多樣性種植體系提高酸性紅壤磷有效性的研究進展

王宇蘊，湯 利

（1. 云南農業大學 植物保護學院，云南 昆明 650201；2. 云南農業大學 資源與環境學院，云南 昆明 650201）

0 引言

紅壤對磷素有強大的固定能力，且當pH 值低于6 時，紅壤對磷的固定能力隨pH 值的下降迅速增加，致使土壤速效磷含量急劇降低［1］。因為酸性土壤中鐵、鋁活性高，化學磷肥施入到酸性土壤中后，會形成難溶性的鐵磷和鋁磷，甚至是閉蓄態磷，大大降低了磷肥的有效性和利用率，致使酸性土壤出現總磷含量不低、速效磷含量普遍偏低的現象。這種土壤中的總磷含量很高而作物可利用的磷很少的現象，稱為“遺傳學缺磷”。磷素的固定是酸性紅壤區土壤有效磷不高的最主要原因。

磷肥是農業生產重要的物質基礎，施用磷肥是維持土壤供磷水平、保證酸性紅壤區農作物生產的重要措施。因為磷在土壤中移動性差，加上酸性紅壤對磷的固定作用，導致我國出現嚴重的過量施用磷肥的現象［2］。據統計，我國磷肥消費量約占世界磷肥消費量的25%，且我國磷肥當年利用率僅有10%～20%［3］。正因為這些原因，我國部分農田，特別是酸性紅壤區已經出現了土壤磷素盈余現象［4］，并以植物難以直接吸收利用的固定態磷形式存儲于土壤中，成了巨大的潛在磷庫［5］，這也極大地增加了環境風險［6］。

我國酸性土壤約占全國土壤面積的21%。酸性土壤的磷肥利用率一直是國內外學者關注的重點。因此，在酸性紅壤區，如何提高當季作物磷肥利用率、充分合理利用現有的土壤磷素資源、減少磷肥的投入，已成為促進植物磷素營養吸收、提高磷肥利用效率等領域的研究重點。現有研究和生產實踐表明，合理的多樣性種植在提高土壤磷的有效性、促進磷素養分高效吸收利用方面具有突出的貢獻［7］。目前在農業生產中，已經存在很多這種間作套種模式，比如玉米-大豆［8］、鷹嘴豆-玉米［9］、蠶豆-小麥［10］間作套種，都具有促進磷吸收的作用。其中，小麥-蠶豆間作體系在我國大部分地區尤其是在云南省被廣泛認可，已被證明對提高根際速效磷含量有顯著作用［11］。這為科學合理地利用磷資源、提高磷肥利用率開辟了一條新的道路，同時也為活化土壤難溶性磷酸鹽供作物充分利用提供了新思路。通過合理的栽培措施，挖掘作物自身生物學潛力，是提高作物對肥料磷素利用率、減少肥料磷投入的重要手段，也是當今綠色發展、可持續農業的必然要求［12］。

筆者通過分析多樣性種植體系對提高酸性紅壤磷素有效性和磷肥利用效率的作用，以及多樣性種植對促進磷素吸收、提高磷肥利用效率的可能性機制，從挖掘作物自身生物學潛力角度提高肥料磷素利用率、減少化肥磷投入，為酸性紅壤區科學合理地利用磷資源、減少磷肥投入提供一些借鑒。

1 多樣性種植體系對提高酸性紅壤磷素有效性及磷肥利用效率的作用

多樣性種植體系能夠提高土壤磷素的有效性，對土壤本身的磷庫調節和改善作物磷營養狀況起到了很大作用。有關多樣性種植體系提高酸性紅壤磷素有效性的研究主要集中在豆科作物與禾本科作物間作方面，豆科作物固氮過程中釋放出H+，導致根際土壤酸化，或豆科作物根際分泌有機酸，或向土壤釋放磷酸酶活化有機磷，從而提高土壤磷活性，提高土壤尤其是禾本科作物根際土壤中有效磷含量，促進作物對磷的吸收［13］。有研究表明，紅壤區小麥-蠶豆間作能夠顯著地提高分蘗期、拔節期和抽穗期小麥根際土壤中速效磷含量，間作小麥根際土壤中速效磷含量分別比單作提高了6.81%、8.71%、12.95%［11］；在土壤中磷含量低的條件下，小麥-蠶豆根系相互作用促進磷素向小麥轉移，提高了小麥-蠶豆的磷素吸收利用效率［10］；玉米和鷹嘴豆間作，可以有效促進玉米對磷的吸收［9］。此外，在豆科作物參與的其他間作體系下，也有活化土壤磷、促進磷吸收的報道，如番茄與架豆間作條件下，土壤中有效磷的含量明顯增加，促進番茄對磷的吸收，提高了番茄的株高和產量。

