Responses of maize growth to low phosphorus and phosphorus fertilizer application in different types of soil
-
摘要:目的
通过在酸性和石灰性土壤上种植玉米，探究在不同类型土壤上，缺磷和施用磷肥对玉米生长、磷吸收、根系性状、菌根侵染率以及根际指标的影响。
方法分别利用2种不同来源的酸性土壤(NX和WY)与2种不同来源的石灰性土壤(SP和CP)进行不施磷肥(低磷，LP)与施磷肥(高磷，HP)的玉米盆栽试验，对玉米的植株干质量、磷质量、根系性状(总根长、根表面积、根体积、平均根直径)、菌根侵染率、以及根际指标(根际pH、根际磷酸酶活性、根际羧酸盐含量)进行测定分析。
结果缺磷严重影响玉米植株生长，施磷显著增加了酸性和石灰性土壤上玉米植株干质量和磷质量；在2种酸性土壤和CP石灰性土壤中，施磷显著增加了玉米总根长、根表面积、根体积、平均根直径，降低了玉米菌根侵染率和根际羧酸盐含量；施磷显著降低了NX酸性土壤中根际酸性磷酸酶活性和CP石灰性土壤根际pH。主成分分析表明，在低磷条件下，根系性状与植株干质量和磷质量呈正相关关系，根际羧酸盐含量、菌根侵染率与植株干质量和磷质量均呈负相关关系；在高磷条件下，菌根侵染率、碱性磷酸酶活性、根际pH、平均根直径与植株干质量和磷质量均呈正相关关系。
结论施用磷肥可促进不同类型土壤上玉米植株的生长和磷吸收，玉米对施磷的响应很大程度上受到土壤本底养分含量的影响，有效磷含量低的土壤对施用磷肥的响应更加明显。在低磷条件下，玉米主要通过改变根系性状促进磷吸收。
Abstract:ObjectiveTo investigate the effects of phosphorus (P) deficiency and P fertilizer application on maize growth, P uptake, root traits, mycorrhizal colonization rate, and rhizosphere indexes in acid or calcareous soil.
MethodTwo different sources of acid soil (NX and WY) and two different sources of calcareous soil (SP and CP) were used in the pot experiment for maize with no P fertilization (low P, LP) or P fertilization (high P, HP) treatment. Maize plant dry weight, P weight, root traits (total root length, root surface area, root volume, average root diameter), mycorrhizal colonization rate, and rhizosphere indexes (rhizosphere pH, rhizosphere phosphatase activity, rhizosphere carboxylate content) were determined.
ResultP deficiency seriously affected plant growth, and P application significantly increased plant dry weight and P weight of maize in acid or calcareous soil. P application significantly increased total root length, root surface area, root volume, and average root diameter, and reduced mycorrhizal colonization rate and rhizosphere carboxylate content of maize in both acid soil and CP calcareous soil. P application also significantly reduced rhizosphere acid phosphatase activity in NX acid soil and rhizosphere pH in CP calcareous soil. Principal component analysis showed that, under low P condition, maize root traits were positively correlated with plant dry weight and P weight, while rhizosphere carboxylate content and mycorrhizal colonization rate were negatively correlated with plant dry weight and P weight. Under high P condition, mycorrhizal colonization rate, alkaline phosphatase activity, rhizosphere pH, and average root diameter of maize were all positively correlated with plant dry weight and P weight.
ConclusionP fertilization can promote plant growth and P uptake of maize in different type of soil. The response of maize to P application is largely influenced by the background nutrient content in soil, and the soil with low P availability is more responsive to P fertilization. Maize mainly alters root traits to promote P uptake under low P condition.
