)試驗(yàn)站(117°13′E、36°20′N)進(jìn)行，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，年平均氣溫13℃。供試土壤取自山東省濱州市無(wú)棣縣西小王鎮(zhèn)渤海糧倉(cāng)農(nóng)業(yè)園0—20 cm耕層土壤(117°92′E、37°90′N)。土壤類型為濱海鹽化潮土[19]，在中國(guó)土壤系統(tǒng)分類中為弱鹽淡色潮濕雛形土(Parasalic Ochri-Aquic Cambosols)。土壤的基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)7.69 g/kg、全氮0.50 g/kg、全磷1.83 g/kg、全鉀35.9 g/kg、速效氮85.6 mg/kg、有效磷14.0 mg/kg、速效鉀186 mg/kg、pH 8.72(土水比1∶2.5)、全鹽含量0.21%。供試玉米品種為“鄭單958”，生育期103天。

供試包膜磷酸二銨(N 17.2%、P2O544.0%)由土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室采用小型轉(zhuǎn)鼓包衣工藝制備，磷素釋放期為3個(gè)月[8]，膜材料為聚氨酯；供試樹脂包膜控釋尿素(N 43.2%，釋放期3個(gè)月[20])為金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)。供試植物誘抗劑為沙棘內(nèi)生菌宛氏擬青霉代謝產(chǎn)物，由山東蓬勃生物有限責(zé)任公司提供[18]。其余肥料均為市售普通尿素(N 46.0%)、磷酸二銨(N 18.0%、P2O546.0%)和氯化鉀(K2O 60.0%)。供試容器為陶土盆，上部直徑30 cm、高36 cm，盆底鋪沙10 kg，每盆裝干土20 kg。每盆播種玉米2粒，出苗后間苗使基本苗均為1株/盆。2018年6月13日點(diǎn)種，9月26日收獲。所有肥料摻混后平鋪，一次性基施。除草、除蟲按照常規(guī)高產(chǎn)栽培模式進(jìn)行，保持土壤含水量在60%以上，整個(gè)生育期內(nèi)各處理管理措施相同。

試驗(yàn)以不施磷肥為對(duì)照(CK)，設(shè)正常施磷(P2O51.80 g/pot)和減磷20%(P2O51.44 g/pot)兩個(gè)水平。磷肥處理包括普通磷酸二銨(DM)、聚氨酯包膜磷酸二銨(C-DM)、普通磷酸二銨添加誘抗劑(PE+DM)和包膜磷酸二銨添加誘抗劑(PE+C-DM)4個(gè)，共9個(gè)處理，每個(gè)處理4次重復(fù)。每盆N、K2O用量為5.40、3.60 g/盆，其中樹脂包膜控釋尿素的用量占每盆總氮投入的70%[21]。正常施磷水平下，誘抗劑噴涂到普通磷酸二銨和聚氨酯包膜磷酸二銨表面，隨肥施入土壤，噴涂量為10 mg/kg P2O5，減磷20%處理為12.5 mg/kg P2O5，根據(jù)高產(chǎn)田玉米種植密度(株距60 cm、行距20 cm，83325株/hm2)進(jìn)行換算，用量為1500 mg/hm2，0.018 mg/盆。將過2 mm篩的供試風(fēng)干土壤約10 kg裝入盆中稍稍壓實(shí)，將所有肥料均勻混合后平鋪至土層表面，再覆蓋10.0 kg土壤。

1.2 樣品采集及分析測(cè)定

在玉米播種后58天時(shí)，使用抖根法采集玉米根際新鮮土樣測(cè)定土壤酸性磷酸酶活性；采集玉米最大功能葉片測(cè)定玉米淀粉酶、光合酶活性，采集植株葉片鮮樣，用鋁箔紙將其包好，立即浸入液氮中冷凍1～3 min后，放入干冰中帶入實(shí)驗(yàn)室后放入-20℃冰箱內(nèi)待測(cè)。在玉米播種后58和103天(收獲)時(shí)，采集盆栽土樣進(jìn)行根際土壤養(yǎng)分含量測(cè)定。收獲時(shí)，秸稈及籽粒置于烘箱105℃殺青15 min，然后轉(zhuǎn)至65℃烘箱烘干至恒重，其后稱重磨細(xì)待測(cè)。

