中、堿性土壤條件下黃腐酸與磷肥配施對番茄生育和磷素利用率的影響

張麗麗，史慶華，鞏彪

中、堿性土壤條件下黃腐酸與磷肥配施對番茄生育和磷素利用率的影響

張麗麗，史慶華，鞏彪

（山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室/農業農村部黃淮海地區園藝作物生物學與種質創新重點實驗室，山東泰安 271018）

【】堿性土壤降低植物對磷的吸收和利用，黃腐酸能活化土壤中的固定態磷。利用黃腐酸克服堿性土壤對磷的固定效應，提高磷肥利用率，為磷肥減施增效提供新途徑。采用盆栽方式，以番茄（L.）‘羅拉’為供試品種，在土壤pH為6.5和8.0兩種條件下，設置4個施磷（P2O5）水平（0、0.1325、0.265和0.53 g·kg-1，分別標記為0% P、25% P、50% P和100% P）；在此基礎上，設不添加和添加0.08 g·kg-1黃腐酸兩種組合（分別標記為-FA和+FA），共計16個處理。研究黃腐酸與磷肥施用在中、堿性土壤條件下對番茄植株生長、產量、品質和磷素利用的影響。堿性土壤抑制番茄植株生長，降低產量、各組織磷含量和植株磷吸收量，但對番茄果實品質的形成具有促進作用。磷肥減施造成番茄生長、產量和品質下降，降低植物各組織磷含量、植株磷吸收量和肥料產量貢獻率，但對磷肥利用率有一定的提升作用。本研究的任一種土壤條件和磷水平下，施用黃腐酸均可提高番茄對磷的吸收量，增加各組織磷含量，促進植株生長、果實產量和品質提升。在中性土壤條件下，施用黃腐酸與否對磷肥利用率影響不顯著，且降低肥料產量貢獻率；但在堿性土壤條件下，施用黃腐酸可顯著提升磷肥利用率和肥料產量貢獻率。此外，施用黃腐酸可使中性土壤減磷處理（50% P）下番茄的生長與產量達到全磷處理（100% P）水平，并提高番茄果實品質；這種現象在堿性土壤栽培條件下更為顯著。且100% P處理下添加黃腐酸能顯著提高堿性土栽培番茄的生長、產量，使其達到中性土0% P處理水平。黃腐酸有利于提高番茄的磷素利用率，促進番茄生長、產量和品質的形成，達到磷肥減施增效目的；且黃腐酸配合磷肥施用能有效緩解堿性土壤對番茄生長和產量的抑制作用。