-
Keywords:
- Maize /
- Acid soil /
- Calcareous soil /
- Phosphorus treatment /
- Low phosphorus
-
播种是蔬菜生产的基础环节之一。播种机是实现高效、高质量播种作业的重要机具，其关键零部件为排种器。精密排种器的作用是按照农艺要求将种子从种箱成穴有序地排出，实现精密播种，提高播种精度及效率，有利于作物的后期管理以及收获，不仅可以节省种子、减少人工劳动成本，还能够提高作物产量；其性能直接决定播种机的作业质量。为适应小葱等不同密植蔬菜的种植要求[1]，需要排种器的结构尺寸较小。
目前，国内外对小粒种排种器均有研究与应用，国外学者Panning等[2]研制了一种气吸式甜菜排种器，Karayel等[3]研制了应用于黄瓜、西瓜和甜菜等作物的气吸式精密穴播器，但作业效率较低。德国LEMKEN公司生产的Solitair 9气吸式精量播种机[4]，可播种谷物、油菜、草籽和豆类等，实现整地、播种、施肥作业。英国Ferguson公司[5]生产的MF543型气吹式播种机，采用高速气流吹掉重吸的种子，并使用气压差辅助吸种。华中农业大学廖庆喜教授研究团队研制了气吸圆盘式排种器[6]、气吸滚筒式排种器[7]和气压集排式排种器[8-9]，可实现油菜的精量播种。曹秀龙等[10]研制了气吸滚筒式油菜穴盘育苗精密排种器，能够满足油菜和部分蔬菜穴盘育苗的要求。东北农业大学李杞超[11]和Wang等[12]研制了舀勺式小粒径蔬菜种子精量排种器，可实现小粒种蔬菜的播种作业，但田间作业时易受机器振动影响播种质量。以上研究均不能完全满足小粒种蔬菜的精量穴播要求；因此，需要研制一种小粒种精量穴播的排种器。
针对小粒种子不规则、难吸附的问题，种子丸粒化技术可对此进行改善；而且该技术对蔬菜种植业具有明显的促进作用[13]，丸粒化材料当中的营养物质和杀虫杀菌成分可为种子提供良好的萌芽环境，对提高田间发芽率，增强植株的抗病虫、抗自然灾害能力有明显的积极作用[14-15]。此外，丸粒化技术可以填充不规则种子的粗糙表层，形成规则形状，有利于气力式排种器的引导播种[16]。因此，本文的排种器设计以丸粒化种子作为依据。
离散元仿真技术已经较多地应用于对气吸式排种器的工作原理分析，可以研究排种器进种、搅种等过程。目前，离散元仿真软件主要包括EDEM软件和Rocky软件。相对于EDEM软件，Rocky软件设置简单，计算效率高，可实现较大的颗粒尺寸分配，颗粒与边界几何模型导入流程简单，并且与ANSYS软件集成，无需设置耦合接口等优点；因此，本文采用Rocky软件对排种器进种过程进行仿真分析。
根据小粒种排种器设计过程中遇到的种子不规则、难吸附、排种不稳定等问题[17]，本文使用SolidWorks2020建模设计，采用Rocky离散元仿真软件虚拟试验的方法对外壳体种箱结构、进种管结构进行优化设计，并通过试验求解最佳工作参数，以期为气吸式小粒种精量穴播排种器结构设计与优化提供参考。
1. 排种器结构与工作原理
气吸式小粒种精量穴播排种器为负压吸种、正压投种的圆盘循环式排种器，其结构包括底壳、轴承端盖、转轴、链轮压盖、链轮、滚针轴承、背板、排种盘、排种盘压盖、外壳体等零部件。排种器通过底壳上的法兰座与机架螺栓连接，由链轮带动转轴使排种盘转动，种子由种箱经过进种管进入充种区，装配结构图见图1。工作时，种子由种箱经过进种管进入到储种室，在负压作用下吸附在吸种孔上，由转轴带动排种盘转动，将种子携带至落种口处。种子在正压气体作用下落入开沟器开出的播种沟中[18]，并通过镇压轮覆土镇压。
![]()
图 1 气吸式小粒种蔬菜精量穴播排种器结构1：底壳；2：轴承端盖；3：转轴；4：链轮压盖；5：链轮；6：滚针轴承；7：背板；8：排种盘；9：排种盘压盖；10：外壳体Figure 1. Structure of air-suction precision hole sowing seed metering device for small-seeds vegetables1: Bottom shell; 2: Bearing end cover; 3: Rotating shaft; 4: Sprocket gland; 5: Sprocket; 6: Needle roller bearing; 7: Back plate; 8: Seed metering tray; 9: End cover for seed metering tray; 10: Outer shell2. 种子物料特性测定
种子物料特性是排种器设计的重要依据；因此，必须准确测量研究对象的各项物料特性，为排种器种箱、进种管、储种室等提供设计依据[19]。由于2020年广东白菜类蔬菜累计种植面积超过21万公顷，年产量超过590万吨，其种植面积和产量在广东蔬菜种植中占有较大的比例，机械化种植需求日益增长。菜心等白菜类蔬菜种子具有相似的力学和物理特性，其丸粒化处理后的相关特性也取决于包衣材料和技术。因此本文选用‘四九菜心’种子为研究对象，对种子进行丸粒化处理并染红色，为十字花科蔬菜排种器的研究提供参考。
2.1 丸粒化种子尺寸
由于种子的形状和尺寸差异，其在排种器内的流动情况和填充状态也有所不同。种子尺寸一般采用三轴尺寸来表示。小粒种丸粒化处理后为球形，因此测量其直径表示尺寸特征。采用东莞三量量具有限公司生产的JD017型数字式测厚仪(量程：0~10 mm)测量，随机抽取测量1 000粒，绘制粒径频率分布图见图2。由图2可知，种子直径分布在2.3~3.3 mm之间；其中，约65%分布在2.7~3.0 mm之间，约80%分布在2.5~3.1 mm之间，最大频次分布区间为2.80~2.88 mm，符合正态分布规律。
2.2 滑动摩擦角和休止角
种子的滑动摩擦角和休止角直接关系种子在排种器内的流动和相互之间的作用关系。对于缺乏黏聚力的散粒物料，其休止角等于内摩擦角[20]，则摩擦系数为摩擦角的正切值。在Rocky软件中需要对种子的摩擦参数进行输入标定，以获得接近真实状态的仿真效果。
试验采用自制的滑动摩擦角测试装置对种子的摩擦参数进行测量，如图3所示。采用倾斜法[21]对休止角参数进行测量。每项测量重复5次，取平均值，结果见表1。
表 1 种子摩擦参数Table 1. Seed friction parameter项目 Item 角度/(°)
Angle摩擦系数
Coefficient
of friction种子休止角
Seed angle of repose22.24 0.408 9 种子与不锈钢板的滑动摩擦角
Sliding friction angle between seed
and stainless steel plate29.62 0.568 5 种子与光敏树脂板的滑动摩擦角
Sliding friction angle between seed