土壤硝、銨態(tài)氮含量的測(cè)定：用0.01 mol/L CaCl2浸提(土水比1∶10)，采用連續(xù)流動(dòng)注射分析儀(AA3，Bran.Luebbe，德國(guó))測(cè)定浸提液中硝、銨態(tài)氮含量；土壤速效鉀含量采用1 mol/L醋酸銨溶液浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定；土壤有效磷含量測(cè)定，用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提，采用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀(Smart chem 200，美國(guó))測(cè)定浸提液中有效磷含量。玉米植株葉片淀粉酶、光合酶及根際土壤磷酸酶活性采用酶聯(lián)免疫法測(cè)定。植株全磷含量采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SAS軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析，不同處理間采用鄧肯法進(jìn)行多重比較，檢驗(yàn)各處理平均值在P＜0.05水平的差異顯著性。

磷肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施磷量；

磷肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施磷區(qū)產(chǎn)量/施磷量；

磷肥利用率(%)=(施磷處理磷累積量-不施磷處理磷累積量)/施磷量×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

包膜磷酸二銨與植物誘抗劑的優(yōu)化配伍對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素存在不同程度的影響(表1)。施磷1.80 g/pot下，C-DM、PE+DM和PE+C-DM處理間的玉米產(chǎn)量沒有顯著差異，但較DM處理分別增產(chǎn)5.89%、7.46%和7.78%；施磷1.44 g/pot下，3個(gè)處理玉米產(chǎn)量顯著高于DM處理，PE+C-DM處理又顯著高于C-DM、PE+DM處理，C-DM和P E+D M處理較D M處理分別增產(chǎn)1 0.0 7%、9.31%。減磷處理的玉米產(chǎn)量均顯著低于正常磷處理，只有1.44 g/pot下PE+C-DM處理的玉米產(chǎn)量與1.80 g/pot下DM處理差異不顯著。

施磷水平和各處理措施影響最大的產(chǎn)量性狀是行粒數(shù)(表1)。正常供磷條件下，C-DM、PE+DM和PE+C-DM處理的行粒數(shù)差異不顯著，但均顯著高于DM處理；而減磷條件下，PE+DM的行粒數(shù)顯著高于DM、C-DM和PE+C-DM處理，與正常磷水平處理相當(dāng)。表明噴涂植物誘抗劑可以有效提高玉米穗的行粒數(shù)，聚氨酯包膜可以提高穗行數(shù)，二者配合最終提高玉米產(chǎn)量，特別是在減磷20%條件下。

2.2 不同磷肥處理對(duì)玉米磷素吸收利用的影響

包膜和噴涂誘抗劑顯著提高了玉米的磷肥利用率(表2)。正常施磷水平下，C-DM、PE+DM和PE+C-DM處理的磷肥當(dāng)季利用率分別比DM增加了6.8、4.8、8.8個(gè)百分點(diǎn)；減磷條件下，增加了8.1、6.2、14.0個(gè)百分點(diǎn)；包膜和誘抗劑處理提高磷肥當(dāng)季利用率的效果十分顯著。正常施磷水平下，CDM較DM處理磷肥農(nóng)學(xué)利用率增加了26.44%，磷肥當(dāng)季偏生產(chǎn)力增加了5.89%。等施磷量條件下，與DM處理相比較，施磷量1.80 g/pot下PE+DM處理、PE+C-DM處理的磷肥當(dāng)季農(nóng)學(xué)利用率分別增加了33.52%、34.94%；施磷量1.44 g/pot下，與PE+DM相比較，PE+C-DM處理的當(dāng)季磷肥利用率提高7.8個(gè)百分點(diǎn)。說明包膜磷酸二銨、普通磷酸二銨配施植物誘抗劑可以顯著提高當(dāng)季磷肥利用率。

農(nóng)學(xué)利用率反映的是磷肥增加經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的效率。從表2 可以看出，供試土壤在正常施磷水平下，肥料包膜和噴涂誘抗劑均可顯著增加磷肥的農(nóng)學(xué)利用率，減磷會(huì)降低農(nóng)學(xué)利用率，但是僅包膜和僅噴涂誘抗劑可以減少磷的農(nóng)學(xué)利用率降幅，且PE+C-DM處理的農(nóng)學(xué)利用率較1.80 g/pot下DM處理增加23.04%，表明只有在包膜和噴涂誘抗劑配合的前提下，減磷較正常施磷量下的農(nóng)學(xué)利用率有所增加。