番茄；黃腐酸；生長；產量；品質；磷利用率

0 引言

【研究意義】堿性土壤又稱石灰性土壤，其土壤剖面含有碳酸鈣或碳酸氫鈣等石灰性物質。主要分布在我國北部、西北部的半濕潤、半干旱和干旱地區[1]。對于植物所需的大量元素而言，磷（P）是堿性土壤限制農業生產的首要因素[2]。雖然堿性土壤中全磷含量不低，但其特有的理化性質改變了磷酸鹽在土壤中的化學行為，致使堿性土壤中有效磷含量很低，限制了植物對磷素的吸收和利用[3]。外施磷肥雖能解決土壤中磷素匱乏的問題，但我國磷礦資源短缺，用于農業生產的磷肥尚需進口；且磷素在堿性土壤中極易被固定，僅處于根區表層的磷可被植物吸收利用[2]。因此，開發土壤磷素活化技術，減少土壤中磷的固定，提高磷有效性和利用率，在磷肥減施增效，減輕農業面源污染和緩解磷礦枯竭等方面具有重要意義。【前人研究進展】缺磷會增加植物根冠比，這是植物應對磷營養脅迫的重要適應過程[4]。筆者研究發現，堿性土壤環境對番茄根系發育產生嚴重的抑制作用[3]，不利于植物根系適應低磷環境的發育過程。此外，堿性土壤往往較中性土壤更易板結，水氣傳導能力降低，限制根系的生長和離子交換[5]。因此，利用生物炭類物質增加土壤孔隙度在堿性土壤農業生產系統中得到廣泛應用[6-7]。腐植酸是自然界中廣泛存在的大分子有機物質，主要由植物的遺骸經過微生物的分解和轉化，以及地球化學的系列過程造成和積累起來的一類有機物質，其總量可達數以萬億噸計。黃腐酸是一種可溶于水的腐植酸，它的分子量相對較低，功能團較腐植酸更為密集，因而其生理活性也高于腐植酸。黃腐酸能促進植物生長，提高抗逆性，改良土壤理化性質，在農業生產中具有較高的應用價值[4]。濱海鹽堿土中添加1.5 t·hm2的黃腐酸可有效改善土壤自然板結，降低鹽分積累，促進作物生長和礦質營養利用[8]。黃腐酸能增加土壤有機碳含量達70.2%，進而提高35.8%的土壤酸性磷酸酶活性，達到將土壤有效磷提高54.5%的效果[9]。且普通磷肥配施黃腐酸可顯著提高土壤速效磷含量，其增幅達34.6—41.92 mg·kg-1，并能降低堿性土壤pH 0.36個單位，進而降低土壤對磷素7.13%的固定率[10]。筆者研究表明，黃腐酸能促進番茄根系生長，增加根系蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸和酒石酸的積累與分泌，提高磷吸收和利用效率[11]。小麥中的研究表明，施用1%的黃腐酸能顯著提高小麥根際土壤中脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖酶的活性，并增加土壤微生物的總體活性、物種的豐富度和均勻度、群落的多樣性以及根際土壤微生物呼吸強度，說明黃腐酸可通過改善植物根系微環境促進礦質營養轉化和吸收[12]。此外，常規肥料與黃腐酸配施還能增強馬鈴薯植株的長勢，改善土壤酶活性，減輕連作帶來的病菌侵害程度[13]?！颈狙芯壳腥朦c】雖然黃腐酸在提高植物肥料利用率中已有較多研究，但黃腐酸在中性和堿性土壤中對番茄磷肥減施增效的研究尚未見報道；且黃腐酸是否可利用于堿性土壤改良也缺乏論證?！緮M解決的關鍵問題】本研究以盆栽番茄為試材，將番茄最優磷肥需求量定義為100%，通過在中性（pH 6.5）和堿性（pH 8.0）土壤中減施50%、75%和100%的磷素，比較添加黃腐酸與否對番茄植株生長、產量、品質和磷素利用效率的影響，為磷肥減施增效、鹽堿地改良利用和優化施肥方案提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

試驗于2017—2018年在山東農業大學園藝實驗站進行。

1.1 試驗材料

供試番茄（L.）品種為‘羅拉’。供試黃腐酸購自山東泉林嘉有肥料有限責任公司，氮、磷、鉀≥4%、黃腐酸≥18%、有機質≥40%，含有多種生理活性強的活性基團，呈弱酸性。供試土壤取自山東農業大學園藝實驗站，pH 6.5、有機質8.1 g·kg-1、堿解氮（N）113.6 mg·kg-1、速效磷（P2O5）61.5 mg·kg-1、速效鉀（K2O）90.8 mg·kg-1。以供試土壤加入1﹕1的KHCO3和K2CO3混合鹽調整土壤pH至8.0作為堿性土壤，以添加等摩爾量鉀素（由KCl提供）的供試土壤作為中性土壤。

