孟 勇, 劉三才, 艾文勝, 楊 明, 胡 偉 ,李美群, 涂 佳 (.湖南省林業(yè)科學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 40004; .攸縣林業(yè)局, 湖南 攸縣 4300)
毛竹鞭根根際與非根際土壤養(yǎng)分含量特征
孟 勇1, 劉三才2, 艾文勝1, 楊 明1, 胡 偉1,李美群1, 涂 佳1
(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410004; 2.攸縣林業(yè)局, 湖南 攸縣 412300)
以毛竹鞭根根際和非根際土壤為研究對(duì)象,研究不同生長(zhǎng)期竹鞭根際與非根際土壤養(yǎng)分含量。結(jié)果表明:毛竹鞭根根際土壤pH值、水解氮、速效鉀、有效磷含量明顯高于非根際土壤,其中pH值平均提高0.82、水解氮含量平均提高111.63 mg/kg、有效磷含量平均提高0.57 mg/kg、速效鉀含量平均提高92.33 mg/kg;毛竹鞭根根際與非根際土壤有效鋅、有效銅、有效硼含量差異不顯著。毛竹鞭根根際土壤水解氮和速效鉀含量在不同生長(zhǎng)期存在顯著差異,表現(xiàn)為在行鞭期較高,在孕筍期和出筍期偏低。
毛竹; 鞭根; 根際土壤; 養(yǎng)分含量
竹林根系是竹林地下系統(tǒng)和土壤的動(dòng)態(tài)界面,肩負(fù)著吸收土壤水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的重要使命,是竹林和土壤之間資源和信息交流的唯一通道[1]。毛竹地下根系主要包括竹株根系和竹鞭根系,竹株根系由支撐根(竹根)及其各級(jí)支根組成,鞭系則由橫走地下、相互連接的竹鞭(地下莖)以及著生在上面的鞭根和各級(jí)支根組成。鞭根根系是毛竹吸收土壤水分、養(yǎng)分的重要器官,研究表明,毛竹鞭根根系生物量、長(zhǎng)度、體積分別是竹株根系的1.55、2.86和1.80倍,總表面、活躍表面積分別是竹株根系的2.29倍和2.25倍[1]。根際是受植物根系活動(dòng)影響,在物理、化學(xué)和生物學(xué)特性上不同于原土體的特殊土壤微區(qū),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)[2-4]。根際土壤直接影響毛竹的生長(zhǎng),因此對(duì)毛竹根際土壤進(jìn)行系統(tǒng)研究顯得尤為重要。目前,關(guān)于毛竹根際土壤養(yǎng)分主要集中在竹根區(qū)。徐秋芳等[5]對(duì)2年生毛竹根際土壤的化學(xué)性質(zhì)分析表明,毛竹根際土壤酸度明顯較全土弱,根際土壤交換性氫和交換性鋁比全土低,根際土壤含有較豐富的水解氮、有效磷及交換性鉀、鈣等;對(duì)毛竹竹根區(qū)土壤微生物數(shù)量和酶活性進(jìn)行研究,結(jié)果表明,毛竹竹根區(qū)土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量以及過(guò)氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶的活性明顯高于林間土,Ⅰ、Ⅱ度竹竹根區(qū)細(xì)菌數(shù)量多于Ⅲ度竹,Ⅱ度竹竹根區(qū)真菌數(shù)量顯著多于Ⅰ、Ⅲ度竹根區(qū),Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹竹根區(qū)之間3類(lèi)酶的活性無(wú)明顯差異[6]。張文元[2]對(duì)不同生長(zhǎng)階段毛竹根際土壤化學(xué)性質(zhì)和酶活性變化規(guī)律進(jìn)行研究,結(jié)果表明,毛竹根際土壤有機(jī)質(zhì)含量、N含量、有效N含量、全P含量、磷酸酶活性、蛋白酶活性隨毛竹生長(zhǎng)而增長(zhǎng)。不同生長(zhǎng)階段毛竹根際土壤綜合因子得分排列順序?yàn)椋撼芍衿?Ⅳ度>Ⅲ度>Ⅱ度>Ⅰ度。目前,關(guān)于毛竹鞭根區(qū)根際土壤養(yǎng)分的研究較少,本文以毛竹竹鞭在不同生長(zhǎng)期的根際土壤為研究對(duì)象,研究毛竹鞭根區(qū)根際與非根際土壤養(yǎng)分變化規(guī)律,以期為竹林科學(xué)施肥、促進(jìn)竹林的可持續(xù)發(fā)展提供一定的數(shù)據(jù)支持。
試驗(yàn)地位于湖南省長(zhǎng)沙市望城區(qū)原佳村烏山林場(chǎng),該區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),氣候溫和,熱量豐富,年平均氣溫17 ℃,降水量1370 mm,日照1610 h,無(wú)霜期274天,日均溫≥10 ℃的活動(dòng)積溫5376.9 ℃,1月平均氣溫為4.4 ℃,7月平均氣溫為30 ℃。
2.1土壤樣品采集