2.3 不同磷肥處理對(duì)玉米植株光合酶、淀粉酶及根際土壤酸性磷酸酶活性的影響

玉米葉片中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)、丙酮酸磷酸雙激酶(PPDKase)和腺苷三磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)的活性高低，反映C4植物光合作用固定CO2的能力[22]、光合作用[23]以及淀粉生物合成[24]的效率。從表3可以看出，葉片3種酶的活性受到磷供應(yīng)水平的影響，減磷整體降低3種酶的活性。但施磷量1.44 g/pot下，PE+C-DM處理較正常施磷條件下DM處理PEPCase、PPDKase和AGPase活性分別顯著提高50.00%，31.96%和72.22%。正常施磷量條件下，C-DM、PE+DM和PE+C-DM處理的PEPCase活性較DM處理分別顯著提高80.00%，50.00%和70.00%；PPDKase活性分別顯著提高54.64%，49.48%和54.64%；相比DM處理，CDM和PE+DM處理的AGPase活性分別顯著提高39.81%和40.74%。減磷條件下，與C-DM和PE+DM處理相比，PE+C-DM處理的PPDKase和AGPase活性分別顯著提高33.33%、14.29%和75.47%、47.62%。表明包膜和誘抗劑配合施用可以在減磷的條件下，維持并可提高葉片的光合效率和淀粉轉(zhuǎn)化效率。

表1 不同處理玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 1 Yield and yield components of maize treated with different treatments

表2 不同處理玉米當(dāng)季磷肥利用率Table 2 Seasonable phosphorus use efficiency of maize under different treatments

表3 不同處理玉米葉片光合酶、淀粉酶及根際土壤酸性磷酸酶活性Table 3 Activity of enzymes in maize plants and rhizosphere under different treatments

由表3中土壤ACPase酶活性測(cè)定結(jié)果可以看出，正常和減磷條件下，與DM相比，PE+DM處理的ACPase活性分別顯著提高27.90%和17.65%；PE+C-DM處理較C-DM處理分別顯著提高37.50%和21.81%，較PE+DM處理分別顯著提高20.00%和11.66%；C-DM與DM差異不顯著。表明肥料包膜不會(huì)顯著影響土壤酸性磷酸酶的活性，而噴涂誘抗劑可以促進(jìn)玉米植株分泌酸性磷酸酶，顯著提高其活性，包膜和誘抗劑配施的效果又顯著高于單施誘抗劑(P＜0.05)。

2.4 不同磷肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度的影響

不同施磷處理對(duì)玉米季土壤有效磷含量的影響十分顯著，磷肥施用顯著提高了土壤的有效磷含量，特別是在播種后58天(表4)。正常施磷量下，C-DM處理的土壤有效磷含量在播種后58天時(shí)顯著高于DM處理22.26%，但在103天時(shí)，二者差異不顯著；在減磷量下，C-DM處理土壤有效磷含量與DM處理沒有顯著差異，顯著低于正常施磷量下的DM處理。正常施磷量下，PE+DM處理的土壤有效磷含量在整個(gè)生育期高于DM處理；在減磷量下，在播種后58天也顯著高于DM處理，但兩個(gè)取樣時(shí)期均顯著低于1.80 g/pot下DM處理。在減磷條件下，PE+C-DM處理在播種后58和103天土壤有效磷含量相較于C-DM和PE+DM處理分別顯著提高33.66%、19.45%和14.99%、26.05%。PE+CDM處理的有效磷含量在正常和減量供磷條件下，均顯著高于DM處理，且在減磷條件下，58天時(shí)與正常供磷1.80 g/pot下DM處理差異不顯著，但103天時(shí)顯著高于1.44 g/pot下的其他處理(P＜0.05)。整體表明誘抗劑提高土壤有效磷含量的效果顯著且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，與包膜配合后，其效果更佳顯著。

磷肥各處理對(duì)土壤速效鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的影響與DM相比，多數(shù)不顯著，表明磷肥處理和誘抗劑不影響玉米對(duì)土壤中氮、鉀養(yǎng)分的吸收利用。

