磷是作物生长和高产优质的必需营养元素。磷在土壤及作物体内易与多种微量元素发生作用^[1], 其中磷-锌关系问题一直是研究的热点之一。植物体内磷-锌交互作用十分复杂, 针对磷-锌交互作用, 国内外专家学者开展了广泛研究, 研究结论仍存在争议, 多数研究认为大量施用磷肥会抑制作物对锌元素的吸收, 磷-锌关系表现为拮抗作用^[2-5]; 然而另一些研究认为施磷促进了作物对锌元素的吸收, 磷-锌关系表现为协同作用^[6-7]。关于磷-锌关系的影响因素, 有研究者发现磷-锌关系取决于介质中磷浓度, 低磷时呈协同关系, 高磷时呈拮抗关系^[3-8]。Ova等^[2]认为植物体内磷-锌关系受生长介质影响, 自然土壤中冬小麦体内磷-锌呈现拮抗作用, 高压灭菌土和营养液中磷-锌无明显相互作用。Zhang等^[3]研究表明, 小麦拔节期锌积累量随施磷量增加而增加; 而开花期和成熟期锌积累量随施磷量增加先增加后降低。武际等^[9]研究认为磷-锌关系在小麦生育前期表现为协同作用, 在成熟期表现为拮抗作用。可见, 磷-锌关系因生长介质、介质中磷/锌浓度水平、作物生育期及生长部位的不同而异^[1]。以上研究多采用盆栽或营养液培养的方法, 而对田间条件下作物全生育期磷-锌关系的研究还很少, 且磷-锌交互作用主要在小麦、玉米、水稻等大宗粮食作物上研究较多。花生是我国重要的油料作物和经济作物, 对磷的需求量相对其他作物较多^[10], 大量施用磷肥必然会影响花生锌的吸收和利用。然而, 根据现有知识, 磷锌配施对花生全生育期磷-锌关系的影响还未见相关报道。鉴于此, 本文选取典型砂姜黑土为研究对象, 研究田间自然条件下不同磷锌组合对花生全生育期磷锌吸收、积累及分配的影响, 以期为调控花生高产和提高花生仁中锌营养的磷锌肥合理施用技术提供科学指导。

试验于2016年6—10月在河南省正阳县兰青乡大余庄进行。试验田土壤类型为砂姜黑土, 质地为黏壤, 试验地地势平坦, 土壤肥力均匀, 排灌条件良好。耕层土壤基本性质为：有机质14.20 g/kg, 全氮0.90 g/kg, 速效氮102.98 mg/kg, 有效磷17.20 mg/kg, 速效钾125.42 mg/kg, 有效锌1.02 mg/kg, pH 6.00。

试验采用双因素随机区组设计, 包括磷肥和锌肥两个因素, 其中磷肥(P₂O₅)设3个水平, 分别为0(不施P0)、90(P1)和150 kg/hm²(P2), 锌肥(ZnSO₄·7H₂O)设3个水平, 分别为0(不施Zn0)、30(Zn1)和60 kg/hm² (Zn2), 共9个处理, 重复3次, 小区面积为15 m² (3 m × 5 m)。

供试肥料品种为尿素(含N 460 g/kg)、过磷酸钙(含P₂O₅ 97 g/kg)、氯化钾(含K₂O 600 g/kg)和硫酸锌(ZnSO₄·7H₂O)。肥料全部以撒施的方式作基肥施用。氮肥与钾肥的用量分别为N 150 kg/hm²和K₂O 150 kg/hm²。供试花生品种为远杂6, 种植方式为起垄种植, 垄宽80 ~ 85 cm, 垄高15 ~ 20 cm, 垄上播两行花生, 每穴播种2粒, 播种密度18万穴/hm²。于2016年6月10日播种, 9月29日收获。试验期间其他田间管理措施按照一般丰产大田进行。

花生苗期(7月6日)和花针前期(7月25日), 每个处理选有代表性的10株花生, 花针后期(8月15日)、结荚期(9月4日)和成熟期(9月26日), 每个处理采取有代表性的5株花生, 分根、茎、叶、花生仁和花生壳等部位, 于105℃下杀青15 min, 65℃下烘至恒重, 测定各部位的干物质量; 各样品粉碎后, 采用双酸(v(HNO₃):v(H₂O₂)=4:1)微波消解法制备消解液, 用ICP-MS(Agilent 7500a)测定消解液中P、Zn浓度。成熟期, 每个处理分别取4 m²进行收获、晾晒、称重计产。