在毛竹林中設(shè)置3個(gè)50 m×50 m的固定采樣區(qū),于孕筍期(2014年9月)、出筍期(2015年1月)、行鞭期(2015年4月)分別在采樣區(qū)中采集土壤樣品。在每個(gè)采樣區(qū)采用S形均勻選擇取樣點(diǎn),在取樣點(diǎn)周?chē)陂_(kāi)土壤找到竹鞭,確定竹鞭年齡并用利鏟鏟斷竹鞭,刨開(kāi)竹鞭兩側(cè)外圍40 cm處土壤并小心取出鞭段。輕輕抖動(dòng)鞭段,落下的土壤為非根際土壤,用枝剪從鞭段上剪下鞭根,輕輕抖動(dòng)后仍附著在根系上的土壤為根際土壤,用毛刷收集到樣品袋保存。采用多點(diǎn)混合采集樣品。非根際土壤樣品過(guò)多時(shí),混合并采用四分法選取土壤樣品。
2.2土壤樣品測(cè)定
樣品經(jīng)風(fēng)干、去雜、過(guò)篩后測(cè)定土壤含水率、有機(jī)質(zhì)、水解氮、有效磷、速效鉀、有效鋅、有效銅、有效硼,參照土壤分析技術(shù)規(guī)范(2006)對(duì)土壤各指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)[7]。
2.3數(shù)據(jù)分析
應(yīng)用Excel 2003和SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析。
3.1毛竹鞭根根際與非根際土壤養(yǎng)分含量變化
土壤酸堿度對(duì)土壤微生物的活動(dòng)、土壤養(yǎng)分的有效性以及土壤物理性質(zhì)等方面都有很大的影響。土壤氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等主要養(yǎng)分元素在pH6~8之間時(shí)有效養(yǎng)分含量最多[8]。根際土壤pH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[9]。由表1可知,試驗(yàn)區(qū)毛竹林非根際土壤pH在4.7至4.8之間,毛竹鞭根根際土壤pH值平均值為5.58,極顯著高于非根際土壤(P=0.000<0.01),平均提高0.82。植物生長(zhǎng)期間由根系釋放到根際的光合產(chǎn)物(包括植物根系和微生物呼吸作用釋放CO2的數(shù)量)約占植株全部?jī)艄夂袭a(chǎn)物的15%~40%[10]。毛竹根際土壤有機(jī)質(zhì)含量總體上高于非根際土壤,平均提高5.48 g/kg,方差分析顯示兩者之間差異接近顯著水平(P=0.067>0.05)。水解氮是土壤中易水解的蛋白質(zhì)、氨基酸、酸胺、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的總和。水解氮含量的高低反映了植物生長(zhǎng)期間利用氮素的高低,間接反映了土壤供氮水平的高低[8]。試驗(yàn)區(qū)毛竹林根際土壤水解氮含量顯著高于非根際土壤(P=0.030<0.05),平均提高111.63 mg/kg。土壤中95%的磷是以遲效性狀態(tài)存在,而且不同磷形態(tài)的有效性不同[11]。根際土壤有效磷含量極顯著高于非根際土壤(P=0.008<0.01),平均提高0.57 mg/kg。鉀在作物體內(nèi)含量較高,一般都超過(guò)磷。土壤中的鉀元素大部分難以被植物利用吸收,能被植物利用的一般只占1%~2%[8]。試驗(yàn)區(qū)毛竹林鞭根區(qū)根際土壤速效鉀含量顯著高于非根際土壤(P=0.031<0.05),平均提高92.33 mg/kg。銅是植物所必須的微量營(yíng)養(yǎng)元素,是氧化酶的主要組成成分,主要存在于葉綠體的質(zhì)體藍(lán)色素中,參與葉綠素的合成以及糖類(lèi)的代謝[12]。試驗(yàn)區(qū)毛竹林鞭根區(qū)根際土壤有效銅含量高于非根際土壤,兩者之間差異接近顯著水平(P=0.072>0.05)。試驗(yàn)區(qū)毛竹林鞭根區(qū)根際有效鋅和有效硼含量均略高于非根際土壤,但差異不顯著。
表1 毛竹鞭根根際與非根際土壤養(yǎng)分含量Tab 1 Thenutrientcontentofrhizospheresoilandnon?rhizospheresoilinforestofPhyllostachysedulis土壤類(lèi)別pH值土壤養(yǎng)分含量有機(jī)質(zhì)(g/kg)水解氮(mg/kg)有效磷(mg/kg)根際土壤 5 576±0 450 35.922±7.554339.444±132.066 1.816±0.547非根際土壤 4 757±0 279 30.444±3.614227.811±48.102 1.247±0.156土壤類(lèi)別土壤養(yǎng)分含量速效鉀(mg/kg)有效鋅(mg/kg)有效銅(mg/kg)有效硼(mg/kg)根際土壤160 622±112 713 3.400±1.012 1.958±0.206 0.563±0.061非根際土壤 68 289±32 522 2.746±0.836 1.739±0.272 0.511±0.073
3.2毛竹不同生長(zhǎng)期鞭根區(qū)根際土壤養(yǎng)分含量