1.2 試驗設計

采用盆栽方式，供試陶盆的口徑45 cm、底徑30 cm、高40 cm，每盆裝土15 kg。參照日光溫室番茄最優磷營養需求[14]，以0.53 g·kg-1的P2O5施入量作為番茄生產常規磷水平，記作100% P。依此基礎，在中性土壤（pH 6.5）和堿性土壤（pH 8.0）條件下，分別設置0% P、25% P、50% P和100% P 4個磷施入水平，再依據筆者前期研究結果[11]，設置不施用黃腐酸（-FA）和施用0.08 g·kg-1黃腐酸（+FA）兩個組合，共計16個處理。番茄幼苗購自山東安信種苗股份有限公司，將植株健康、生長整齊一致的番茄幼苗定植于事先處理好的土壤中，每盆1株。試驗采用隨機區組設計，每個處理27盆，每9盆作為1次重復，共計3次重復。其他管理按常規方法進行。

1.3 試驗方法

植株生長與產量測定：于打頂前測定植株的株高和莖粗，拉秧后測定根和莖鮮重，記錄整個生長期葉片鮮重和單株果實產量。

磷含量測定：拉秧后將根、莖、葉、果進行組織分離，于烘箱中殺青、烘干，用磨樣器研磨成粉。取0.1 g組織粉末，采用鉬銻抗比色法測定磷含量[15]。

肥料產量貢獻率計算：肥料產量貢獻率（%）=（施肥處理番茄單株產量-缺素處理番茄單株產量）/施肥處理番茄單株產量×100[16]。

磷吸收量計算：磷吸收量（mmol/plant）=（根干重×根磷含量）+（莖干重×莖磷含量）+（葉干重×葉磷含量）+（果實干重×果實磷含量）[11]。

磷肥利用率計算：磷肥利用率（%）=（施磷處理植株磷吸收量-缺磷處理植株磷吸收量）/磷肥施用量×100[17]。

果實品質：摘取第3穗花開放后50 d的果實用于品質分析，采用烘箱烘干果實并計算干物質含量，高效液相色譜法測定番茄紅素含量[18]，鉬藍比色法測定維生素C含量[19]，蒽酮比色法測定可溶性糖含量[20]，NaOH滴定法測定可滴定酸含量，糖酸比=可溶性糖含量/可滴定酸含量。

平均隸屬度：（x）=（x–x）/（x–x）。式中，=1，2，3，……，n；（x）為各處理第個指標的隸屬函數值，x為各處理某一指標的值，x和x為所有處理第個指標的最大值和最小值；平均隸屬度=（（x）+（x）……+（x））/n[21]。

1.4 數據分析

采用 Microsoft Excel 2007進行數據處理，SPSS 17.0進行統計分析，不同小寫字母表示處理間差異達0.05顯著水平（法）。

2 結果

2.1 黃腐酸與磷肥施用在中、堿性土壤條件下對番茄植株生長的影響

表1顯示，在兩種土壤條件下，番茄植株的株高、莖粗、根鮮重、莖鮮重和葉鮮重均隨著磷肥施用量的增加而增加。與中性土壤相比，堿性土壤增施磷肥對番茄植株生長的促進效果更好，說明土壤堿化抑制了番茄對磷素的吸收。此外，增施黃腐酸在不同施磷水平的中性和堿性土壤條件下均能提高番茄植株的生長量。但黃腐酸對番茄植株生長指標的促進效果表現為：低磷水平下的增幅大于高磷水平，堿性條件下的增幅大于中性條件。表明黃腐酸與土壤pH和磷水平產生交互效應，影響番茄植株生長。

計算表1生長指標平均隸屬度，對16個處理進行排名。在未施黃腐酸處理中，隨著磷水平的提升，番茄植株長勢增強，但中性土壤處理的整體長勢均強于堿性土壤。在施用黃腐酸處理中，“pH 8.0、100%P、+FA”（排名第6）處理下番茄的長勢優于“pH 6.5、25%P、-FA”（排名第7）、“pH 6.5、0%P、+FA”（排名第8）和“pH 6.5、0%P、-FA”（排名第10）3個中性土壤處理。此外，增施黃腐酸在中、堿性土壤和不同磷水平下均能提高番茄植株生長排名，說明黃腐酸能緩解堿土和缺磷對番茄植株造成的生長抑制。

