馬尾松幼苗根際土壤對(duì)施肥的響應(yīng)

周 瑋，周運(yùn)超

（1. 貴州民族大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 ，貴州 貴陽(yáng) 550025；2. 貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；3. 貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550005）

馬尾松幼苗根際土壤對(duì)施肥的響應(yīng)

周 瑋1,2,3，周運(yùn)超2

（1. 貴州民族大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 ，貴州 貴陽(yáng) 550025；2. 貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；3. 貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550005）

研究了不同施肥處理對(duì)馬尾松（Pinus massoniana）幼苗根際土壤pH值、速效養(yǎng)分含量及土壤酶活性的影響，結(jié)果表明，施肥處理馬尾松幼苗根際土壤 pH值低于非根際，速效養(yǎng)分、土壤酶活性（除過(guò)氧化氫酶）均高于非根際。且施磷肥、氮磷鉀肥（N：P：K = 1：1.6：1）根際土及非根際土pH值較低，速效磷含量較高，水解氮含量也較高，磷酸酶、過(guò)氧化氫酶活性較高，利于苗木對(duì)氮素、磷素吸收、利用；單施鉀肥除能促進(jìn)對(duì)相應(yīng)元素吸收外對(duì)根際土壤酶活性無(wú)明顯促進(jìn)作用。說(shuō)明適當(dāng)施用磷肥或者氮磷鉀肥按合理比例施用能夠促進(jìn)馬尾松幼苗的生長(zhǎng)。

施肥；根際土；速效養(yǎng)分；土壤酶；馬尾松幼苗

根系直接與土壤接觸，兩者之間不斷地進(jìn)行著物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，從而形成了特殊的區(qū)域——根際。根際的范圍一般為距離根表面1 ~ 5 mm，是植物—土壤—微生物及其環(huán)境條件相互作用的場(chǎng)所，是特殊的微生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)也是各種養(yǎng)分、水分、有益和有害物質(zhì)及生物作用于根系或進(jìn)入根系參與食物鏈循環(huán)的門(mén)戶，是根系自身生命活動(dòng)和代謝對(duì)土壤影響最直接、最強(qiáng)烈的區(qū)域。因此，探索土壤養(yǎng)分環(huán)境——植物根系的相互作用和養(yǎng)分運(yùn)移狀況，是土壤學(xué)中較為前沿的學(xué)科，受到許多科學(xué)研究者的關(guān)注。

林木根系通過(guò)分泌各類(lèi)有機(jī)物質(zhì)和不平衡的元素吸收來(lái)影響土壤性質(zhì)，而這種影響首先會(huì)以根際土壤性質(zhì)的變化反映出來(lái)。而苗木的好壞直接影響林木的生長(zhǎng)、發(fā)育，是林木生長(zhǎng)的基礎(chǔ)。因此本文分析不同施肥處理下馬尾松幼苗的根際土壤養(yǎng)分和酶的狀況，并與非根際土對(duì)比，揭示其地力變化的內(nèi)在機(jī)制以及林木生長(zhǎng)與土壤環(huán)境之間的關(guān)系，以期為進(jìn)一步探討森林—土壤的相互作用過(guò)程奠定理論基礎(chǔ)，為馬尾松苗木培育提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

在塑料培養(yǎng)缽內(nèi)培育馬尾松幼苗，于2008年6月播種，播種前種子經(jīng)過(guò)消毒（0.15%福爾馬林液）及浸泡（40℃溫水浸泡2 h，濕藏24 h）催芽處理，培育苗木所需土壤采自貴州大學(xué)南校區(qū)松林坡，為第四紀(jì)粘土發(fā)育土壤，土壤采回后經(jīng)過(guò)過(guò)篩、消毒（0.5%甲醛溶液）等處理。用氮、磷、鉀肥及不同的配合（即N、P、K、NP、NK、PK、NPK）作基肥于培養(yǎng)缽內(nèi)培育馬尾松苗木，同時(shí)設(shè)置對(duì)照，共 8個(gè)處理。其中氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N46%），鈣鎂磷肥（含P2O514%），硫酸鉀（含K2O 50%），每公斤土中施氮肥（尿素）0.322 8 g，磷肥（鈣鎂磷肥）0.636 4 g，鉀肥（硫酸鉀）0.178 1 g。N、P、K的質(zhì)量比為1.6：1：1。每個(gè)處理種植3盆。試驗(yàn)所采用土壤為酸性土壤，pH 值為5.1，土壤較粘重（體積質(zhì)量為1.25 g/cm3），有機(jī)質(zhì)含量中等（1.11 g/kg），氮含量高（全氮為0.23 g/kg，水解氮含量為160.4 mg/kg），磷含量較少（3.53 g/kg），特別是速效磷含量（7.9 mg/kg），鉀含量也較少(全鉀為6.96 g/kg，速效鉀含量為102.2 mg/kg)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