毛竹在不同生長(zhǎng)期其代謝水平和根際土壤微生物活性均存在較大差異,從而對(duì)鞭根根際土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生一定影響。對(duì)不同生長(zhǎng)期毛竹鞭根根際土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析,結(jié)果表明(見(jiàn)表2),各有效養(yǎng)分在毛竹不同生長(zhǎng)期表現(xiàn)出一定的差異。pH值表現(xiàn)為孕筍期最高,行鞭期次之,出筍期最低;有效養(yǎng)分含量總體表現(xiàn)為行鞭期最高,出筍期次之,孕筍期最低。毛竹行鞭期的鞭根根際土壤水解氮和速效鉀含量明顯高于孕筍期和出筍期,其他有效養(yǎng)分在毛竹行鞭期、孕筍期和出筍期間差異不顯著。
表2 不同生長(zhǎng)期毛竹鞭根區(qū)根際土壤養(yǎng)分含量Tab 2 Thesoilnutrientcontentofrhizospheresoilindifferentgrowthperiods生長(zhǎng)期土壤養(yǎng)分含量水解氮(mg/kg)有效磷(mg/kg)速效鉀(mg/kg)有機(jī)質(zhì)(g/kg)孕筍期235 233±22 750a1 497±0 25988 867±17 731a33 200±5 237出筍期283 300±48 022a1 620±0 54090 333±25 350a31 367±5 173行鞭期499 800±85 751b2 330±0 480302 667±66 790b43 200±7 238生長(zhǎng)期土壤養(yǎng)分含量有效鋅(mg/kg)有效銅(mg/kg)有效硼(mg/kg)pH孕筍期2 527±0 8621 983±0 1760 533±0 0405 883±0 631出筍期3 567±0 4401 887±0 2750 613±0 0505 393±0 441行鞭期4 107±1 1062 003±0 2250 543±0 0715 450±0 046 注:同列中英文字母表示不同生長(zhǎng)期毛竹鞭根區(qū)根際土壤養(yǎng)分的差異顯著性。
3.3毛竹鞭根區(qū)土壤養(yǎng)分相關(guān)性
毛竹鞭根在生命活動(dòng)中不斷向根際區(qū)分泌質(zhì)子、離子和有機(jī)物質(zhì),同時(shí)還具有吸附和富集根際區(qū)外圍由于遷移和擴(kuò)散作用進(jìn)入根際區(qū)的礦質(zhì)和有機(jī)質(zhì),直接引起土壤有效氮、磷、鉀含量的提高,而土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖又進(jìn)一步促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的分解和土壤養(yǎng)分的釋放。對(duì)毛竹鞭根根際區(qū)土壤養(yǎng)分進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明(見(jiàn)表3),根際區(qū)土壤有效氮、磷、鉀相互之間均具有極顯著正相關(guān)性;根際區(qū)土壤有效氮、磷、鉀與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間均具有極顯著的正相關(guān)性。
表3 毛竹鞭根區(qū)土壤養(yǎng)分相關(guān)性Tab 3 Therelevanceofsoilnutrientinbamboorhizomerootzone水解氮有效磷速效鉀有機(jī)質(zhì)有效鋅有效銅有效硼pH水解氮1 0000有效磷0 898??1 0000速效鉀0 965??0 839??1 0000有機(jī)質(zhì)0 832??0 776??0 815??1 0000有效鋅0 4600 3140 3890 3061 0000有效銅0 4100 4530 4220 405-0 3351 0000有效硼0 1770 4450 0290 2180 0700 2701 0000pH0 3430 3840 3680 2800 2290 3370 1441 0000 注:“??”表示在0 01水平上的顯著性。
(1) 引起毛竹鞭根區(qū)根際土壤pH值明顯高于非根際土壤的可能原因是毛竹鞭根根系對(duì)陰陽(yáng)離子的吸收不平衡造成的。毛竹鞭根區(qū)根際土壤有機(jī)質(zhì)明顯高于非根際土壤,可能是因?yàn)橐环矫婷?xì)根組織的脫落、根系分泌物增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量;另一方面根系分泌物、土壤微生物等共同作用改善了土壤膠體性質(zhì),使得根際土壤一定程度上具有吸附土壤中礦質(zhì)離子和有機(jī)顆粒的能力。