2.2 對番茄產量和肥料產量貢獻率的影響

圖1-A顯示，在兩種土壤條件下，番茄產量均隨著磷肥施用量的增加而提高，且相同磷水平下添加黃腐酸能進一步提高番茄產量。中性土壤條件下，隨著磷肥施用量的增加，黃腐酸的增產效果逐漸降低。堿性土壤條件下，隨著磷肥施用量的增加，黃腐酸的增產效果逐步升高。其中，“pH 8.0、25%P、+FA”處理下的番茄產量高于“pH 8.0、100%P、-FA”處理。同時，堿性土壤條件下100% P配施黃腐酸也可使番茄產量達到中性土壤下25%—50%施磷量處理水平。上述結果說明黃腐酸在低磷和堿性土壤條件下具有更顯著的增產效果，表明黃腐酸能解除堿性土壤對磷素的固定作用。

表1 黃腐酸與磷肥施用在中、堿性土壤條件下對番茄植株生長的影響

不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同

Values followed by different letters are significant among treatments at the 5% level. The same as below

不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同

肥料產量貢獻率反映肥料對作物產量貢獻的大小，把不施磷肥（0% P）處理的產量視為土壤（地力）對產量的貢獻，以其為基準進行計算，反映不同水平磷肥投入后的增產能力。圖1-B顯示，在兩種土壤條件下，番茄的肥料產量貢獻率均隨著磷肥施用量的增加而增加。說明在兩種土壤條件下磷素水平對番茄產量產生的直接影響均十分明顯。施用黃腐酸后降低了中性土壤條件下各施磷水平的肥料產量貢獻率，卻增加了堿性土壤條件下各施磷水平的肥料產量貢獻率。說明黃腐酸在中性土壤條件下的增產效果除了調控植株磷肥吸收利用外，還附帶較多其他增產效應；而黃腐酸在堿性土壤條件下的增產效果則主要體現為提高植株對磷肥的吸收利用效率。

2.3 對番茄磷素吸收、利用和分配的影響

表2表明，磷素在番茄植株各組織中含量由高到低的排列順序依次為：根、莖、葉、果。在兩種土壤條件下，各組織磷含量均與磷肥施用量呈正相關，且黃腐酸在各磷水平下均能顯著提升不同組織的磷含量。通過平均隸屬度計算土壤pH、施磷水平和黃腐酸交互條件下對番茄植株磷吸收的綜合排名可知，在中性土壤添加黃腐酸后，可使0%施磷量的植物組織磷含量綜合水平高于未加黃腐酸的50%施磷量的處理；而在堿性土壤添加黃腐酸后，可使100%施磷量的植物組織磷含量綜合水平高于中性土壤中未加黃腐酸的50%施磷量的處理。

圖2-A顯示，在兩種土壤條件下，番茄植株的磷吸收總量均隨著磷肥施用量的增加而增加，且在各磷肥施用水平上添加黃腐酸也能增加番茄植株的磷吸收總量。在中性土壤條件下，添加黃腐酸能彌補磷肥減施50%后對番茄植株磷吸收總量的影響。而在堿性土壤條件下，100%施磷水平添加黃腐酸能使番茄植株磷吸收總量達到中性土壤條件下0%施磷量不加黃腐酸的水平。由圖2-B所示的磷肥利用率可知，中性土壤條件下各處理間差異不顯著。而堿性土壤則較中性土壤顯著降低了磷肥利用率；但堿性土壤添加黃腐酸后能有效提升磷肥利用率，且施磷水平越低，提升效果越明顯。說明黃腐酸在堿性土壤條件下具有更為顯著的磷素吸收利用促進效果。

