不同磷石膏添加量与接种菌根对玉米生长及磷砷硫吸收的影响

书书书第３１卷第１１期２０１１年１１月环　境　科　学　学　报　ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅＶｏｌ．３１，Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．，２０１１基金项目：云南省应用基础研究项目（Ｎｏ．２００８ＣＤ１３２，２００９ＺＣ０６９Ｍ）；云南省教育厅科学研究基金项目（Ｎｏ．０９Ｙ０１９７）ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＹｕｎｎａｎ（Ｎｏ．２００８ＣＤ１３２，２００９ＺＣ０６９Ｍ）ａｎｄｔｈｅＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＹｕｎｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎｏ．０９Ｙ０１９７）作者简介：白来汉（１９８３—），男，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]；通讯作者（责任作者），Ｅｍａｉｌ：[e-mail]：ＢＡＩＬａｉｈａｎ（１９８３—），ｍａｌｅ，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]；Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]白来汉，张仕颖，张乃明，等．２０１１．不同磷石膏添加量与接种菌根对玉米生长及磷、砷、硫吸收的影响［Ｊ］．环境科学学报，３１（１１）：２４８５２４９２ＢａｉＬＨ，ＺｈａｎｇＳＹ，ＺｈａｎｇＮＭ，ｅｔａｌ．２０１１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍａｄｄｉｔｉｏｎｌｅｖｅｌｓａｎｄｍｙｃｏｒｒｈｉｚａｌｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｏｎｇｒｏｗｔｈａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ，ｓｕｌｆｕｒａｎｄａｒｓｅｎｉｃｕｐｔａｋｅｂｙｍａｉｚｅｐｌａｎｔｓ（ＺｅａｍａｙｓＬ）［Ｊ］．ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３１（１１）：２４８５２４９２不同磷石膏添加量与接种菌根对玉米生长及磷、砷、硫吸收的影响白来汉１，张仕颖１，张乃明１，夏运生１，，王幼珊２，姜蓉１，赵涵１１．云南农业大学资源与环境学院，昆明６５０２０１２．北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京１０００８９收稿日期：２０１１０２１１　　　修回日期：２０１１０４３０　　　录用日期：２０１１０５０４摘要：通过盆栽模拟试验研究了不同磷石膏（ＰＧ）添加量（０、２０、４０ｇ·ｋｇ－１）和接种３种丛枝菌根真菌（Ｇｌｏｍｕｓｍｏｓｓｅａｅ（ＧＭ）、Ｇｌｏｍｕｓａｇｇｒｅｇａｔｕｍ（ＧＡ）、Ｄｉｖｅｒｓｉｓｐｏｒａｓｐｕｒｃｕｍ（ＤＳ））对玉米生长及其磷、硫、砷吸收的影响．试验结果表明：随磷石膏添加量的提高，土壤有效磷、有效硫含量及玉米植株的生物量均呈增加趋势，且无论接种与否，３个水平磷石膏处理中均以ＰＧ４０处理（４０ｇ·ｋｇ－１）植株的磷含量及吸收量最高．就玉米植株地上部分的生物量而言，在ＰＧ４０处理下以接种ＤＳ处理最高，而接种ＧＡ处理则刚好相反．同一磷石膏添加水平下，与不接种相比，接种ＤＳ菌根真菌显著增加了玉米根系的磷含量、磷吸收量及硫含量，显著降低了根系的砷含量；而接种ＧＭ菌根真菌不同程度地降低了玉米根系的磷含量和吸收量，同时显著降低了根系的砷含量；接种ＧＡ菌根真菌显著降低了玉米根系磷含量，但砷含量没有显著变化．所有复合处理中，以添加磷石膏４０ｇ·ｋｇ－１与接种ＤＳ菌根真菌组合处理对低硫缺磷土壤玉米的生长促进作用最好．关键词：磷石膏（ＰＧ）；丛枝菌根真菌（ＡＭＦ）；玉米（ＺｅａｍａｙｓＬ）；磷；硫；砷文章编号：０２５３２４６８（２０１１）１１２４８５０８　　　中图分类号：Ｘ５３　　　文献标识码：ＡＥｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍａｄｄｉｔｉｏｎｌｅｖｅｌｓａｎｄｍｙｃｏｒｒｈｉｚａｌｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｏｎｇｒｏｗｔｈａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ，ｓｕｌｆｕｒａｎｄａｒｓｅｎｉｃｕｐｔａｋｅｂｙｍａｉｚｅｐｌａｎｔｓ（ＺｅａｍａｙｓＬ）ＢＡＩＬａｉｈａｎ１，ＺＨＡＮＧＳｈｉｙｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧＮａｉｍｉｎｇ１，ＸＩＡＹｕｎｓｈｅｎｇ１，，ＷＡＮＧＹｏｕｓｈａｎ２，ＪＩＡＮＧＲｏｎｇ１，ＺＨＡＯＨａｎ１１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＹｕｎｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５０２０１２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎ＆Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ＆ＦｏｒｅｓｔｒｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８９Ｒｅｃｅｉｖｅｄ１１Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１１；　　　