and photosensitive resin plate28.15 0.535 0 2.3 千粒质量与容重
千粒质量和容重关系种箱大小的设计。根据千粒质量和容重，结合农艺要求和播种机的设计要求确定种箱大小。采用成都倍赛克仪表研究所生产的XH30001型号电子天平和100 mL量杯进行测量，重复5次，取平均值计算千粒质量(T)：13.07 g，容重(R)：0.586 9 g/mL。
3. 排种器外壳体方案设计
外壳体主要包括种箱、进种管等。由于小粒种蔬菜种植密度较大，对播种均匀性要求高，需要对排种器结构尺寸进行紧凑化设计。排种器种箱至储种室之间的进种管布置在外壳体内部。
3.1 种箱容积
配套播种机设计为6行排种器，垄宽(W)为1.1 m，单侧垄沟宽(V)为0.3 m，则行距(M)为0.2 m，穴距(N)按照最小农艺要求，为0.1 m，则666.67 m2用种量(Z总)为：
$$ {Z}_{总}\text=\frac{6\times 666.67}{(W+V)N} ， $$ (1) Z总=28 572粒，则单个排种器每666.67 m2用种量(Z单)=4 762粒。
以每公顷加1次种子计算，根据种子的千粒质量和容重参数。种箱容积(B单)为：
$$ B_{\text{单}}=\frac{{0.015}Z_{{\text{单}}}T}{R} {\text{，}}$$ (2) B单=1 590 mL，取B单=1 600 mL。
3.2 进种管出口大小仿真优化
采用离散元软件对排种器的性能仿真分析，对试验研究具有指导意义，也可以解释试验结果与现象内在的动力学机理[22]。本文采用Rocky软件对排种器外壳体的种子堆积过程进行仿真，以解决和优化进种过程中出现的种子卡顿问题。
在SolidWorks软件中绘制并装配排种盘与外壳体，首先设置排种盘旋转轴与世界坐标系某一轴重合，并且在导出STL文件时勾选“不要转换STL输出数据到正的坐标系”，保证导入的模型在Rocky软件中的坐标系与建模装配时的坐标系一致，能在Rocky软件中准确设置排种盘的旋转运动和颗粒工厂的位置等。
在Rocky软件中导入边界模型，新建颗粒入口、颗粒工厂，根据之前的测量结果设置颗粒大小形状与分布，各实体之间的摩擦参数等。
根据较小尺寸的设计目标，设计了垂直式和侧下式2种外壳体进种管方案，分别在Rocky软件中对其进种过程进行仿真(图4、图5)。
在仿真动画中可以看到，垂直式进种方式中，由于进种管间隙较小，种子流具有明显的卡顿现象(图4)；而侧下式进种方式中，种子流动效果良好，从进种管出口处形成明显的斜坡，吸种孔处的种子层厚度较大，有利于充种(图5)。
根据改进后的进种效果，确定侧下式进种管为优选方案，采用光敏树脂打印加工改进后的外壳体，经过试验，卡种现象没有出现。优化的侧下式进种管进种效果如图6所示。
![]()
图 6 优化的侧下式进种管不同时刻的进种效果Figure 6. Effects of optimized side-down feed mode at different time4. 二次旋转正交组合试验
4.1 排种器性能试验条件
采用自制排种器试验台，试验台由ZX-42GA775F-3500型直流减速电机(减速比115、转速55 r/min)，盛科电子CCM6DS型直流电机调速器，Hti鑫思特HT-1890型数字微压压差计(测量范围±13.79 kPa)，宁波奉化伟成电机厂的WM7060-24V型无刷直流风机，台湾明纬24 v−500 W开关电源和待测排种器等组成，见图7。
![]()
图 7 排种器试验台1：排种器；2：驱动电机；3：正压风机；4：负压风机；5：负压气压表；6：正压气压表Figure 7. Testing platform for seed metering device1: Seed metering device; 2: Drive motor; 3: Positive pressure fan; 4: Negative pressure fan; 5: Negative pressure barometer; 6: Positive pressure barometer根据GB/T 6973—2005《单粒(精密)播种机试验方法》[23]，每次试验采集250穴统计单粒穴数、空穴数和重播穴数，重复3次，取平均值进行分析。统计单粒率(Z1)、空穴率(Z2)、重播率(Z3)，计算公式如下：
$$ {Z_1} = \dfrac{{{{n}_1}}}{N} \times 100{{\text{%}}} , $$ (3) $$ {Z_2} = \dfrac{{{{n}_2}}}{N} \times 100{{\text{%}}} , $$ (4) $$ {Z_3} = \dfrac{{{{n}_3}}}{N} \times 100{{\text{%}}} , $$ (5) 式中，N为理论排种总数，n1为单粒穴数，n2为空穴数，n3为重播穴数。
4.2 试验方案
影响排种器性能的因素之间相互影响与约束，为了研究各因素对排种器性能的影响效果，需确定各因素之间的主次关系和最优组合。采用广东省良种引进有限公司生产、丸粒化处理并染色的‘四九菜心’种子进行试验，根据初步试验结果选择转速范围为5~34 r/min，气压范围为−800~−4 300 Pa，对排种器进行二因素二次旋转正交组合试验，每组试验取250穴，重复3次，取平均值，表2为试验因素编码表。
表 2 排种器试验因素编码表Table 2. Seed metering device test factor and code table变量x范围
Range of variable x标准化后X(编码)
Normalized X(coding)实际变量值
Actual value of variableX1 X2 x1/(r·min−1) x2/Pa 上水平 Upper level 1 1 30.00 −3 800.00 零水平 Baseline level 0 0 20.00 −2 550.00 下水平 Lower level −1 −1 10.00 −1 300.00 距零水平上r点 r above the reference baseline level 1.414 2 1.414 2 34.14 −4 317.75 距零水平下r点 r below the reference baseline level −1.414 2 −1.414 2 5.86 −782.25 标准差 Standard deviation 1 1 10.00 1 250.00 4.3 结果与分析
4.3.1 回归分析与显著性检验
根据二次旋转正交组合试验，使用自行搭建的排种器试验台测试得到各试验组排种器单粒率、空穴率、重播率指数，试验结果见表3。采用Design-expert10.0软件对试验数据进行多元回归拟合，得到单粒率的回归方程，并采用F检验验证其显著性。