苗木生長(zhǎng)1年后，取出苗木，測(cè)定其速效養(yǎng)分含量和土壤酶活性。土樣采用抖落法收集根際土。

土壤速效養(yǎng)分的測(cè)定主要根據(jù)《土壤農(nóng)化分析》中的常規(guī)方法測(cè)定[1]，其中堿解氮用擴(kuò)散法，速效磷測(cè)定用分光光度計(jì)法，速效鉀測(cè)定用火焰光度計(jì)法。

土壤pH值測(cè)定采用去離子水浸提—酸度計(jì)法。

土壤酶測(cè)定：蔗糖酶和淀粉酶用 3,5-二硝基水楊酸比色法；脲酶用苯酚鈉比色法；蛋白酶用銅鹽比色法；過(guò)氧化氫酶用高錳酸鉀滴定法；多酚氧化酶用碘量滴定法；磷酸酶用磷酸苯二鈉比色法。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)根際土壤速效養(yǎng)分與pH值的影響

林木根際是林木和土壤進(jìn)行物質(zhì)、能量交換的場(chǎng)所，也是生化活性最強(qiáng)的區(qū)域，林木根系通過(guò)分泌各類(lèi)有機(jī)物質(zhì)和不平衡的元素吸收來(lái)影響土壤性質(zhì)，而這種影響首先會(huì)以根際土壤性質(zhì)的變化反映出來(lái)。因此本文從分析不同施肥處理下馬尾松幼苗的根際土壤養(yǎng)分和酶的狀況，并與非根際土對(duì)比，揭示其地力變化的內(nèi)在機(jī)制以及林木生長(zhǎng)與土壤環(huán)境之間的關(guān)系，為進(jìn)一步探討森林—土壤的相互作用過(guò)程奠定理論基礎(chǔ)，為馬尾松苗木培育提供理論基礎(chǔ)。

表1是施肥對(duì)馬尾松苗木根際、非根際土速效養(yǎng)分及pH值的影響。從表1中可以看出，在不同的施肥處理下，根際土壤pH值小于非根際土，說(shuō)明苗木在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)土壤有一定程度的酸化作用。且施氮磷鉀肥、磷肥根際土及非根際土pH值較低，說(shuō)明在馬尾松幼苗培育過(guò)程中施磷肥及氮磷鉀肥根際pH值的降低，改變了根表的電荷性質(zhì)，從而影響根系對(duì)養(yǎng)分的吸收。這與作者用原位顯色法測(cè)定的苗木根際pH值的研究結(jié)果一致[2]。

林木生長(zhǎng)過(guò)程中，其根系不斷地從環(huán)境中吸收水分和養(yǎng)分，根系對(duì)水分和養(yǎng)分吸收速率的不同使根際養(yǎng)分出現(xiàn)虧缺和富集[3]。從表 1的研究結(jié)果可看出，根際土中水解氮、速效磷及速效鉀含量均高于非根際土，這與葉功富等[4]、吉艷芝等[5]的研究結(jié)果一致。其中根際土速效氮含量是非根際土水解氮含量的1.16 ~ 1.40倍，對(duì)照水解氮含量是非根際土含量的 1.05倍，低于施肥處理。施氮肥根際土水解氮含量最高，其次是施磷肥、氮磷鉀肥。根際土水解氮含量最低的是施鉀肥，略高于對(duì)照。不同的施肥處理下根際土速效磷含量明顯高于非根際土含量，分別是根際土速效磷含量的2.41、3.07、4.23、3.63、1.74、1.23、1.3倍，對(duì)照根際土速效磷含量是非根際土的2.55倍。其中施磷肥、氮磷肥、磷鉀肥、氮磷鉀肥根際土、非根際土速效磷含量都較高。施氮肥、氮鉀肥根際土速效磷含量最低，施氮鉀肥根際土含量甚至低于對(duì)照。根際土速效鉀含量高于非根際土。凡施鉀肥處理根際土、非根際土速效鉀含量均較高，其中單施鉀肥根際土速效鉀含量最高，達(dá)到219.9 mg/kg，是對(duì)照（81.2 mg/kg）的2.70倍。施磷肥根際土速效鉀含量最低，低于對(duì)照。施氮肥根際土速效鉀含量次之。說(shuō)明施磷肥或氮肥對(duì)于植物對(duì)鉀素的吸收利用沒(méi)有明顯的促進(jìn)作用。