3 討論

由于土壤和磷酸鹽特殊的理化性質(zhì)，使得施入土壤中的磷素極易被固定[25-26]。包膜磷肥通過聚合物膜減少磷素與土壤的接觸，將磷素緩慢釋放，從而緩解土壤對(duì)磷素的固定效應(yīng)[27]。供試包膜磷酸二銨釋放曲線為反“L”型，靜水浸提條件下磷養(yǎng)分初期釋放率為0.3%，28天累積釋放率為59%，養(yǎng)分釋放特性滿足緩釋肥料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[8]。供試包膜磷肥前10天養(yǎng)分釋放較緩慢，此時(shí)玉米處于苗期，需肥量少，而在10～28天釋放最快[8]，此時(shí)玉米正處于生長(zhǎng)發(fā)育最快的拔節(jié)期，是玉米需磷的關(guān)鍵時(shí)期[28-29]。有研究表明，聚合物包膜肥料的釋放速率與膜內(nèi)外滲透壓有關(guān)[30]。供試鹽化潮土含鹽量高，土壤溶液與包膜磷肥內(nèi)養(yǎng)分滲透壓差小，包膜磷肥田間磷肥釋放周期應(yīng)遠(yuǎn)長(zhǎng)于室內(nèi)靜水浸提釋放期，滿足玉米整個(gè)生育期的磷素需求。玉米苗期相對(duì)脆弱，受鹽分影響較大，包膜磷肥可緩解肥料一次性大量施入導(dǎo)致的鹽害疊加效應(yīng)對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的抑制。此外，低磷脅迫可誘導(dǎo)玉米根系生長(zhǎng)發(fā)育[31]，包膜磷酸二銨前期養(yǎng)分釋放緩慢，提高作物抗鹽水平及對(duì)包膜磷酸二銨后期緩慢釋放磷素的吸收利用強(qiáng)度。

表4 播種后58和103天不同處理土壤養(yǎng)分含量(mg/kg)Table 4 Soil available nutrient contents at the 58 and 103 days after sowing under different treatments

本試驗(yàn)中，噴涂植物誘抗劑沙棘內(nèi)生菌宛氏擬青霉(Paecilomyces variotii)提取物提高玉米根際土壤中ACPase的活性十分顯著(表3)，磷酸酶活性的提高大大增強(qiáng)了玉米根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，提高了植株體內(nèi)與磷營(yíng)養(yǎng)有關(guān)的光合和淀粉酶活性(表3)，進(jìn)而顯著提高玉米產(chǎn)量(表1)。

供試植物誘抗劑宛氏擬青霉提取物低濃度(1～10 ng/mL)下即可誘導(dǎo)作物水楊酸生物合成和信號(hào)傳導(dǎo)，促進(jìn)植物體胼胝質(zhì)沉積，增加植物的抗逆能力，同時(shí)誘導(dǎo)氮、磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NRT2.5、PHT42)和生長(zhǎng)素生物合成(YUC3、YUC9)相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)高作物生長(zhǎng)素水平及氮磷元素?cái)z取轉(zhuǎn)運(yùn)能力[16]。在減磷20%條件下，包膜磷肥配施植物誘抗劑協(xié)同增效顯著，較單施包膜磷酸二銨和普通磷酸二銨配施誘抗劑處理分別增產(chǎn)5.59%、6.32%。這一方面是包膜延緩了磷肥的釋放，進(jìn)而減少了固定量，同時(shí)誘抗劑誘導(dǎo)玉米分泌磷酸酶增加了對(duì)磷素的吸收，又進(jìn)一步減少了活性磷在土壤中的固定，因此，雖然磷的施用量減少了20%，而玉米吸收的磷素依然與普通施磷量處理相當(dāng)，保證了玉米不減產(chǎn)。

4 結(jié)論

供試土壤條件下，減少磷肥施用水平會(huì)降低玉米產(chǎn)量，降低磷肥的利用率。聚氨酯包膜磷酸二銨只能在一定時(shí)期內(nèi)提高土壤有效磷含量，整個(gè)生育期提高玉米磷素利用的效果不是很顯著。噴涂誘抗劑可以顯著提高玉米根系分泌酸性磷酸酶的量，進(jìn)而提高玉米生長(zhǎng)根際土壤磷素供應(yīng)強(qiáng)度和功能葉片光合效應(yīng)相關(guān)的酶活性，在整個(gè)生育期可持續(xù)促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育以及對(duì)磷素的吸收利用，而且，提高玉米產(chǎn)量和磷肥利用效率。減磷20%時(shí)，磷酸二銨包膜配施植物誘抗劑可以維持玉米產(chǎn)量不出現(xiàn)下滑，是減磷增效切實(shí)可行的措施。