表 3 二次旋转正交组合试验设计与结果Table 3. Quadratic orthogonal rotation combination design and experimental results序号
Test number转速(x1)
Rotation speed气压(x2)
Air pressure单粒率(Z1)/%
Single grain rate空穴率(Z2)/%
Leak seeding rate重播率(Z3)/%
Replay seeding rate1 −1 −1 94.93 5.07 0.00 2 1 −1 60.67 39.33 0.00 3 −1 1 98.00 1.33 0.67 4 1 1 96.80 2.80 0.40 5 −1.414 0 97.73 2.00 0.27 6 1.414 0 85.47 14.53 0.00 7 0 −1.414 52.13 47.87 0.00 8 0 1.414 97.73 2.00 0.27 9 0 0 94.93 5.07 0.00 10 0 0 95.73 4.27 0.00 11 0 0 95.73 4.27 0.00 12 0 0 95.47 4.53 0.00 13 0 0 97.20 2.80 0.00 多元回归拟合得到各因素影响排种器单粒率(Z1)和排种器空穴率(Z2)的回归模型分别为：
$$ {Z_1} = 95.1 - 6.6{x_1} + 12.96{x_2} + 8.27{x_1}{x_2} - 9.22{x_2}^2 ， $$ (6) $$ \begin{split} &\;\\ &{Z_2} = 4.82 + 6.68{x_1} - 13.14{\text{ }}{x_2} - 8.19{\text{ }}{x_1}{x_2} + 9.14{\text{ }}{x_2}^2 ， \end{split} $$ (7) 式中，x1为排种器转速，x2为气压。
回归模型的显著性检验与方差分析表见表4。由表4可知，该模型的拟合度极显著(P<0.000 1)，其中排种器转速(x1)、气压(x2)以及两者交互项(x1x2)、气压平方项(x22)的P值均小于0.01；因此这些因素与排种器单粒率、空穴率均显著相关。
表 4 回归方程方差分析Table 4. Variance analysis of regression equation指数
Index来源
Source平方和
Sum of squares自由度
df均方
Mean squareF P 单粒率(Z1)
Single grain rate模型 Model 2 567.93 4 641.98 30.45 <0.000 1 X1 348.66 1 348.66 16.54 0.003 6 X2 1343.90 1 1343.90 63.75 <0.000 1 X1X2 273.35 1 273.35 12.97 0.007 0 X22 602.01 1 602.01 28.56 0.000 7 残差 Residual 168.64 8 21.08 失拟误差 Lack of fit 165.81 4 41.45 58.59 0.000 8 误差 Error 2.83 4 0.71 总和 Total 2 736.58 12 641.98 30.45 空穴率(Z2)
Leak seeding rate模型 Model 2 598.49 4 649.62 31.53 <0.000 1 X1 357.22 1 357.22 17.34 0.0031 X2 1 381.59 1 1381.59 67.05 <0.000 1 X1X2 268.96 1 268.96 13.05 0.006 9 X22 590.72 1 590.72 28.67 0.000 7 残差 Residual 164.84 8 20.60 失拟误差 Lack of fit 162.01 4 40.50 57.24 0.000 9 误差 Error 2.83 4 0.71 总和 Total 2 763.33 12 通过回归系数的检验得知，影响排种器单粒率与空穴率的因素主次顺序为气压、排种器转速。
4.3.2 响应曲面分析
排种器转速与负压以及两者的交互作用对排种器的性能指标均有显著影响，根据响应曲面图(图8)可以分析其对单粒率和空穴率的影响。由于试验中重播率均小于0.8%，满足实际农艺要求，因此对其不再进行讨论。
![]()
图 8 转速−负压对单粒率和空穴率影响的响应曲面图和等高线图Figure 8. Response surface figure and contour map of influences of rotation speed-negative pressure on single grain rate and leak seeding rate依据图8A、8B，当转速一定时，随着负压的增加，单粒率也随之增加；当负压一定时，随着转速的增加，单粒率随之降低。当负压大于−2 800 Pa时，转速在5~30 r/min的范围内对排种器单粒率影响不明显，且此时单粒率均在90%以上。
依据图8C、8D，当转速一定时，随着负压的增加，空穴率也随之降低；当负压一定时，随着转速的增加，空穴率随之增加。当负压大于−2 800 Pa时，速度在5~30 r/min的范围内对排种器空穴率影响不明显，且此时空穴率均在10%以下。
4.3.3 参数优化与试验验证
为了得到排种器的最优工作参数组合，采用目标函数优化的方法，得到最优的单粒率(Z1)。依据提高单粒率、降低气压和提高转速的目标，设置各因素的边界条件：
$$ \begin{split} &\left\{ \begin{array}{l} \max {Z_1}\\ \min {Z_2}\\ \min {Z_3}\\ {\rm{s}}{\rm{.t}}\left\{ \begin{array}{l} 15 \;{{\rm{r}}\cdot {\rm{min}}^{-1}}\leqslant {x_1} \leqslant 34\; {{\rm{r}}\cdot {\rm{min}}^{-1}}\\ - 3\;175\;{\rm{Pa}} \leqslant {x_2} \leqslant - 1\;300\; {{\rm{Pa}}} \end{array} \right. \end{array} \right.， \end{split} $$ (8) 利用Design-Expert软件进行参数优化并分析求解，结果表明，当吸种负压为−2 316 Pa、转速为15 r/min时，排种器单粒率合格指数(单粒率评价指标)达到96.428%，漏播指数(空穴率评价指标)为3.499%，重播指数(重播率评价指标)为0.089%。根据实际应用情况，选择负压为−2 300 Pa，转速为15 r/min。根据预试验选择正压500 Pa作辅助清种，试验在相同条件下重复3次；单粒率、空穴率和重播率理论值分别为96.43%、3.49%、0.089%，实际值分别为96.00%、3.37%、0.267%。验证试验结果表明，单粒率合格指数平均值为96%，漏播指数平均值为3.37%，重播指数平均值为0.267%，试验结果与理论值的差值在0.45%以下，证明在该工作条件下，排种器性能满足《单粒(精密)播种机试验方法》GB/T 6973—2005[23]的要求。
