根系分泌物對(duì)土壤疏水性的影響

羅甜甜，李權(quán)飛

摘要：土壤疏水性是指水分不能或很難濕潤(rùn)，或者滲透土壤顆粒表面的物理現(xiàn)象。土壤疏水性研究分析不僅有助于合理評(píng)價(jià)疏水性對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，并且能為當(dāng)前解決水土流失問題提供新思路。奇亞籽根系分泌物為類根系分泌物，通過向林地土壤與旱地土壤中添加不同濃度的類根系分泌物進(jìn)行為期21天的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究分析了不同階段土壤疏水性指數(shù)。研究結(jié)果表明，根系分泌物對(duì)林地土壤作用顯著，而根系分泌物則對(duì)旱地土壤作用不顯著，同時(shí)還分析了根系分泌物與土壤總有機(jī)碳（SOC）、疏水性與土壤總有機(jī)碳（SOC）之間的相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：根系分泌物；土壤有機(jī)碳；土壤疏水性

中圖分類號(hào)： X131 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.08.043

在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過程中，植物根系在從土壤中吸取水分與營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)，也會(huì)分泌各種化合物，這些化合物被稱之為根系分泌物。這些根系分泌物會(huì)對(duì)根系周邊土壤產(chǎn)生影響，造成根際效應(yīng)，從而影響植物的生長(zhǎng)與發(fā)育。根系分泌物是植物與土壤進(jìn)行物質(zhì)、能量交流的重要媒介之一，是影響土壤肥力的重要因素。

根系分泌物的種類繁多、含量差異大，既包括糖、蛋白質(zhì)和氨基酸等初生代謝產(chǎn)物，又包含有機(jī)酸、酚類等次生代謝產(chǎn)物[1]。目前的大多數(shù)研究者將根分泌物中的有機(jī)物質(zhì)大致劃分為三類：低分子有機(jī)化合物、高分子類粘膠物質(zhì)及其細(xì)胞或組織脫落物質(zhì)溶解產(chǎn)物[2]。另外，質(zhì)子和無機(jī)離子，也是根分泌物的重要成分，都可以影響營(yíng)養(yǎng)元素在根際的有效性。

根系分泌物與土壤中的微生物關(guān)系密切，根系分泌物為植物根際環(huán)境中的微生物提供大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以說根系分泌物是微生物的能源物質(zhì)。根系分泌物就通過這種方式改變植物根際環(huán)境中物理、化學(xué)生物學(xué)性質(zhì)來影響土壤的肥力。

涉及根系分泌物影響植物根際環(huán)境的物理性質(zhì)。土壤疏水性是指水分不能或者很難濕潤(rùn)或者滲透土壤顆粒表面的物理現(xiàn)象，與親水性不同，水滴會(huì)在具有強(qiáng)烈疏水性的土壤表面形成球形或者半球形，而不是滲入土壤中[3]。正常來說，土壤疏水性會(huì)對(duì)水文和地貌產(chǎn)生影響，降低土壤入滲能力，從而增加地表徑流量和土壤侵蝕量。具有強(qiáng)烈疏水性的土壤在水分和溶質(zhì)不均勻入滲模式下，優(yōu)勢(shì)流會(huì)加速土壤中局部溶質(zhì)的浸出[4]，加大土壤污染物污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)。然而，適度的土壤疏水性有助于提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，從而有利于土壤有機(jī)碳的長(zhǎng)期封存，同時(shí)在一定程度上降低土壤水分蒸發(fā)，有利于減輕干旱地區(qū)的土壤干裂問題，在一定程度上保持干旱地區(qū)土壤濕度與肥力。

在1904年，Hihner提出了根際效應(yīng)的概念。20世紀(jì)50年代，根系分泌物與固氮菌的互利關(guān)系被發(fā)現(xiàn)，此領(lǐng)域的研究日益被研究者重視[5]。20世紀(jì)70～90年代，隨著根系分泌物研究結(jié)果在植物營(yíng)養(yǎng)、設(shè)施園藝、農(nóng)業(yè)環(huán)境等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)根系分泌物的研究掀起了一個(gè)新高潮[6]。徐從、陳龍池等認(rèn)為植物根系不僅僅是一個(gè)強(qiáng)大的吸收器官，同時(shí)也是一個(gè)活躍的代謝、合成器官，而且還是一個(gè)積極的分泌器官[7]；徐從、洪常青、郝乾坤等提出根系分泌物一般可分為三類：大分子有機(jī)分泌物、小分子可溶性有機(jī)物與其他有機(jī)分泌物[8]；喬云發(fā)等總結(jié)了根系分泌物營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)常用方法，并提出了植物根系分泌物研究今后的方向，進(jìn)一步研究根系分泌物對(duì)植物生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的影響，從而在生產(chǎn)上能采取合理的技術(shù)措施，改善土壤根際環(huán)境以提高根際養(yǎng)分利用率，從而滿足植物生長(zhǎng)需求，達(dá)到提高植物產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的效果[9]。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