表1 施肥對(duì)根際土壤速效養(yǎng)分、pH值的影響

2.2 施肥對(duì)根際土壤酶 活性的影響

表2是不同的施肥處理對(duì)馬尾松根際、非根際土壤酶活性的影響。由表2可知，除過(guò)氧化氫酶活性外，不同施肥處理下根際蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性均高于非根際土中酶活性。根際土壤酶活性增強(qiáng)與根際土積累種類(lèi)和數(shù)量均較大的根系分泌物及根際土壤微生物增殖較快、活性較高有關(guān)。根際土過(guò)氧化氫酶活性低于非根際酶活性。

表2 施肥對(duì)根際土壤酶活性的影響

蔗糖酶是以有機(jī)質(zhì)為底物的，在一定范圍內(nèi)，底物越多，酶的活性越強(qiáng)。施氮肥根際土、非根際土蔗糖酶活性都最高，分別為5.70 mg/g、7.58 mg/g，能夠促進(jìn)植物根系吸收有機(jī)物質(zhì)。而施鉀肥根際土、非根際土蔗糖酶活性最低，僅為2.89 mg/g、5.00 mg/g，低于對(duì)照的4.57 mg/g、5.38 mg/g。說(shuō)明施鉀肥對(duì)土壤中蔗糖酶活性無(wú)明顯促進(jìn)作用，對(duì)植物吸收易溶性有機(jī)物質(zhì)無(wú)明顯效果。淀粉是土壤中有機(jī)殘?bào)w的組成部分，淀粉酶是參與自然界中碳素循環(huán)的一種重要的酶類(lèi)。根際土、非根際土淀粉酶活性為施氮肥脲酶活性最高，施磷肥脲酶活性最低。脲酶是一種酰胺酶，它能分解有機(jī)物，水解生成氨、二氧化碳和水，而氨是植物氮素營(yíng)養(yǎng)的直接來(lái)源，尿素氮肥水解與脲酶密切相關(guān)。施氮磷鉀肥根際土、非根際土脲酶活性最高，施磷肥、鉀肥脲酶活性次之。說(shuō)明施用磷肥、鉀肥能提高土壤中脲酶活性，提高土壤中速效氮的含量。施磷鉀肥根際土、非根際土脲酶活性最低，僅為0.009 mg/g、0.007 mg/g，低于對(duì)照的0.021 mg/g、0.020 mg/g。

根際、非根際土壤磷酸酶活性在施氮磷鉀肥處理中活性最高，單施磷肥磷酸酶活性次之。施磷鉀肥根際及非根際磷酸酶活性都最低，明顯低于對(duì)照。其次是施用氮鉀肥。說(shuō)明磷肥及氮磷鉀肥合理配比施用有利于提高土壤中磷酸酶活性，可能是因?yàn)榱追实氖┯檬雇寥乐形⑸锘顒?dòng)更加頻繁，這也使土壤酸性磷酸酶活性大大增加。磷酸酶活性的增加有利于土壤中磷化合物的轉(zhuǎn)化，提高土壤磷素的有效性。

多酚氧化酶參與土壤中芳香族有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)組分的過(guò)程，是腐殖化的一種媒介。它的活性低，表征土壤腐殖化程度就低[6]，施氮鉀肥土壤多酚氧化酶活性最高，土壤腐殖化程度高，其次是氮磷肥及鉀肥。土壤中多酚氧化酶活性最低的是施氮磷鉀肥及磷肥，土壤腐殖化程度最低。過(guò)氧化氫酶的活性表征土壤腐殖化強(qiáng)度大小和有機(jī)質(zhì)積累程度，與有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，土壤中過(guò)氧化氫酶可促進(jìn)土壤中過(guò)氧化氫的分解，有利于防止其對(duì)生物體的毒害，所以過(guò)氧化氫酶活性是人們很早就建議用來(lái)作為土壤肥力的指標(biāo)。施氮磷鉀肥根際土、非根際土過(guò)氧化氫酶活性最高，其次是施氮鉀肥及氮肥過(guò)氧化氫酶活性較高，土壤中過(guò)氧化氫酶活性高，則分解土壤中過(guò)氧化氫的能力增強(qiáng)，降低土壤中過(guò)氧化氫對(duì)生物體的毒害。施鉀肥土壤過(guò)氧化氫酶活性最低，土壤的解毒能力最差。