表2 黃腐酸與磷肥施用在中、堿性土壤條件下對番茄根、莖、葉、果中磷含量的影響

圖2 黃腐酸與磷肥施用在中、堿性土壤條件下對番茄磷素吸收量和磷素利用率的影響

2.4 對番茄果實品質的影響

表3顯示，土壤pH和磷肥施用量均可影響番茄品質，且對各品質指標的作用效果也有不同；果實品質屬綜合指標，不能以某一指標作為標準進行單獨評價。對果實品質指標進行平均隸屬度計算和排名，有利于客觀、綜合的評價。與中性土壤相比，堿性土壤顯著提高了番茄的果實品質。兩種土壤條件下，果實品質均隨著磷肥施用量的增加而提升。此外，在相同土壤和磷肥水平下添加黃腐酸也能顯著提高果實品質。

表3 黃腐酸與磷肥施用在中、堿性土壤條件下對番茄果實品質的影響

3 討論

堿性土壤顯著抑制植物生長和礦質營養吸收，這一方面歸因于土壤高pH對植物根系造成的直接傷害；另一方面則是堿性易沉淀元素被土壤固定造成的間接營養脅迫[22]。黃腐酸類物質作為“植物生長刺激素”已在多種植物中得到證實[23]。黃腐酸具有促進根系和同化系統生長，增加作物產量等功能[23]。筆者研究表明，添加0.08 g·kg-1黃腐酸即可有效緩解低磷脅迫對番茄幼苗生長的抑制作用，促進番茄幼苗生長，增加根冠比，抑制葉綠素降解，并通過促進根系有機酸分泌增加磷素吸收量[11]。黃腐酸類物質因含有植物激素類似物可直接促進植物的生長和發育[24]。黃腐酸除了直接刺激植物生長外，還可提高植物抗氧化能力，增加脯氨酸和可溶性糖等滲透調節物質含量，清除活性氧，降低細胞損傷[25]。因此，本研究中黃腐酸可通過直接刺激效應和抗性誘導效應緩解堿性土壤和低磷環境對番茄生長和產量的抑制作用。

本研究發現，無論是在中性土壤還是堿性土壤，黃腐酸均能顯著提高番茄的磷素吸收和利用能力。中性土壤條件下添加黃腐酸對磷肥利用效率影響不顯著，并且降低了肥料產量貢獻率。說明中性土壤對磷肥的固定能力較弱，除淋溶作用外，絕大多數磷肥可被植株吸收。在此條件下，黃腐酸主要通過活化和釋放土壤自身磷素，增加番茄各組織的磷含量，降低磷肥對產量貢獻的份額。這為黃腐酸能活化土壤固定態磷提供了間接證據。腐植酸被證明可降低土壤對磷素的吸附能力，增加植物對土壤固定態磷的利用[26]。堿性土壤易使磷與Ca2+、Al3+等陽離子螯合，形成Al-P、Ca2-P、Ca8-P和Ca10-P等難溶性磷[13,27]。而黃腐酸與復合肥配施可提高鹽堿地區小麥的肥料利用率，增產效果達36.17%[28]。本研究發現，黃腐酸能顯著提高堿性土壤條件下番茄的磷肥利用效率和肥料產量貢獻率。但隨著磷肥施用水平的增加，黃腐酸對磷肥利用效率的促進效果下降，而對肥料產量貢獻率的促進效果上升。這說明磷肥施入堿性鹽土中易被固定，施用黃腐酸能解除堿性土壤對磷的固定作用，增加肥料對產量的貢獻。此外，上述結果還說明黃腐酸在低磷水平下施用，能發揮更好的效果，增加磷肥利用效率。