采用SPSS16.0软件对数据进行统计分析, 方差分析采用双因素和三因素有重复分析方法, 平均值多重比较采用Ducan新复极差法(显著性水平P < 0.05)。借助Microsoft Excel 2013进行作图。各指标的计算方法为：植株养分累积量(mg) =植株某部位养分含量×该部位干物质量; 养分收获指数(HI) =收获期荚果中养分累积量/整株养分累积量×100%;某部位养分吸收利用率(%, GRE)=(施肥区该部位某养分积累量−不施肥区该部位某养分积累量)/肥料中养分量×100%。

磷锌配施对花生地上部干物质量的影响如图 1A所示。双因素方差分析结果显示, 磷肥、锌肥及磷肥×生育期互作对地上部干干物质量影响显著; 磷肥×锌肥互作、锌肥×生育期互作和磷肥×锌肥×生育期互作对地上部干干物质量影响不显著。在整个生育期, 相同锌用量下, 增施磷肥提高了地上部干干物质量; 相同磷用量下, 增施锌肥地上部干干物质量也呈增加趋势。相同磷、锌用量下, 不同生育期相比, 地上部干干物质量在苗期至花针后期快速增加, 在结荚期至成熟期趋于稳定。

(P：磷肥; Zn：锌肥; GP：生育期; ns、*和**分别表示差异不显著(P > 0.05)、显著(P < 0.05)和极显著(P < 0.01), 下同; 柱状图上不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)) 图 1 磷锌配施对花生地上部干物质量和荚果产量的影响 Fig. 1 Shoot dry matter weights and peanut yields under combined application of phosphorus and zinc

磷锌配施对花生荚果产量的影响如图 1B所示。双因素方差分析结果显示, 磷肥和锌肥对花生荚果产量影响显著; 而磷肥×锌肥互作对荚果产量影响不显著。相同锌用量下, 与不施磷肥相比, P1处理显著提高了花生荚果产量, P2处理对花生增产差异不显著。相同磷用量下, Zn1和Zn2处理比Zn0处理显著提高了花生荚果产量, Zn1与Zn2处理间差异不显著。

花生不同生育期地上部磷含量和积累量对磷锌配施的响应如图 2A、2B。双因素方差分析结果表明, 磷肥、生育期及磷肥×生育期互作对地上部磷含量和积累量影响显著; 而锌肥、磷肥×锌肥互作、锌肥×生育期互作、磷肥×锌肥×生育期互作对地上部磷含量和积累量影响不显著。在整个生育期, 无论是否施用磷肥地上部磷含量随生育期的推进逐渐降低。相同锌用量下, 与不施磷相比, 施用磷肥显著增加整个生育期地上部磷含量和积累量, 但P1与P2两个施磷量处理间无显著差异。相同磷用量下, 不同锌肥供应水平对整个生育期地上部磷含量和生育后期磷积累量均无显著影响, 但施锌肥显著增加了花生苗期和花针前期地上部的磷积累量。

(图中图柱上方不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异达P < 0.05显著水平) 图 2 磷锌配施对花生不同生育期地上部磷、锌含量和积累量的影响 Fig. 2 Concentrations and accumulation of phosphorus and zinc in peanut shoots at different growing stages under combined application of phosphorus and zinc

从图 2C、2D可以看出, 磷肥、锌肥、生育期及磷肥×锌肥互作显著影响地上部锌含量和积累量; 磷肥×生育期互作仅显著影响地上部锌积累量, 而锌肥×生育期互作、磷肥×锌肥×生育期互作对地上部锌含量和积累量影响不显著。无论是否施用锌肥地上部锌含量随生育期的推进也逐渐降低。关于施磷肥对地上部锌含量的影响, 总体上, 施用磷肥显著降低整个生育期地上部锌含量, 但降低程度因生育期和锌施用水平不同而异。具体表现为, 相同锌用量下, Zn0水平下, 整个生育期内不同施磷水平对锌含量的影响为P2 < P1 < P0;Zn1水平下, 花生生育前期(苗期和花针前期)为P2 < P1 < P0, 花针后期至成熟期为P2≈P1 < P0;Zn2水平下, P2≈P1 < P0。可见, 在花生苗期、花针前期及不施锌肥时, 花生地上部锌含量随施磷量的增加逐步显著降低, 而在花生花针后期、结荚期和成熟期及施锌肥时, 增施磷肥对其地上部锌含量的降低作用减弱。与锌含量变化不同, 相同锌用量下, 施磷对花生地上部锌积累量的影响, 在Zn0水平下为P1 > P2≈P0;Zn1和Zn2水平下为P2≈P1 > P0(图 2D)。相同磷用量下, 增施锌肥显著增加整个生育期地上部锌含量和积累量。

