不同土層深度及磷水平對(duì)番茄生物量及根系形態(tài)的影響

于洪杰　陳少燦　周新剛　吳鳳芝

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

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不同土層深度及磷水平對(duì)番茄生物量及根系形態(tài)的影響

于洪杰陳少燦周新剛吳鳳芝*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

摘 要：以番茄品種東農(nóng)708為試驗(yàn)材料，取距地表0～15 cm，15～30 cm，30～45 cm的土壤為栽培土壤，各層土壤以施N、P、K肥為供磷處理，以施N、K肥為對(duì)照，研究不同土層深度及供磷水平對(duì)番茄生物量及根系形態(tài)的影響。結(jié)果表明，番茄植株地上部生物量受施磷水平和土層深度共同影響，同一土層中供磷條件下的番茄株高、地上部干、鮮質(zhì)量均顯著高于對(duì)照；在相同施磷水平下，0～15 cm土層的番茄株高、地上部鮮質(zhì)量均顯著高于15～30 cm和30～45 cm土層。番茄植株地下部干質(zhì)量、總根長、根表面積、根體積及0～1.5 mm直徑范圍內(nèi)總根長受施磷水平影響較大，受土層深度影響不明顯。綜上，不同土層深度及磷水平對(duì)番茄地上部生物量均有影響，且表層土壤施磷更利于番茄生物量的積累；根系形態(tài)受施磷水平影響較大，受土層深度影響不顯著。

關(guān)鍵詞：土壤深度；磷；番茄；生長發(fā)育；根系形態(tài)

于洪杰，女，碩士研究生，專業(yè)方向：設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)，E-mail：89116215@qq.com

磷是植物生長所必需的元素之一，它不僅是植物體內(nèi)許多化合物的重要組分，而且還以多種途徑參與植物體內(nèi)代謝過程。隨著磷肥施用量的逐年增加，過度的磷肥施入給一些發(fā)達(dá)國家和新興國家?guī)砹藝?yán)重的環(huán)境問題（Cordell et al.， 2009；Gilbert，2009；Hinsinger et al.，2011）。由于磷在土壤中易被固定且移動(dòng)性小等特性（Barber & Mackay，1986），土壤中可供植物吸收利用的有效磷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于植物正常生長所必需（王樹起 等，2010）。研究發(fā)現(xiàn)，土壤磷素的空間分布特征為表層土壤磷素含量高于底層土壤，即磷素含量一般隨土壤層次的加深而降低（沈漢，1990；Rubio et al.， 2001；Fang et al.，2011）。

根系是植物從土壤中吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，植物吸收的磷大部分是靠根系從土壤中吸收的。由于磷在土壤中的移動(dòng)性差，植物對(duì)磷素的吸收只能依靠根系在土壤中的分布及接觸到的土壤體積，因此根系形態(tài)與植物的磷元素利用效率之間存在著緊密的相關(guān)性。通常，植物根系形態(tài)會(huì)隨著磷供應(yīng)水平的改變發(fā)生很多適應(yīng)性變化來增加根系與土壤的接觸面積，提高植株對(duì)土壤中有效磷的獲取，從而提高磷素利用效率（嚴(yán)小龍 等，2000；Beebe et al.，2006；Shridevi et al.，2009；陳磊，2011）。近年來，磷素在土壤中垂直分布不均勻的特征吸引了越來越多人的注意，很多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在有效磷含量相對(duì)較高的栽培介質(zhì)表層，植物通常會(huì)分布更多的根系以提高對(duì)磷的吸收效率（嚴(yán)小龍 等，2000；Williamson et al.，2001；Fang et al.， 2011）。連年耕作的田間土壤不同深度土層中磷素分布差異更為顯著，但是目前結(jié)合不同深度土層土壤研究磷肥施用效率的文章很少，研究不同深度土壤及施磷水平對(duì)作物生長發(fā)育及根系形態(tài)的影響可以為更好的深耕施肥提供參考依據(jù)。

番茄作為全世界栽培最為普遍的果菜之一，也是需肥較大的蔬菜之一，在栽培過程中對(duì)磷肥施用量要求嚴(yán)格，過高或過低的磷肥施用都會(huì)造成番茄產(chǎn)量的下降（王進(jìn) 等，2006；張彥才 等，2008）。因此，本試驗(yàn)以番茄為試材，分別選取不同深度的土壤為栽培土壤，結(jié)合兩個(gè)磷水平研究了番茄地上部和地下部生長指標(biāo)，以期探明土壤深度和施磷水平與番茄生長發(fā)育之間的關(guān)系，旨在為進(jìn)一步指導(dǎo)合理翻耕施肥提供可靠的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試材料