3 討論

根際土pH的變化，決定著根際土壤中各種礦質(zhì)養(yǎng)分的化學(xué)和生物有效性，又對(duì)根系的生長(zhǎng)、離子的吸收，重金屬元素毒害作用的忍耐，根系分泌物的組成和數(shù)量以及根際微生物群落的種類(lèi)、數(shù)量和根際酶的活性等有著重要的影響。本研究結(jié)果表明，不同的施肥處理下馬尾松苗木根際范圍內(nèi)pH值的變化不同，其中單施氮肥及氮磷肥混合施用根際pH值相對(duì)較高?？赡苁且?yàn)槭┑蕰?huì)影響馬尾松苗木根系的生長(zhǎng)，從而影響苗木的吸收、釋放能力，因?yàn)楦HpH值的變化是由于根系呼吸作用釋放CO2以及在離子的主動(dòng)吸收和根尖細(xì)胞伸長(zhǎng)過(guò)程中分泌質(zhì)子和有機(jī)酸所致[7]。氮磷鉀混合施用除外，因?yàn)槠浒凑諆?yōu)化配比進(jìn)行施肥處理[8]。而單施磷肥則pH值較低。因?yàn)槭┝追屎笤谕寥乐兄仓晡樟椎闹饕问酱嬖谑荋2PO4－、HPO22－[9~10]。pH值與磷的各種酸根之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的各種陰離子能與磷形成沉淀物的各種陽(yáng)離子決定著無(wú)機(jī)磷在土壤中的各種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程[10]，且在本研究中，磷肥為鈣鎂磷肥，土壤中陽(yáng)離子含量的提高，可能促進(jìn)了馬尾松根系對(duì)陽(yáng)離子的吸收，造成植物體內(nèi)陰陽(yáng)離子失衡，植物根系溢泌質(zhì)子，從而降低了根際pH值。本研究結(jié)果顯示，施用磷肥馬尾松根際pH值低，造成根際酸化?？赡苁且?yàn)槭┯昧追誓軌虼龠M(jìn)馬尾松苗木根系的生長(zhǎng)，側(cè)須根較發(fā)達(dá)；磷肥對(duì)根的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用[11~12]，分泌及吸收能力增強(qiáng)。一方面，根系分泌的有機(jī)酸可能增強(qiáng)了根際土壤的酸化[13]。另一方面，增加磷酸酶的分泌[14]，增強(qiáng)了植物根系對(duì)土壤中磷素的吸收、利用。在酸性土壤上，F(xiàn)e與Al的氧化物和氫氧化物在磷吸附中起重大作用，根系吸收的陽(yáng)離子量大于陰離子量，造成離子吸收不平衡，使根系向根際土壤分泌質(zhì)子，并且植物根系高效利用磷的生理方面的適應(yīng)性變化包括根系分泌有機(jī)酸和質(zhì)子酸化土壤[10]，造成根際土壤酸化。另外，在酸性土壤中，施肥會(huì)加速土壤鈣、鎂等陽(yáng)離子的淋溶，鹽基飽和度下降，造成土壤pH下降，土壤酸化[15]。劉芷宇[16]等的研究表明：有效提高林木生產(chǎn)力的原因之一，并且施磷肥造成根際酸化也是馬尾松為增加根際磷的有效性而通過(guò)主動(dòng)過(guò)程來(lái)調(diào)整根際化學(xué)和微生物狀況的一種重要方式之一。