从表 1可以看出, 磷肥对花生壳和花生仁中磷锌含量与积累量影响均显著; 锌肥对花生壳和花生仁中磷含量影响不显著, 对磷积累量、锌含量和锌积累量影响显著; 磷肥×锌肥互作对花生壳和花生仁中磷锌含量和积累量影响均不显著。关于磷锌配施对花生壳和花生仁中磷含量和积累量的影响, 相同锌用量下, P1和P2处理比P0处理显著提高花生壳和花生仁中磷含量, 除Zn0处理外, P1与P2处理间差异不显著; 与磷含量变化规律一致, 花生壳和花生仁磷积累量在磷肥施与不施之间差异显著, 两个施磷量间差异不显著。相同磷用量下, 花生壳和花生仁磷含量在3个锌处理水平间无显著差异; Zn1和Zn2处理比Zn0处理显著增加花生壳和花生仁磷积累量, 且Zn1与Zn2处理间差异不显著。

表 1 Table 1

表 1 花生壳和花生仁中磷、锌含量和积累量 Table 1 Concentrations and accumulation of phosphorus and zinc in peanut shells and kernels under combined application of phosphorus and zinc 处理 P含量(g/kg) P积累量(kg/hm2) Zn含量(mg/kg) Zn积累量(g/hm2) 花生壳 花生仁 花生壳 花生仁 花生壳 花生仁 花生壳 花生仁 P0 Zn0 0.42 ± 0.04 d 3.47 ± 0.09 b 0.49 ± 0.05 e 12.03 ± 0.30 e 16.47 ± 1.01 d 36.45 ± 0.92 cd 19.04 ± 1.16 e 126.45 ± 3.18 d Zn1 0.46 ± 0.05 cd 3.57 ± 0.20 b 0.56 ± 0.06 de 13.27 ± 0.75 d 22.05 ± 0.90 b 38.89 ± 0.66 b 25.84 ± 0.62 c 147.50 ± 2.45 b Zn2 0.47 ± 0.04 cd 3.34 ± 0.13 b 0.62 ± 0.06 cd 13.33 ± 0.51 d 25.99 ± 2.36 a 40.99 ± 1.05 a 34.05 ± 1.77 a 161.10 ± 4.12 a P1 Zn0 0.50 ± 0.03 bc 4.28 ± 0.19 a 0.63 ± 0.04 cd 16.26 ± 0.74 c 14.03 ± 0.23 e 33.69 ± 0.78 e 17.77 ± 0.29 e 127.98 ± 2.96 d Zn1 0.54 ± 0.01 ab 4.35 ± 0.12 a 0.74 ± 0.02 ab 17.89 ± 0.51 ab 19.46 ± 0.93 c 36.05 ± 0.98 cd 26.65 ± 1.22 bc 148.11 ± 4.02 b Zn2 0.55 ± 0.04 ab 4.32 ± 0.20 a 0.81 ± 0.06 a 18.60 ± 0.84 a 22.98 ± 0.56 b 38.13 ± 1.03 bc 32.96 ± 0.51 a 164.10 ± 4.45 a P2 Zn0 0.57 ± 0.01 a 4.33 ± 0.11 a 0.69 ± 0.01 bc 15.73 ± 0.42 c 13.84 ± 1.26 e 32.35 ± 1.13 e 15.57 ± 1.01 f 117.53 ± 4.12 e Zn1 0.58 ± 0.04 a 4.43 ± 0.09 a 0.76 ± 0.05 ab 17.48 ± 0.37 b 17.65 ± 1.14 cd 35.64 ± 1.20 d 23.20 ± 1.15 d 140.55 ± 4.73 c Zn2 0.58 ± 0.02 a 4.46 ± 0.04 a 0.78 ± 0.03 a 18.06 ± 0.16 ab 21.44 ± 1.48 bc 37.29 ± 0.80 c 28.93 ± 0.70 b 150.96 ± 3.24 b P ** ** ** ** ** ** ** ** Zn ns ns ** ** ** ** ** ** P×Zn ns ns ns ns ns ns ns ns 注：表中同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异达P < 0.05显著水平, 下表同。