5. 结论
1)设计了一种气吸式小粒种精量穴播排种器，采用负压吸种与正压投种的原理，由底壳、外壳体、排种盘、转轴等组成，结构尺寸相对紧凑，可以实现小粒种蔬菜的精量穴播要求。
2)通过Rocky离散元仿真软件分析垂直式和侧下式2种进种管的进种过程；仿真结果表明垂直式进种方式中，由于进种管间隙较小，种子流具有明显的卡顿现象，而侧下式进种方式种子流动效果良好，从进种管出口处形成明显的斜坡，吸种孔处的种子层厚度较大，有利于充种。
3)排种器二次旋转正交试验结果表明，影响排种器单粒率合格指数与漏播指数的因素主次顺序为气压、排种器转速。当转速一定时，随着负压的增加，单粒率随之增加，空穴率随之降低；当负压一定时，随着转速的增加，单粒率随之降低，空穴率随之增加。当负压大于−2 800 Pa时，转速在5~30 r/min的范围内对排种器单粒率和空穴率影响不明显，且此时单粒率均在90%以上，空穴率均在10%以下。本研究最优参数组合为吸种负压−2 300 Pa、转速15 r/min、正压500 Pa。经验证此时的排种器单粒率合格指数平均值为96%，漏播指数平均值为3.37%，重播指数平均值为0.267%，符合《单粒(精密)播种机试验方法》(GB/T 6973—2005)[23]的要求。
-
![]()
图 1 不同土壤类型和磷处理对玉米植株干质量和磷质量的影响
LP：不施磷；HP：施磷；NX：宁西酸性土壤；WY：翁源酸性土壤；SP：三坪石灰性土壤；CP：昌平石灰性土壤；各图中柱上不同小写字母代表处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 1. Effects of different soil types and phosphorus treatments on plant dry weight and P weight in maize
LP: No P added; HP: P fertilizer added; NX: Acid soil of Ningxi; WY: Acid soil of Wengyuan; SP: Calcareous soil of Sanping; CP: Calcareous soil of Changping; In each figure, different lowercase letters on the column represent significant differences among different treatments (P< 0.05, Duncan’s method)
![]()
图 2 不同土壤类型和磷处理对玉米总根长和根表面积的影响
LP：不施磷；HP：施磷；NX：宁西酸性土壤；WY：翁源酸性土壤；SP：三坪石灰性土壤；CP：昌平石灰性土壤；各图中柱上不同小写字母代表不同处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 2. Effects of different soil types and phosphorus treatments on total root length and root surface area in maize
LP: No P added; HP: P fertilizer added; NX: Acid soil of Ningxi; WY: Acid soil of Wengyuan; SP: Calcareous soil of Sanping; CP: Calcareous soil of Changping; In each figure, different lowercase letters on the column represent significant differences among different treatments (P<0.05, Duncan’s method)
![]()
图 3 不同土壤类型和磷处理对玉米单株根体积和平均根直径的影响
LP：不施磷；HP：施磷；NX：宁西酸性土壤；WY：翁源酸性土壤；SP：三坪石灰性土壤；CP：昌平石灰性土壤；各图中柱上不同小写字母代表不同处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 3. Effects of different soil types and phosphorus treatments on root volume and average root diameter in maize
LP: No P added; HP: P fertilizer added; NX: Acid soil of Ningxi; WY: Acid soil of Wengyuan; SP: Calcareous soil of Sanping; CP: Calcareous soil of Changping; In each figure, different lowercase letters on the column represent significant differences among different treatments (P<0.05, Duncan’s method)
![]()
图 4 不同土壤类型和磷处理对玉米菌根侵染率的影响
LP：不施磷；HP：施磷；NX：宁西酸性土壤；WY：翁源酸性土壤；SP：三坪石灰性土壤；CP：昌平石灰性土壤；柱上不同小写字母代表不同处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 4. Effects of different soil types and phosphorus treatments on mycorrhizal colonization rate in maize