土壤酶主要來(lái)源于植物根系和微生物的活動(dòng)，它參與土壤各種生物化學(xué)過(guò)程和物質(zhì)循環(huán)。根際內(nèi)微生物數(shù)總是比根際外要高得多，當(dāng)微生物受到環(huán)境因素刺激時(shí)，便不斷向周?chē)橘|(zhì)分泌酶，致使根際內(nèi)外酶活性存在很大的差異[17]。土壤中的一切生物化學(xué)過(guò)程都是在土壤酶的作用下進(jìn)行的，土壤酶的活性直接影響土壤養(yǎng)分的供應(yīng)和儲(chǔ)存，是土壤生物活性強(qiáng)度的標(biāo)志之一。從本研究結(jié)果中可以看出，單施氮肥根際堿解氮、脲酶活性、蔗糖酶活性最高，說(shuō)明施用氮肥可以促進(jìn)根際范圍內(nèi)脲酶活性、蔗糖酶活性的提高，能夠促進(jìn)土壤中尿素及有機(jī)物質(zhì)的分解，因此根際范圍內(nèi)土壤堿解氮含量最高，可能增加植物對(duì)N、C的吸收利用，且施氮肥過(guò)氧化氫酶活性較高，說(shuō)明過(guò)氧化氫不會(huì)在根際積累，造成毒害。而施用磷肥則根際土壤中堿性磷酸酶活性較高，其次是氮磷鉀肥混合施用酶活性高，促進(jìn)土壤中難溶性磷的分解，并且根際pH值低，更進(jìn)一步促進(jìn)土壤中磷素的分解，速效磷含量增加，有利于植物對(duì)磷素的吸收、利用。而施用鉀肥處理下則酶活性較低，土壤中植物可利用的營(yíng)養(yǎng)元素的含量較低（除速效鉀外），過(guò)氧化氫酶活性也最低，過(guò)氧化氫可能在馬尾松根際范圍內(nèi)積累，造成毒害，對(duì)馬尾松的生長(zhǎng)不利。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)不同施肥處理下馬尾松幼苗根際土壤速效養(yǎng)分、pH值及土壤酶活性的分析，得到如下研究結(jié)果：各施肥處理下根際土壤及非根際土壤存在明顯不同。根際土壤 pH值低于非根際土，速效養(yǎng)分含量則高于非根際土壤，且施氮磷鉀肥、磷肥根際土及非根際土 pH值較低，速效磷含量較高，水解氮含量也較高，速效鉀含量則較低；施氮肥根際土壤水解氮含量最高，速效磷含量最低，速效鉀含量較低；施鉀肥除能增加根際土壤速效鉀含量外（達(dá)到219.9 mg/kg，是對(duì)照81.2 mg/kg的2.70倍），對(duì)根際養(yǎng)分無(wú)明顯促進(jìn)作用。

除過(guò)氧化氫酶活性外，不同施肥處理下根際土中蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性均高于非根際土中酶活性。施氮肥、氮鉀肥根際土壤蔗糖酶、淀粉酶、多酚氧化酶活性最高，能促植物吸收氮素，但是也會(huì)造成腐殖化程度高。而施氮磷鉀肥及磷肥則可以明顯增加根際磷酸酶及過(guò)氧化氫酶活性，有利于植物對(duì)磷素的吸收，降低根際土壤毒素，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。單施鉀肥對(duì)根際土壤酶活性無(wú)明顯促進(jìn)作用，且會(huì)影響植物對(duì)氮素的利用。

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Response to Rhizospheric Soil of Seedling of Pinus massoniana under different Fertilization Treatment

ZHOU Wei1,2,3， ZHOU Yun-chao2
（1. School of Chemistry and Environmental Science, Guizhou Minzu University, Guiyang 550025, China; 2. Forest College of Guizhou University, Guiyang 550025, China; 3. Forestry Academy of Guizhou, Guiyang 550005, China）

or:Determination was implemented on pH, available nutrient contents and soil enzyme activity of rhizospheric soil of Pinus massoniana seedling under different fertilization treatment. The results showed that rhizospheric in fertilized soil pH was lower than non rhizosphere, available nutrient, and enzyme activity (except catalase) was higher in the rhizosphere. And in rhizospheric soil, pH value was lower under phosphate fertilizer and NPK fertilizer (1:1. 6:1), available phosphorus content was higher, as well as hydrolyze nitrogen content, the activity of phosphatase and catalase. The nitrogen and potash fertilizer had no obvious promoting effect in addition to the absorption of relevant elements. The experiment demonstrated that phosphate fertilization and reasonable proportion of NPK fertilizer could promote the growth of the seedlings of P. massoniana.

fertilization; rhizospheric soil; available nutrient; soil enzyme; Pinus massoniana seedling

S718.51

A

1001-3776（2014）01-0033-05

2013-03-17；

2013-10-16

國(guó)家“十一五”科技支撐課題（2006BAD24B0301）；國(guó)家科技成果轉(zhuǎn)化課題（2007GB2F200286）；貴州省特助人才課題（TZJF-2007年20號(hào)）；貴州省農(nóng)業(yè)攻關(guān)課題（黔科合NY字20093066）；貴州省科學(xué)技術(shù)基金（黔科合J字〔2011〕2133號(hào)）

周瑋（1982－），女，貴州盤(pán)縣人，副教授，博士，從事森林培育及森林生態(tài)研究。