供試番茄（Solanum lycopersicum L．）品種為東農(nóng)708；供試土壤為距地表0～15 cm，15～30 cm，30～45 cm的大田土壤，土壤的基本化學(xué)性狀如表1所示。

表1 不同土層土壤的基本化學(xué)性狀

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于 2014年10～12月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施工程中心的人工氣候室內(nèi)進(jìn)行。設(shè)供磷處理（施N、K、P肥）：以尿素、磷酸二氫鉀、硫酸鉀作為肥料，使用硫酸鉀配平K2O含量，使每千克土壤施N 100 mg、K2O 100 mg、P2O5100 mg；對(duì)照處理（施N、K肥）：以尿素、硫酸鉀作為肥料，每千克土壤施N 100 mg、K2O 100 mg（Fontes et al.，1986）。將肥料均勻拌于各處理土層土壤中，裝入直徑13 cm、高12 cm的塑料盆，每盆澆水200 mL（確保肥料不會(huì)隨水分流出），漚肥3 d。

將番茄浸種催芽后，選取發(fā)芽一致的種子播于育苗盤中，待兩葉一心將番茄幼苗分苗至8 cm×8 cm的營養(yǎng)缽中，置于人工氣侯室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為28 ℃/14 h光照，18 ℃/10 h暗處理，濕度為70%。四葉一心后定植到高17 cm、內(nèi)徑11 cm的塑料盆中，共6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)3盆，共9盆。定植后20 d對(duì)不同處理的番茄植株生長指標(biāo)和根系形態(tài)特征進(jìn)行測(cè)定。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及測(cè)定方法

1.3.1幼苗生長指標(biāo)的測(cè)定 株高（莖基部到植株生長點(diǎn)最高處）用米尺測(cè)量。地上部和地下部干、鮮質(zhì)量：用剪刀從莖基部剪斷，測(cè)定地上部鮮質(zhì)量；將植株根系用清水沖洗干凈，測(cè)定根鮮質(zhì)量；用牛皮信封分別包起各植株地上部、地下部樣品，105℃殺青30 min，然后70 ℃烘干至恒重，用1/1000電子天平測(cè)定地上部、地下部干質(zhì)量。

1.3.2番茄根系形態(tài)學(xué)的測(cè)定 將剪下來的根系在自來水中浸泡30 min，并用流水沖洗干凈，掃描前用鑷子小心地梳理根系，使根系間不重疊。采用萬深（LA-S2400）型植物圖像掃描儀根系分析儀對(duì)整株根系進(jìn)行掃描，并利用根系分析系統(tǒng)對(duì)根系的總根長（cm·株-1）、根體積（cm3·株-1）、根表面積（cm2·株-1）、根系平均直徑（cm）以及根系直徑分別在0～1.5 mm、1.5～3.0 mm、3.0～4.5 mm、4.5 mm以上范圍內(nèi)的總根長進(jìn)行分析。

1.4數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用SAS 8.1軟件，用one-way ANOVA分析不同土層土壤及不同施磷水平對(duì)番茄根系形態(tài)的影響，多重比較使用Tukey’s HSD法（P＜0.05）。

2　結(jié)果與分析

2.1不同深度土壤及磷水平對(duì)番茄生長指標(biāo)的影響

2.1.1不同深度土壤及磷水平對(duì)番茄株高的影響不同土層土壤中，供磷處理的番茄株高均顯著高于對(duì)照；在供磷處理和對(duì)照中，0～15 cm土層的番茄株高均顯著高于15～30 cm和30～45 cm土層 （圖1）。

圖1 不同土層土壤及施磷水平對(duì)番茄株高的影響

2.1.2不同深度土壤及磷水平對(duì)番茄植株地上部鮮、干質(zhì)量的影響 不同土層土壤中，供磷條件下的番茄地上部鮮質(zhì)量均顯著高于對(duì)照。供磷處理中，0～15 cm、15～30 cm、30～45cm土層的番茄地上部鮮質(zhì)量差異顯著；而對(duì)照中，0～15 cm土層的番茄地上部鮮質(zhì)量顯著高于15～30 cm和30～45 cm土層（圖2-a）。供磷條件下的番茄地上部干質(zhì)量均顯著高于對(duì)照；而對(duì)照中0～15 cm土層中番茄地上部干質(zhì)量顯著高于其他土層（圖2-b）。