LP: No P added; HP: P fertilizer added; NX: Acid soil of Ningxi; WY: Acid soil of Wengyuan; SP: Calcareous soil of Sanping; CP: Calcareous soil of Changping; Different lowercase letters on the column represent significant differences among different treatments (P<0.05, Duncan’s method)
![]()
图 5 不同土壤类型和磷处理对玉米根际pH和根际羧酸盐含量的影响
LP：不施磷；HP：施磷；NX：宁西酸性土壤；WY：翁源酸性土壤；SP：三坪石灰性土壤；CP：昌平石灰性土壤；各图中柱上不同小写字母代表不同处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 5. Effects of different soil types and phosphorus treatments on rhizosphere pH and carboxylate content in maize
LP: No P added; HP: P fertilizer added; NX: Acid soil of Ningxi; WY: Acid soil of Wengyuan; SP: Calcareous soil of Sanping; CP: Calcareous soil of Changping; In each figure, different lowercase letters on the column represent significant differences among different treatments (P<0.05, Duncan’s method)
![]()
图 6 不同土壤类型和磷处理对玉米根际磷酸酶活性的影响
LP：不施磷；HP：施磷；NX：宁西酸性土壤；WY：翁源酸性土壤；SP：三坪石灰性土壤；CP：昌平石灰性土壤；各图中柱上不同小写字母代表不同处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 6. Effects of different soil types and phosphorus treatments on rhizosphere phosphatase activities in maize
LP: No P added; HP: P fertilizer added; NX: Acid soil of Ningxi; WY: Acid soil of Wengyuan; SP: Calcareous soil of Sanping; CP: Calcareous soil of Changping; In each figure, different lowercase letters on the column represent significant differences among different treatments (P<0.05, Duncan’s method)
表 1 土壤类型(S)和磷处理(P)对玉米植株生长以及根际指标影响的方差分析1)
Table 1 Analysis of variance of effects of soil types (S) and phosphorus treatments (P) on plant growth and rhizosphere indexes in maize
性状(指标) Trait (Indicator) S P S×P 植株干质量 Plant dry weight 261.50*** 632.72*** 16.00*** 植株磷质量 Plant phosphorus weight 16.79*** 632.72*** 1.36*** 总根长 Total root length 2.23ns 145.28*** 9.46*** 根表面积 Root surface area 10.94*** 73.06*** 10.21*** 根体积 Root volume 16.58*** 51.40*** 9.90*** 平均根直径 Average root diameter 64.82*** 59.14*** 16.92*** 菌根侵染率 Mycorrhizal colonization rate 8.25** 181.10*** 23.27*** 根际 pH Rhizosphere pH 1553.68*** 7.54* 5.91** 根际羧酸盐含量 Carboxylate content in rhizosphere 12.57*** 35.30*** 6.56** 根际酸性磷酸酶活性 Acid phosphatase activity in rhizosphere 12.45*** 2.93ns 3.53* 根际碱性磷酸酶活性 Alkaline phosphatase activity in rhizosphere 8.48** 1.01ns 1.25ns 1)“*”：0.01≤P<0.05；“**”：0.001≤P<0.01； “***”：P<0.001； “ns”：不显著
1) “*”: 0.01≤P<0.05; “**”: 0.001≤P<0.01; “***”: P<0.001; “ns”: No significance
下载: 导出CSV
-
[1] LIU D. Root developmental responses to phosphorus nutrition[J]. Journal of Integrative Plant Biology, 2021, 63(6): 1065-1090. doi: 10.1111/jipb.13090
[2] 吕春香. 玉米种植现状与新技术应用的效率[J]. 农家参谋, 2021(20): 30-31. [3] 孙军兰. 磷肥用量对玉米产量的影响[J]. 农业工程技术, 2022, 42(8): 17. [4] BARBER S, MACKAY A. Root growth and phosphorus and potassium uptake by two corn genotypes in the field[J]. Fertilizer Research, 1986, 10(3): 217-230. doi: 10.1007/BF01049351
[5] 高文龙, 张赢心, 卢英进, 等. 不同磷素用量对玉米生长及生理生化指标的影响[J]. 山东农业科学, 2022, 54(4): 90-94. [6] 赵军霞. 土壤酸碱性与植物的生长[J]. 内蒙古农业科技, 2003(6): 33-42. [7] WANG Y, CHEN Y F, WU W H. Potassium and phosphorus transport and signaling in plants[J]. Journal of Integrative Plant Biology, 2021, 63(1): 34-52. doi: 10.1111/jipb.13053