本實(shí)驗(yàn)土壤樣品類型為亞熱帶地帶性磚紅壤性紅壤，采自湛江農(nóng)科所試驗(yàn)田的林地土壤和旱地土壤。土壤樣品于2016年12月采集，隨機(jī)選取土壤樣點(diǎn)并將采集的原狀土壤分別裝進(jìn)硬質(zhì)盒中帶回實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)土壤含水量達(dá)到塑限時(shí)，用手把大塊沿自然破碎面輕輕掰開，用鑷子剔除明顯的植物殘?bào)w和石塊后，風(fēng)干，過2mm篩后備用。土壤樣品的基本理化性質(zhì)，見表1。

奇亞籽是芡歐鼠尾草（Salvia Hispanica L）的種子。把有奇亞籽的大燒杯中加入蒸餾水（奇亞籽∶蒸餾水=1∶10），充分?jǐn)嚢?，攪拌完成后靜置4小時(shí)。采用濾網(wǎng)過濾的方式分離奇亞籽和膠結(jié)原液（類根系分泌物），把根系分泌物純?nèi)芤簝?chǔ)存于4℃冰箱中，儲(chǔ)存時(shí)間不超過1周。試驗(yàn)前，將原液稀釋1∶2、1∶5、1∶10和1∶100，以及對(duì)照6種處理。

1.2實(shí)驗(yàn)處理（見表2）

1.3 土壤總有機(jī)碳

土壤有機(jī)質(zhì)概念是指通過微生物作用所形成的腐殖質(zhì)、動(dòng)植物殘?bào)w和微生物體的合稱，其中的碳元素含量即為土壤總有機(jī)碳（SOC）。土壤總有機(jī)碳的測(cè)定采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定實(shí)驗(yàn)中所消耗的硫酸亞鐵溶液，計(jì)算出硫酸亞鐵的真實(shí)濃度：

C1×V1=C2×V2

（C-硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)液濃度mol/L，V滴定用去硫酸亞鐵溶液體積ml）

再利用公式求出土壤樣品種總有機(jī)碳的含量（g/kg）

（C——硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)液濃度，V——滴定用去硫酸亞鐵溶液體積：V0——空白標(biāo)定用去的硫酸亞鐵溶液的體積；M——碳的摩爾質(zhì)量12；1.08——氧化校正系數(shù)（按平均回收率92.6%計(jì)算）；1.724——將有機(jī)碳換算成有機(jī)質(zhì)的系數(shù)；m——風(fēng)干土樣質(zhì)量。）

1.4 土壤疏水性

使用滴水穿透時(shí)間法測(cè)定根系分泌物對(duì)土壤團(tuán)聚體疏水性的影響。用1000ul的移液槍吸取一滴蒸餾水（每滴約50ul）滴到光滑的土壤樣本表面，測(cè)定水滴滲入土壤所需要的時(shí)間，取蒸餾水入滲時(shí)間的均值作為每個(gè)樣品的最終結(jié)果。采用Dekker和Jungerius提出的疏水性分類標(biāo)準(zhǔn)，將疏水性分為5個(gè)等級(jí)：0級(jí)，無疏水性（滴水穿透時(shí)間<5s）；1級(jí)，輕微疏水性（5～60s）；2級(jí)，強(qiáng)烈疏水性（60～600s）；3級(jí)，嚴(yán)重疏水性（600～3600s）；4級(jí)，極度疏水性（>3600s）。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 整理后，利用SPSS19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，測(cè)定結(jié)果均取平均值，差異顯著性檢驗(yàn)均采用LSD法、SN-K法（假定方差齊性）或者Tamhanes T2、Dunnetts T3（未假定方差齊性），顯著性水平設(shè)為P<0.05。同時(shí)利用SPSS19.0軟件進(jìn)行雙變量相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)采用Pearson，顯著性檢驗(yàn)采用雙側(cè)檢驗(yàn)。繪圖在Excel中完成。

2 結(jié)果及分析

2.1 根系分泌物對(duì)土壤總有機(jī)碳的影響

由圖1可知，在培養(yǎng)的第1天：林地土壤樣品L2、L3都和L6與對(duì)照組存在顯著差異（<0.05），其中，SOC含量最多的L2比SOC含量最少的對(duì)照組多了26.2%。同時(shí)，L5與對(duì)照組也存在顯著差異（<0.05）；旱地土壤樣品中，H2、H3、H4都分別與H5、H6及對(duì)照組存在顯著差異（<0.05）。尤其H3與H6最為顯著。圖1還說明了在同種處理下，第1天林地土壤各組樣品SOC含量均比旱地土壤各組樣品SOC含量要多。