順境出產量，逆境促品質已成為園藝生產的共識。適度鹽[21]、旱[29]、低溫[30]和紫外線[30]等環境脅迫均能提高番茄果實品質。本研究的堿性土壤環境也能提高番茄果實綜合品質。前人研究表明，番茄具有較強的耐堿性，可在pH 9.34以下的堿性土壤中生長、結實，堿土雖導致番茄產量下降15%—41%，但可提高可溶性糖含量13%—37%，降低有機酸含量3%—13%，使糖酸比增加0.2—3.1個單位，并提高果實維生素C含量[31]，與本研究結果相似。由于黃腐酸可促進堿性土壤條件下磷素的吸收，因而可平衡植株礦質營養，進一步提升番茄果實品質。

4 結論

土壤添加0.08 g·kg-1黃腐酸可顯著促進番茄植株生長，活化土壤磷素，提高番茄產量和品質。因此，黃腐酸可用于中性土壤磷肥減施增效，保護磷礦資源，降低磷肥投入造成的土壤面源污染。黃腐酸還可用于堿性土壤改良與修復，為鹽堿地區番茄優質高效生產提供理論依據和技術支撐。

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Application of Fulvic Acid and Phosphorus Fertilizer on Tomato Growth, Development, and Phosphorus Utilization in Neutral and Alkaline Soil

ZHANG LiLi, SHI QingHua, GONG Biao

(College of Horticultural Science and Engineering, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology/Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops in Huang-Huai Region, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tai’an 271018, Shandong)

【】The phosphorus uptake and utilization of plants are reduced in alkaline soil. Fulvic acid (FA) application has effect on activating the hard-soluble phosphorus in soil. This study used FA to improve the utilization rate of phosphorus fertilizer in alkaline soil, so as to provide a new approach to reduce phosphorus fertilizer application. 【】The tomato (L.) cultivar of Luo La was used as plant material, which were cultivated in the big pots with two kinds soil. Two levels of soil pH (6.5 and 8.0) with four levels of phosphorus (P2O5) fertilizer application (0, 0.1325, 0.265 and 0.53 g·kg-1, separately marked as 0% P, 25% P, 50% P and 100% P), with or without 0.08 g·kg-1FA were set in this experiment. Then, it was studied the effectsof 0.08 g·kg-1FA and phosphorus fertilizer on plant growth, yield, fruit quality and phosphorus utilization in neutral and alkaline soil. 【】The tomato plant growth, yield, phosphorus concentrations, phosphorus uptake and fertilizer contribution were significantly reduced in alkaline soil. However, the tomato fruit quality was improved in alkaline soil. The tomato plant growth, yield and fruit quality, as well as phosphorus concentrations, phosphorus uptake and fertilizer contribution were also reduced by reducing phosphorus application. However, the phosphorus fertilizer utilization was improved in lower phosphorus levels. Application of FA had significant effects on improving phosphorus uptake and concentrations, which promoted the plant growth, yield and quality formation. Application of FA had little effect on phosphorus fertilizer utilization, which reduced fertilizer contribution in neutral soil. However, the phosphorus fertilizer utilization and fertilizer contribution were significantly enhanced by FA treatment in alkaline soil. In addition, application of FA increased levels of tomato growth and yield under 50% P treatment to that under 100% P treatment, while this enhanced effect was more significant in high pH soil. Application of FA to 100% P treatment had significant effects on improving tomato plant growth, yield in alkaline soil, which showed similar effects on that in 0% P without FA treatment in neutral soil.【】Application of FA could improve phosphorus utilization, tomato plant growth, yield and fruit quality, which hit the mark of reducing phosphorus fertilizer application. Additionally, phosphorus fertilizer with FA application had mitigative effect of tomato growth and yield inhibition in alkaline soil.

tomato; fulvic acid; growth; yield; quality; phosphorus utilization

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.17.013

2020-01-19；

2020-05-09

國家自然科學基金（U1903105）、山東省“渤海糧倉”科技示范工程升級版項目（2019BHLC005）、山東省重點研發計劃（2019GNC106047）

張麗麗，E-mail：z1551931811@163.com。通信作者鞏彪，E-mail：gongbiao@sdau.edu.cn

（責任編輯 趙伶俐）