[8] LYU Y, TANG H, LI H, et al. Major crop species show differential balance between root morphological and physiological responses to variable phosphorus supply[J]. Frontiers in Plant Science, 2016, 7: 1939. doi: 10.3389/fpls.2016.01939
[9] XIA Z, HE Y, ZHU Z, et al. Covariations and trade-offs of phosphorus (P) acquisition strategies in dioecious Populus euphratica as affected by soil water availability[J]. Functional Ecology, 2022, 36(12): 3188-3199. doi: 10.1111/1365-2435.14193
[10] MADRID-DELGADO G, OROZCO-MIRANDA M, CRUZ-OSORIO M, et al. Pathways of phosphorus absorption and early signaling between the mycorrhizal fungi and plants[J]. Phyton-International Journal of Experimental Botany, 2021, 90(5): 1321-1338.
[11] 周文利. 不同品种磷肥对土壤有效磷及玉米苗期生长的影响[J]. 磷肥与复肥, 2022, 37(11): 45-48. doi: 10.3969/j.issn.1007-6220.2022.11.019 [12] HASHMI Z U H, KHAN M J, AKHTAR M, et al. Enhancing phosphorus uptake and yield of wheat with phosphoric acid application in calcareous soil[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2017, 97(6): 1733-1739. doi: 10.1002/jsfa.7921
[13] 习娟, 杨修一, 耿计彪, 等. 不同施磷量对盐渍化土壤玉米磷素吸收及产量的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2022(7): 58-63. doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.21233 [14] 王晓锋, 张磊, 袁兴中. 施磷与接种耐酸根瘤菌对酸性黄壤中紫花苜蓿生长、结瘤的影响[J]. 三峡生态环境监测, 2018, 3(1): 59-65. [15] 王倩倩, 刘志强, 陈康, 等. 不同土壤施磷和接种根瘤菌对大豆| | 玉米间作系统氮磷吸收的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2022, 30(12): 1913-1924. doi: 10.12357/cjea.20220124 [16] SARDANS J, PEÑUELAS J, ESTIARTE M. Warming and drought alter soil phosphatase activity and soil P availability in a Mediterranean shrubland[J]. Plant and Soil, 2006, 289(1/2): 227-238.
[17] PEARSE S J, VENEKLAAS E J, CAWTHRAY G R, et al. Carboxylate release of wheat, canola and 11 grain legume species as affected by phosphorus status[J]. Plant and Soil, 2006, 288: 127-139. doi: 10.1007/s11104-006-9099-y
[18] HOCKING P J, JEFFERY S. Cluster-root production and organic acid exudation in a group of old-world lupins and a new-world lupin[J]. Plant and Soil, 2004, 258: 135-150. doi: 10.1023/B:PLSO.0000016544.18563.86
[19] 盛萍萍, 刘润进, 李敏. 丛枝菌根观察与侵染率测定方法的比较[J]. 菌物学报, 2011, 30(4): 519-525. [20] QIAO L, WANG X, SMITH P, et al. Soil quality both increases crop production and improves resilience to climate change[J]. Nature Climate Change, 2022, 12(6): 574-580. doi: 10.1038/s41558-022-01376-8
[21] EREL R, BÉRARD A, CAPOWIEZ L, et al. Soil type determines how root and rhizosphere traits relate to phosphorus acquisition in field-grown maize genotypes[J]. Plant and Soil, 2017, 412: 115-132. doi: 10.1007/s11104-016-3127-3
[22] PEREZ V J C, DE SOUZA J C L, NARRO L A, et al. Genetic effects for maize traits in acid and non-acid soils[J]. Genetics and Molecular Biology, 2008, 31(1): 89-97.