由圖2可知，在培養(yǎng)第7天：L2、L3、L6及對(duì)照組中SOC含量都與L5存在顯著差異（<0.05），特別是對(duì)照組，比L5多了18.3%。同時(shí)L4與對(duì)照組之間SOC含量也存在顯著差異（<0.05）；在旱地土壤樣品中，H4、對(duì)照組中SOC含量都與H2、H3、H5、H6存在顯著差異（<0.05），并且H4與對(duì)照組中SOC含量也存在顯著差異（<0.05）。圖2還說明了在同種處理下，第7天添加了稀釋了10倍的根系分泌物林地、旱地土壤與林地、旱地土壤對(duì)照組的SOC含量都有顯著差異。

由圖3可知，在培養(yǎng)的第21天：林地土壤樣品中，對(duì)照組與其他各組SOC含量差異顯著（<0.05），同時(shí)L4、L5與L2、L3、L6中SOC含量及其L2、L6與L3中的SOC含量存在顯著差異（<0.05），其中L5與對(duì)照組的差異最為明顯。旱地土壤樣品中對(duì)照組、H6分別與其他各組SOC含量差異顯著（<0.05），H4、H5分別與H2、H3、H6中SOC含量差異顯著（<0.05），同時(shí)H4和H5之間SOC的含量也存在顯著差異（<0.05），其中H4與H6的差異最為明顯。圖3還說明在同種處理下，第21天的L4與H4、L6與H6的SOC含量具有顯著差異。

2.2根系分泌物對(duì)土壤疏水性影響

第1天林地土壤樣品實(shí)驗(yàn)中，L2、L3、L4、L5、H6滲透時(shí)間都比對(duì)照組長(zhǎng)，并且隨著添加根系分泌物稀釋倍數(shù)的增加，土壤樣品的疏水性減弱；在第7天與第21天中，滲透時(shí)間隨著根系分泌物稀釋倍數(shù)的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)。由圖4可知，對(duì)照組滲透時(shí)間隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加而增加；在培養(yǎng)期間，L2的滲透時(shí)間都大于60s，屬于強(qiáng)烈疏水性，并隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，土壤疏水性呈加強(qiáng)的趨勢(shì)；在培養(yǎng)期間，L3的滲透時(shí)間先增后減，由輕微疏水性演變成強(qiáng)烈疏水性再演變回輕微疏水性；在培養(yǎng)期間，L4、L5的滲透時(shí)間都隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加而增加，不同的是L4在第7天就演變成強(qiáng)烈疏水性，并且在第21天疏水性有所增強(qiáng)，而L5是在第21天才演變成強(qiáng)烈疏水性；L6的滲透時(shí)間雖然是隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加而增加，疏水性增強(qiáng)，但仍屬于輕微疏水性。

在第1天中，除了H3是輕微疏水性，對(duì)照H2、H4、H5、H6都是無疏水性；在第7天與第21天中，除了H2是輕微疏水性，H1、H3、H4、H5、H6都是無疏水性；由圖5可知，在培養(yǎng)期間H2由無疏水性演變成輕微疏水性；H3由輕微疏水性演變成無疏水性；對(duì)照H4、H5、H6在培養(yǎng)期間滲透時(shí)間無顯著變化，都在0～5s的范圍之內(nèi)，屬于無疏水性。

3 結(jié)論

在為期21天的培養(yǎng)過程中，未添加根系分泌物與添加根系分泌物的林地土壤總有機(jī)碳含量存在顯著差異，說明根系分泌物對(duì)林地土壤中總有機(jī)碳有顯著影響。未添加根系分泌物與添加根系分泌物的旱地土壤總有機(jī)碳含量存在顯著差異，說明根系分泌物對(duì)旱地土壤中的SOC有顯著影響。

根系分泌物對(duì)林地土壤作用顯著，尤其是在第1天與第7天，土壤中根系分泌物稀釋倍數(shù)越大，土壤的疏水性越弱。然而，根系分泌物對(duì)旱地土壤疏水性影響不顯著。因此在土壤添加不同稀釋倍數(shù)的根系分泌物，可作為林地土壤調(diào)節(jié)疏水性強(qiáng)弱的一種有效方式。

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作者簡(jiǎn)介：羅甜甜，在讀碩士研究生，研究方向：自然地理；李權(quán)飛，本科學(xué)歷，研究方向：自然地理。