多樣性種植體系，除了能夠有效活化土壤磷素外，根系有機酸作為螯合劑強化了與磷酸根離子螯合的能力，抑制過飽和溶液與磷生成化學沉淀，進而增加磷肥在土壤中的有效性［14］。所以，有研究表明，間作玉米的磷肥利用率可以達到30%，玉米-花生間作與單作玉米和單作花生相比，整體磷肥利用效率可以提高12.7%～22.91%［10］。很顯然，多樣性種植體系通過提高酸性紅壤磷素有效性、促進作物對磷素的吸收來達到提高磷肥利用效率的作用明顯。

2 多樣性種植促進磷素吸收、提高磷肥利用效率的可能性機制

現有研究表明，根系形態、根系分泌物、酶活性是參與作物磷吸收利用過程的主要影響因子。

間作作物會通過改變其根系形態、根系構型，來促進磷的高效吸收利用［15］。如：小麥-蠶豆間作條件下，小麥的根長密度、根表面積、根體積、根深指數增加，根系平均直徑降低，從而促進小麥對磷的吸收利用。在豆科作物-禾本科作物間作體系中［16］，間作能夠促使作物根系變細，根干質量、體積、表面積、根長和吸收面積明顯增加，間作群體的磷素吸收量提高，對磷肥的利用效率增加。

根系分泌物對活化土壤磷和提高磷肥有效性也起著重要的作用。在豆科作物-禾本科作物間作體系中，因豆科作物根系分泌有機酸，使根際土壤的pH 值降低，起到了活化難溶性磷的作用［17-21］，另外，根系有機酸作為螯合劑強化了與磷酸根離子螯合的能力，抑制磷的化學沉淀生成，可以增加磷肥在土壤中的有效性［14］。因此，多樣性種植體系可以通過增加根系分泌物，活化土壤磷，減少磷肥的固定，達到促進作物對磷的吸收和提高磷肥利用效率的目的。

大量研究表明，多樣性種植體系下，可以通過增加作物根際酸性磷酸酶的活性，達到活化土壤中難溶性磷，提高間作群體對磷的吸收利用效率［22-25］。尤其在低磷環境條件下，間作會促進一些與磷吸收利用有關的酶的合成，主要有酸性磷酸酶、核糖核酸酶和高親和性Pi轉運蛋白等，它們在植物耐低磷脅迫中起著重要作用［25］。多樣性種植體系下，間作可以通過提高作物根系酶的活性，促進作物對磷素的吸收利用，達到提高磷肥利用效率的目的。

3 結論與展望

多樣性種植體系能夠提高酸性紅壤磷素有效性，減少磷肥的化學固定，達到提高磷肥利用效率的目的。可以從多樣性種植改變根系形態、增加根系分泌物、提高根系酶活性的角度去解析多樣性種植體系提高酸性紅壤磷有效性從而減少磷肥施用的機制。這些結果從種植模式著手，挖掘作物自身生物學潛力來提高作物對肥料磷素利用率，為酸性紅壤區科學合理地利用磷資源、提高磷肥利用效率、減少磷肥投入等提供了借鑒。

從多樣性種植體系的根土互作角度，解析多樣性種植條件對磷肥的響應及有效提高磷肥利用效率的調控機制，以及根際互作條件下外源微生物介導和根分泌物激發微生物參與磷肥周轉和高效利用的機制研究，是進一步深入揭示多樣性種植體系提高酸性紅壤磷有效性、減少磷肥施用量的關鍵問題。現階段這些研究并不深入，需要進一步加強。