表 1 花生壳和花生仁中磷、锌含量和积累量 Table 1 Concentrations and accumulation of phosphorus and zinc in peanut shells and kernels under combined application of phosphorus and zinc

关于磷锌配施对锌含量和积累量的影响, 相同锌用量下, 施磷处理显著降低了花生壳和花生仁中锌含量, P2与P1处理相比也有降低花生壳和花生仁中锌含量的作用, 但差异不显著; 不同于锌含量, 相同磷用量下, 与不施磷相比, 仅P2处理显著降低了花生壳和花生仁中锌积累量。

从表 2可以看出, 磷肥、锌肥及二者互作对磷和锌收获指数影响显著, 对锌利用率影响不显著; 磷利用率仅受施磷影响显著。相同锌用量下, 增施磷肥显著降低磷收获指数和磷利用率; 施磷条件下, Zn2比Zn0处理显著提高了花生荚果磷收获指数和磷利用率, 说明高锌促进了花生体内的磷向荚果中转运。对于锌利用情况, 相同锌用量下, 施磷比不施磷显著降低锌收获指数, 对锌利用率无显著影响。相同磷用量下, Zn2比Zn0处理显著降低了锌收获指数; Zn2与Zn1处理相比, 锌利用率的降低程度随磷用量增加逐渐加大, 在P2处理下差异达显著水平。

表 2 Table 2

表 2 磷锌配施对花生荚果磷、锌利用的影响 Table 2 Utilization of phosphorus and zinc by peanuts under combined application of phosphorus and zinc 处理 收获指数 养分利用率 P Zn P Zn P0 Zn0 62.58 ± 0.59 ab 54.91 ± 0.70 a Zn1 63.68 ± 1.34 a 53.81 ± 0.21 ab 2.65 ± 0.11 ab Zn2 62.93 ± 0.95 ab 52.72 ± 0.72 bc 2.54 ± 0.28 ab P1 Zn0 58.60 ± 1.02 d 52.20 ± 0.75 c 10.76 ± 1.10 a Zn1 60.29 ± 0.67 c 51.26 ± 0.50 de 11.75 ± 2.19 a 2.95 ± 0.77 ab Zn2 60.56 ± 0.95 c 51.02 ± 0.53 de 13.93 ± 3.36 a 2.65 ± 0.38 ab P2 Zn0 56.01 ± 0.61 e 51.62 ± 1.05 cd 5.65 ± 1.04 b Zn1 57.14 ± 0.54 de 50.30 ± 1.92 de 6.43 ± 0.92 b 3.08 ± 0.69 a Zn2 57.89 ± 0.24 d 48.44 ± 0.47 e 7.53 ± 0.70 b 2.45 ± 0.10 b P ** ** ** ns Zn ** ** ns ns P×Zn ** ** ns ns

表 2 磷锌配施对花生荚果磷、锌利用的影响 Table 2 Utilization of phosphorus and zinc by peanuts under combined application of phosphorus and zinc

施磷显著增加花生地上部干重和荚果产量, 但花生荚果产量随施磷量的提高略有降低, 与Bai等^[12]和Zhang等^[3]研究结果一致, 表明较高的磷用量并不能一直增加花生荚果产量, 生产上应控制磷用量过大。土壤有效磷含量是影响作物产量的重要因素^[11], Bai等^[12]研究表明, 土壤有效磷含量在10.9 ~ 21.4 mg/kg范围是获得作物最佳产量的关键水平。本试验供试土壤有效磷含量背景值为17.2 mg/kg, 虽属中等磷水平, 但由于花生相对于其他作物需磷量较多^[10], 所以施磷(90 kg/hm²)可显著提高花生荚果产量。当磷用量达到150 kg/hm²时, 花生产量有降低的趋势, 主要原因有两点：一是施磷量为150 kg/hm²时, 土壤有效磷含量可能偏离了花生获得最佳产量的土壤有效磷水平; 二是营养生长过剩在一定程度上阻碍生殖器官的生长^[13], 本研究也证实这一观点, 即花生地上部的干物质量随施磷量增加而提高(图 1)。练春兰等^[5]研究发现在锌有效性低的土壤上, 土施锌肥对作物增产效果较好。本研究供试土壤有效锌含量为1.02 mg/kg, 属潜在缺锌土壤^[14], 因此, 施锌肥对花生有增产作用。