2.1.3不同深度土壤及磷水平對(duì)番茄植株地下部鮮、干質(zhì)量的影響 不同土層土壤中，供磷條件下的番茄地下部鮮質(zhì)量均顯著高于對(duì)照；供磷處理中，0～15 cm和15～30 cm土層的番茄地下部鮮質(zhì)量均顯著高于30～45 cm土層；而對(duì)照中，0～15 cm土層番茄地下部鮮質(zhì)量顯著高于其他土層（圖3-a）。從地下部干質(zhì)量看（圖3-b），15～30 cm和 30～45 cm土層中，供磷條件下的番茄地下部干質(zhì)量顯著高于對(duì)照。

圖2 不同土層土壤及施磷水平對(duì)番茄地上部鮮、干質(zhì)量的影響

圖3 不同土層土壤及施磷水平對(duì)番茄地下部鮮、干質(zhì)量的影響

2.1.4不同深度土壤及磷水平對(duì)番茄植株根冠比的影響 只有對(duì)照處理中，15～30 cm土層的番茄根冠比顯著高于0～15 cm土層，其余各處理間差異均不顯著（圖4）。

2.2不同深度土壤及磷水平對(duì)番茄根系形態(tài)的影響

圖4 不同土層土壤及施磷水平對(duì)番茄根冠比的影響

2.2.1不同深度土壤及磷水平對(duì)番茄總根長、根表面積、根體積、根系平均直徑的影響 不同土層土壤中，供磷條件下的番茄總根長、根表面積、根體積均顯著高于對(duì)照；供磷處理中，除0～15 cm土層的總根長顯著高于其他土層，15～30 cm土層的根體積顯著高于30～45 cm土層外，其余各處理間均無顯著差異（表2）。

2.2.2不同深度土壤及磷水平對(duì)番茄根系不同直徑范圍內(nèi)總根長的影響 由表3可以看出，0～1.5 mm根系直徑范圍內(nèi)，0～15 cm和30～45 cm土層均表現(xiàn)出供磷處理的總根長顯著高于對(duì)照；且供磷處理中，0～15 cm土層顯著高于其他土層。1.5～3.0 mm和3.0～4.5 mm根系直徑范圍內(nèi)，均只有15～30 cm土層表現(xiàn)出供磷處理總根長顯著高于對(duì)照。＞4.5 mm根系直徑范圍內(nèi)的3層土壤中，0～15 cm和15～30 cm土層的供磷處理總根長顯著高于對(duì)照。

表2 不同土層土壤及施磷水平對(duì)番茄總根長、根表面積、根體積及根系平均直徑的影響

表3 不同土層土壤及施磷水平對(duì)番茄根系不同直徑范圍內(nèi)總根長的影響

3　討論

磷是植物生長所必需的三大元素之一，在植物的整個(gè)生長發(fā)育過程中都起到至關(guān)重要的作用，因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷肥的施用對(duì)植物生物量和產(chǎn)量的積累起著決定性作用。磷在土壤中移動(dòng)性很小，且植物根系一般僅能吸收距根表面1～4 mm根際土壤中的磷（李慶逵，1986；王樹起 等，2010），因此研究根系形態(tài)對(duì)有效磷的適應(yīng)性改變具有重要意義。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在各層土壤中，番茄的地上部生物量及地下部的總根長、根表面積、根體積受施磷水平影響顯著，均表現(xiàn)為供磷處理顯著高于對(duì)照，可見磷肥的施用對(duì)番茄地上部、地下部的生長均具有顯著的促進(jìn)作用。研究表明，植物在低磷脅迫環(huán)境下，根系構(gòu)型容易發(fā)生改變并且使植物根冠比增加（Fohse et al．，1991； Bates & Lynch，1996； Keerthisinghe et al.，1998；Williamson et al.，2001；王靜，2014）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在不施磷肥（對(duì)照）條件下，較深層土壤中番茄的根冠比高于表層土壤，且在15～30 cm土層差異顯著，與前人結(jié)果一致。由于15～30 cm和30～45 cm土壤中有效磷含量分別為16.2 mg·kg-1和11.4 mg·kg-1，低于番茄正常生長需要（Fontes et al.，1986），使番茄處于磷脅迫條件下，而磷脅迫環(huán)境下植物更趨向于增加根長和根表面積以便獲得更多的磷營養(yǎng)（劉靈 等，2008），這種根系的空間、配置的改變，促使番茄地下部干質(zhì)量增加，從而使根冠比增加。