(2) 根際土壤水解氮、速效鉀含量在不同生長(zhǎng)期存在顯著差異,表現(xiàn)為行鞭期較高,出筍期和孕筍期偏低,而且其他營(yíng)養(yǎng)元素也表現(xiàn)出此種趨勢(shì)。這主要是由于植物、土壤和土壤生物之間復(fù)雜的相互作用的結(jié)果。據(jù)研究[13-15],毛竹根系生物量在7月份最高,此后逐漸減少,意味著7月份之后毛細(xì)根逐漸脫落,脫落的毛細(xì)根被根際土壤中的微生物分解并釋放出礦質(zhì)養(yǎng)分;同時(shí),隨著毛細(xì)根組織的脫落,根系對(duì)養(yǎng)分的吸收速率逐漸減小,兩者共同作用造成行鞭期根際礦質(zhì)離子濃度的升高。
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Thecharacteristicsofnutrientcontentinrhizospheresoilandnon-rhizospheresoilinforestofPhyllostachysedulis
MENG Yong1, LIU Sancai2, AI Wensheng1,YANG Ming1, HU Wei1, LI Meiqun1, TU Jia1
(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China; 2.Forestry Bureau of Youxian County, Youxian 412300, China)
The rhizosphere soil andnon-rhizosphere soil in bamboo forest ofPhyllostachyseduliswere studied as research objects.The nutrient content in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil in bamboo forest for different growth stages were studied.The results showed that the pH value,the nutrient content of hydrolyzed nitrogen, available kalium,available phosphorus in rhizosphere soil were significantly higher than that in non-rhizosphere soil. Hereinto, the mean of pH value increased by 0.82, the average content of hydrolysis nitrogen increased by 111.63 mg/kg, the content of available phosphorus increased by 0.57 mg/kg,the content of available kalium increased by 92.33 mg/kg. The nutrient content of available zinc,available cuprum and available boron were not significant difference between rhizosphere soil and non rhizosphere soil.The nutrient content of hydrolyzed nitrogen and available kalium of rhizosphere soil were significantly different among different growth periods. It was characterized by the highernutrient content in bamboo rhizome growth period and the lower nutrient content in pregnant of bamboo shoots period and bamboo shooting period.
Phyllostachysedulis; rhizome root of bamboo forest; rhizosphere soil; nutrient content
2016-03-19
國(guó)家林業(yè)局公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201204106);湖南省林業(yè)科學(xué)院青年科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2013LQJ07)。
孟 勇(1984-),男,江蘇省贛榆縣人,助理研究員。研究方向:竹林培育、竹林生態(tài)。
艾文勝,研究員;E-mail: aiwensheng@163.com。
S 714.3
A
1003 — 5710(2016)03 — 0033 — 04
10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 03. 006
(文字編校:龔玉子)