ｒｅｃｅｉｖｅｄｉｎｒｅｖｉｓｅｄｆｏｒｍ３０Ａｐｒｉｌ２０１１；　　　ａｃｃｅｐｔｅｄ４Ｍａｙ２０１１Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｒｏｗｔｈａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（Ｐ），ｓｕｌｐｈｕｒ（Ｓ），ａｒｓｅｎｉｃ（Ａｓ）ｕｐｔａｋｅｏｆｍａｉｚｅｐｌａｎｔｓ（ＺｅａｍａｙｓＬ）ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｚｅｐｌａｎｔｓｇｒｅｗｉｎｐｏｔｓｏｆｓｏｉｌａｎｄｗｅｒｅｕｎｄｅｒｔａｋｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｄｄｉｔｉｏｎｌｅｖｅｌｓｏｆｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍ（ＰＧ）（０，２０，４０ｇ·ｋｇ－１）ａｎｄｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆａｒｂｕｓｃｕｌａｒｍｙｃｏｒｒｈｉｚａｌ（ＡＭ）ｆｕｎｇｉＧｌｏｍｕｓｍｏｓｓｅａｅ（ＧＭ），Ｇｌｏｍｕｓａｇｇｒｅｇａｔｕｍ（ＧＡ），Ｄｉｖｅｒｓｉｓｐｏｒａｓｐｕｒｃｕｍ（ＤＳ）．ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｏｉｌａｖａｉｌａｂｌｅＰａｎｄＳｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓａｎｄｐｌａｎｔｂｉｏｍａｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅＰＧａｄｄｉｔｉｏｎｌｅｖｅｌ．Ｗｈｅｔｈｅｒｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｏｒｎｏｔ，ｔｈｅＰＧ４０ｔｒｅａｔｅｄｓｔｒａｉｎｃｏｎｓｔａｎｔｌｙｋｅｐｔｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔＰｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄＰｕｐｔａｋｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔＰＧａｄｄｉｔｉｏｎｌｅｖｅｌｓ．ＲｅｓｕｌｔｓａｌｓｏｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｈｏｏｔｇｒｏｗｔｈｏｆＰＧ４０ｔｒｅａｔｅｄｍａｉｚｅｓｔｒａｉｎｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｅｎｈａｎｃｅｄｗｈｅｎｉｎｏｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＤＳ，ｂｕｔｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｈｉｂｉｔｅｄｗｈｅｎｉｎｏｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＧＡ．ＵｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅＰＧａｄｄｉｔｉｏｎｌｅｖｅｌｓ，ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｃｏｎｔｒｏｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈｏｕｔｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｏｏｔＰａｎｄＳｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄＰｕｐｔａｋｅｏｆｍａｉｚｅｓｔｒａｉｎｉｎｏｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＤＳｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｈｉｌｅｔｈｅｒｏｏｔＡｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄＴｈｅｒｏｏｔＰｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｕｐｔａｋｅ，ａｓｗｅｌｌａｓＡｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｈｅｎｍａｉｚｅｗａｓｉｎｏｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＧＭ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ＧＡｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｏｎｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｒｏｏｔＰｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｉｎａｌｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＰＧ４０ａｄｄｉｔｉｏｎｗｉｔｈＤＳｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｈａｄｔｈｅｍｏｓｔｄｅｓｉｒａｂｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｍａｉｚｅｐｌａｎｔｓｇｒｏｗｎｉｎｔｈｅｓｏｉｌｏｆｌｏｗＳａｎｄｄｅｆｉｃｉｅｎｔＰ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍ（ＰＧ）；ａｒｂｕｓｃｕｌａｒｍｙｃｏｒｒｈｉｚａｌｆｕｎｇｕｓ（ＡＭＦ）；ｍａｉｚｅ（ＺｅａｍａｙｓＬ）；ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ｓｕｌｐｈｕｒ；ａｒｓｅｎｉｃ环　　境　　科　　学　　学　　报３１卷１　引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）磷石膏是磷肥、磷酸生产时排放出的固体废弃物，生产１ｔ磷酸约能产生４．５～５．０ｔ磷石膏．据统计，我国每年磷石膏的排放量超过１０００万ｔ，而云南省是全国磷石膏堆存量最大的省份，产生的磷石膏不仅占用大量土地，污染环境，还给磷复肥生产企业带来很大的负担（徐翠云，２０００）．磷石膏因含硫量高，并含有一定量的磷、钙、硅等植物所需元素而被作为土壤改良剂或肥源应用于农业生产，研究发现，磷石膏能降低土壤ｐＨ值，改良盐碱土，促进缺硫土壤上玉米等作物幼苗的生长，以及使水稻、玉米、棉花、大豆、红薯、果树、青椒、白菜等增产，并能提高花生的固氮能力及花卉、树木和草坪草等的移栽成活率（欧阳文杰，１９９２；石伟勇等，１９９５；张学斌等，１９９６；陈玉琦，２００５）．不过，这些研究的关注重点大多在逆境土壤的改良、作物生长及增产等方面，而就磷石膏施用于土壤后对作物有害物积累与评价等方面的研究较少（王荣华等，１９９３）．而且，磷石膏具有强酸性、含水率高、含有一定量砷（Ａｓ）等不利于作物生长及农产品安全的逆境因素，在一定程度上限制了磷石膏的农业应用（纪罗军等，２００６；ＰéｒｅｚＬóｐｅｚｅｔａｌ．，２００７）．丛枝菌根真菌（ＡｒｂｕｓｃｕｌａｒＭｙｃｏｒｒｈｉｚａｌＦｕｎｇｉ，ＡＭＦ）是一种专性共生真菌，能侵染植物根部并从植物体获得碳水化合物满足其自身生长需要．菌根的侵染可以增加宿主植物对各种矿质养分（如磷、硫等）的吸收（李晓林等，１９９３；冯固等，１９９７；Ｓｍｉｔｈｅｔａｌ．，１９９７；Ｘｉａｏｅｔａｌ．，２０１０）．近年来，国内外就丛枝菌根真菌对土壤有机磷和无机磷、外源有机磷和无机磷特别是磷矿中难溶性磷的利用进行了一些研究（姚青，２０００；Ａｌｌｏｕｓｈｅｔａｌ．，２０００；宋勇春等，２００１；Ｒｉｃａｒｄｏｅｔａｌ．，２００９），发现菌根真菌具有活化难溶性无机磷和有机磷的能力．另有研究表明，接种菌根真菌能够增大洋葱和春兰对硫元素的吸收作用（郭涛，２００６；金辉，２００６）．此外，还有关于丛枝菌根真菌能够强化植物利用尾矿砂、煤矿区废弃物和矿区复垦土壤（毕银丽等，２００６；肖雪毅等，２００６；杨秀梅等，２００８），以及强化玉米对土壤砷污染的抗性等方面的报道（Ｘｉａｅｔａｌ．，２００７；夏运生等，２００８；Ｂａｉｅｔａｌ．，２００８；肖艳平等，２０１０）．基于磷石膏中较高的硫、磷含量和一定的砷含量，以及菌根真菌具有促进磷、硫等养分吸收及抵抗砷胁迫的潜力，本研究以玉米为宿主植物，进行磷石膏利用和菌根接种的盆栽试验，研究不同菌根真菌接种和不同磷石膏添加水平对玉米生长状况及其磷、硫、砷吸收的影响．探讨低硫缺磷土壤上菌根技术结合磷石膏施用对作物磷、硫吸收及抵御Ａｓ胁迫的作用机理，以探索一条兼顾废物资源化利用和农业增产的经济、安全的新途径．２　材料和方法（Ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ）２．１　试验材料供试土壤为玉溪市江川县低硫缺磷土壤，其基本化学属性如表１所示．土壤自然风干后过２ｍｍ筛，混合均匀后装入灭菌袋中进行高压蒸汽灭菌（１２１℃间歇灭菌共２ｈ），置于牛皮纸上晾置２～３ｄ后收入密封塑料袋，避免其它途径的微生物污染．供试磷石膏采自昆明市磷复肥企业（昆阳磷肥厂）西汉营村子堆放处．磷石膏风干后过１ｍｍ筛，混匀，然后进行与供试土壤同样的灭菌、风干等处理．表１　供试土壤及磷石膏的化学属性Ｔａｂｌｅ１　Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｏｉｌａｎｄｔｈｅｐｈｏｓｐｈｏｇｙｐｓｕｍ类别土壤ｐＨ有机质／（ｇ·ｋｇ－１）全磷／（ｇ·ｋｇ－１）速效磷／（ｍｇ·ｋｇ－１）有效硫／（ｍｇ·ｋｇ－１）全砷／（ｍｇ·ｋｇ－１）土壤７．３０１３．４２０．６８７．５６３６．４５６．７０磷石膏４．１９４．６１５．２６３５．６２３７６．８４１８．５　　供试宿主植物为玉米（ＺｅａｍａｙｓＬ．Ｙ，会单８号），挑选大小一致且籽粒饱满的玉米种子，用１０％Ｈ２Ｏ２进行表面