施磷往往会诱导植物锌缺乏, 但关于产生这一现象的机制说法并不一致, 主要存在以下几种观点：①AM菌根真菌可提高作物锌的吸收^[15-16], 施磷抑制了菌根真菌活力; ②施磷改善了作物磷营养状况, 促进作物根系发育和植株生长, 产生生物稀释效应^[8]; ③高量施磷可使作物根部非选择性吸收大量磷, 从而抑制了对锌的吸收^{[9, 17]}。本研究发现施磷对花生地上部干物质量的增幅平均为33.6%, 而对其地上部锌含量降幅平均为15.1%, 说明施磷对花生地上部锌含量的降低作用可能主要是由生物稀释效应引起的, 这与刘芳等^[8]在小麦上的研究结果一致。施磷显著影响花生不同生育期地上部磷锌积累量(图 2), 无论何种锌供应水平下, 适量施磷(P1)均显著增加地上部磷含量和积累量, 继续增加磷用量并未对地上部磷含量和积累量有明显影响。与磷元素不同, 地上部锌积累量对施磷量的响应取决于锌供应水平：不施锌(缺锌)条件下, 适量供磷(P1)促进花生地上部锌积累, 高量供磷(P2)对地上部锌积累无明显影响, 主要原因可能在于缺锌时高量供磷产生的花生地上部锌含量降低效应大于生物量增加效应, 适量供磷处理则相反; 施锌条件下, 适量和高量供磷均显著增加地上部锌积累量, 但两个磷供应量间差异不显著, 可能与土壤补充锌肥后, 增加了土壤锌的有效性, 缓解了高量供磷对锌含量的降低作用有关^[18](图 2C)。

与地上部锌含量一致, 施磷显著降低了花生壳和花生仁中锌含量, 本研究结果与以往多数研究结果一致^{[4, 17-19]}。关于施锌对作物磷含量和积累量的影响, 刘芳等^[8]采用土培试验, 认为施锌对小麦籽粒磷含量的影响取决于供磷水平, 在低磷(P, < 21.82 mg/kg)条件下, 施锌降低了小麦籽粒磷含量, 抑制地上部的磷向籽粒转运, 高磷(P, 174.56 mg/kg)条件下, 施锌提高了小麦籽粒磷含量, 促进了地上部的磷向籽粒转运。施锌对作物体内磷含量影响与生产介质及植株部位有关, 水培方式下, 小麦籽粒中磷含量和吸收量显著增加^[17], 地上部磷含量显著降低, 根中磷含量无显著变化^[2]; 土培方式下, 小麦籽粒中磷含量显著降低, 地上部磷含量无显著变化^[2]; 不同于水培和土培等控制试验得到的结果, 田间自然条件下, 小麦籽粒中磷含量无显著变化^[20]。可见, 作物收获器官中施锌对作物体内磷元素的影响并不一致。本研究虽发现施锌对花生生育后期地上部和花生仁的磷含量和积累量无显著影响, 但却增加了花生生育前期地上部和花生仁中磷积累量, 其主要原因在于施锌提高了花生仁磷利用率, 增加了磷收获指数, 促进了地上部磷向花生仁转运(表 2), 加之施锌增加了花生仁干重, 从而提高了其积累量。

本试验条件下, 相同锌用量下, 施磷降低了花生地上部、花生壳和花生仁的锌含量和锌收获指数, 磷-锌拮抗关系随施锌量增加和生育期的推进而削弱。施磷对花生锌积累量的影响取决于锌施用水平和花生生长部位：不施锌肥时, 仅适量供磷显著促进了地上部锌积累, 施锌肥时, 适量供磷和高量供磷均显著促进了地上部锌积累; 而无论土壤是否施锌, 高量施磷降低了花生壳和花生仁锌积累量。相同磷用量下, 增施锌肥促进了花生苗期和花针前期地上部磷积累, 提高了成熟期花生壳和花生仁的磷积累量、磷收获指数和荚果磷利用率。因此, 合理施用磷锌肥是提高花生磷锌积累和利用的重要保障。