植物的根在有效磷含量較高的區(qū)域分布越多，根系接觸到的土壤面積越大，越有利于植物對(duì)土壤磷的吸收，即植物根長會(huì)隨著土層深度的加深逐漸減小（Gajril，1985；魏其克，1987；盧振民，1991；郭再華 等，2005），原因可能是由于低磷脅迫抑制了植物根系的生長，所以使總根長較正常磷水平處理顯著降低（黃愛纓 等，2008）。但也有研究表明，植物的根系在低磷條件下有時(shí)也會(huì)表現(xiàn)為總根長增加，以增加根系與土壤的接觸面積，提高植株對(duì)磷的利用效率（Anuradha & Narayanan，1991；Hung et al.，1992；王秀榮 等，2004；曹麗霞 等，2009；吳俊江 等，2009）。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，只有在供磷條件下，番茄的總根長和0～1.5 mm直徑范圍內(nèi)的細(xì)根長與土層深度有關(guān)，且在0～15 cm的土壤表層，總根長和細(xì)根長顯著高于底層土壤，與郭再華等（2005）的研究結(jié)果保持一致，與Anuradha和Narayanan的（1991）研究結(jié)果相反。猜測(cè)其除了表層土壤養(yǎng)分高于下層土壤的原因外，也與表層土壤的其他性質(zhì)有關(guān)，如表層土壤為腐殖質(zhì)層，土質(zhì)疏松，容重較小，動(dòng)植物殘?bào)w及好氧型微生物的集中分布等。有研究顯示在腐殖質(zhì)豐富或容重較小的土壤中，植物根長會(huì)表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)（鄧?yán)っ?等，2005；才曉玲和李志洪，2009），這可能也是相同施肥條件下不同土層引起番茄地上部生物量變化的原因。

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中習(xí)慣在土表或耕層增施磷肥，使得更多的磷肥殘留在土壤表層（蘇德純，1995），同時(shí)表層土壤容重小，腐殖質(zhì)、土壤動(dòng)物、微生物及動(dòng)植物殘?bào)w豐富，均有利于植物的生長發(fā)育。充分利用表層土壤的寶貴資源，可以提高作物的養(yǎng)分吸收率以及減少磷肥的施用，同時(shí)減少環(huán)境污染。

4　結(jié)論

綜上所述，番茄植株地上部的生物量受施磷水平和土層深度共同影響，而番茄植株地下部干質(zhì)量、總根長、根表面積、根體積以及0～1.5 mm直徑總根長受施磷水平影響較大，受土層深度影響較小。因此，深耕施肥時(shí)需綜合考慮施磷水平及翻地深度，可適當(dāng)將深度為0～15 cm的表層土壤翻耕至作物根系密集區(qū)域，以便植物更好地生長發(fā)育及養(yǎng)分吸收。

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Effects of Different Soil Depth and Phosphorus Level on Tomato Biomass and Root Morphology

YU Hong-jie ，CHEN Shao-can ，ZHOU Xin-gang，WU Feng-zhi*
（Department of Horticulture，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

Abstract：Taking tomato cultivar ‘Dongnong 708’ as experimental material，and 3 layers soil from ground surface （0-15 cm，15-30 cm，30-45 cm） as cultivation soil，applying N、K fertilizer as the contrast and N、P、K fertilizer as treatment，this paper studied the effects of different soil depth and phosphorus level on tomato biomass and root morphology．Results showed that the biomass of above ground tomato plant was affected by both P application level and soil depth．In all 3 soil layers，every index at P application treatment was significantly higher than that in the contrast，and at the same P level，all indexes at 0-15 cm layer were significantly higher than the other layers．However，the underground biomass，total root length，root surface area，root volume and root length between 0-1.5 mm diameter were greatly influenced by P application level and the effect by soil depth was not obvious．In conclusion，soil depth and P level both can affect the biomass of aboveground tomato，and P application at soil surface was more beneficial for accumulation of tomato biomass．The root morphology was influenced greatly by P application level，but not by soil depth.

Key words：Soil depth；P；Tomato；Growth and development；Root morphology

*通訊作者（

Corresponding author）：吳鳳芝，女，教授，博士生導(dǎo)師，專業(yè)方向：設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)，E-mail：fzwu2006@aliyun.com

收稿日期：2015-08-04；接受日期：2016-01-19

基金項(xiàng)目：大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-25-08）， 國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAD05B01）