[23] WEN Z H, SHEN J B, BLACKWELL M, et al. Combined applications of nitrogen and phosphorus fertilizers with manure increase maize yield and nutrient uptake via stimulating root growth in a long-term experiment[J]. Pedosphere, 2016, 26(1): 62-73. doi: 10.1016/S1002-0160(15)60023-6
[24] JAFARIKOUHINI N, KAZEMEINI S A, SINCLAIR T R. Sweet corn nitrogen accumulation, leaf photosynthesis rate, and radiation use efficiency under variable nitrogen fertility and irrigation[J]. Field Crops Research, 2020, 257: 107913. doi: 10.1016/j.fcr.2020.107913
[25] RAFAT N, YARNIA M, HASSANPANAH D. Effect of drought stress and potassium humate application on grain yield-related traits of corn (cv. 604)[J]. Journal of Food Agriculture & Environment, 2012, 10(2): 580-584.
[26] NIELSEN K L, ESHEL A, LYNCH J P. The effect of phosphorus availability on the carbon economy of contrasting common bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes[J]. Journal of Experimental Botany, 2001, 52: 329-339.
[27] HERMANS C, HAMMOND J P, WHITE P J, et al. How do plants respond to nutrient shortage by biomass allocation?[J]. Trends in Plant Science, 2006, 11(12): 610-617. doi: 10.1016/j.tplants.2006.10.007
[28] KIRCHGESSER J, HAZARIKA M, BACHMANN-PFABE S, et al. Phenotypic variation of root-system architecture under high P and low P conditions in potato (Solanum tuberosum L.)[J]. BMC Plant Biology, 2023, 23: 68. doi: 10.1186/s12870-023-04070-9
[29] FITTER A H, HELGASON T, HODGE A. Nutritional exchanges in the arbuscular mycorrhizal symbiosis: Implications for sustainable agriculture[J]. Fungal Biology Reviews, 2011, 25(1): 68-72. doi: 10.1016/j.fbr.2011.01.002
[30] 刘灵, 廖红, 王秀荣, 等. 磷有效性对大豆菌根侵染的调控及其与根构型、磷效率的关系[J]. 应用生态学报, 2008, 19(3): 564-568. [31] FAY P, MITCHELL D T, OSBORNE B A. Photosynthesis and nutrient-use efficiency of barley in response to low arbuscular mycorrhizal colonization and addition of phosphorus[J]. The New Phytologist, 1996, 132(3): 425-433. doi: 10.1111/j.1469-8137.1996.tb01862.x
[32] TIAN Y, XU J, LIAN X, et al. Effect of Glomus intraradices on root morphology, biomass production and phosphorous use efficiency of Chinese fir seedlings under low phosphorus stress[J]. Frontiers in Plant Science, 2022, 13: 1095772.
[33] WEN Z H, LI H G, SHEN J B, et al. Maize responds to low shoot P concentration by altering root morphology rather than increasing root exudation[J]. Plant and Soil, 2017, 416: 377-389. doi: 10.1007/s11104-017-3214-0
-
期刊类型引用(6)
1. 任德港，王东伟，李墨贤，李绪，马振家，董彤彤，常学良，马世宽，于华丽. 苜蓿小区育种气吸式排种器设计与试验. 农机化研究. 2025(01): 39-45 . 
百度学术
2. 刘海，杜铮，郭翔，李华，马翔远，廖宜涛. 蔬菜种子精量直播技术与装备研究进展. 华中农业大学学报. 2025(01): 225-238 . 百度学术
3. 杨文彩，田梓园，潘吴建，赵静，张海东，李贵荣. 蔬菜穴盘育苗播种机清种装置的设计与试验. 华南农业大学学报. 2024(01): 116-126 . 本站查看
4. 臧英，黄子顺，秦伟，何思禹，钱诚，姜有聪，陶婉琰，张美林，王在满. 气吸式杂交稻单粒排种器研制. 农业工程学报. 2024(06): 181-191 . 百度学术
5. 贾桃，谭蓉，赵倩，王利春，郭文忠. 我国设施生菜无土生产装备研究现状及展望. 中国农机化学报. 2022(02): 67-74 . 百度学术
6. 梅玉茹，谢方平，王修善，李旭，刘大为. 番茄气吸滚筒式排种器的优化设计与试验. 湖南农业大学学报(自然科学版). 2022(06): 730-736 . 百度学术
其他类型引用(5)
计量
- 文章访问数: 548
- HTML全文浏览量: 57
- PDF下载量: 31
- 被引次数: 11
