馬尾松幼苗根際土壤對施肥的響應

周 瑋，周運超

（1. 貴州民族大學 化學與環境科學學院 ，貴州 貴陽 550025；2. 貴州大學 林學院，貴州 貴陽 550025；3. 貴州省林業科學研究院，貴州 貴陽 550005）

馬尾松幼苗根際土壤對施肥的響應

周 瑋1,2,3，周運超2

（1. 貴州民族大學 化學與環境科學學院 ，貴州 貴陽 550025；2. 貴州大學 林學院，貴州 貴陽 550025；3. 貴州省林業科學研究院，貴州 貴陽 550005）

研究了不同施肥處理對馬尾松（Pinus massoniana）幼苗根際土壤pH值、速效養分含量及土壤酶活性的影響，結果表明，施肥處理馬尾松幼苗根際土壤 pH值低于非根際，速效養分、土壤酶活性（除過氧化氫酶）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、過氧化氫酶活性較高，利于苗木對氮素、磷素吸收、利用；單施鉀肥除能促進對相應元素吸收外對根際土壤酶活性無明顯促進作用。說明適當施用磷肥或者氮磷鉀肥按合理比例施用能夠促進馬尾松幼苗的生長。

施肥；根際土；速效養分；土壤酶；馬尾松幼苗

根系直接與土壤接觸，兩者之間不斷地進行著物質循環和能量流動，從而形成了特殊的區域——根際。根際的范圍一般為距離根表面1 ~ 5 mm，是植物—土壤—微生物及其環境條件相互作用的場所，是特殊的微生態系統。同時也是各種養分、水分、有益和有害物質及生物作用于根系或進入根系參與食物鏈循環的門戶，是根系自身生命活動和代謝對土壤影響最直接、最強烈的區域。因此，探索土壤養分環境——植物根系的相互作用和養分運移狀況，是土壤學中較為前沿的學科，受到許多科學研究者的關注。

林木根系通過分泌各類有機物質和不平衡的元素吸收來影響土壤性質，而這種影響首先會以根際土壤性質的變化反映出來。而苗木的好壞直接影響林木的生長、發育，是林木生長的基礎。因此本文分析不同施肥處理下馬尾松幼苗的根際土壤養分和酶的狀況，并與非根際土對比，揭示其地力變化的內在機制以及林木生長與土壤環境之間的關系，以期為進一步探討森林—土壤的相互作用過程奠定理論基礎，為馬尾松苗木培育提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

在塑料培養缽內培育馬尾松幼苗，于2008年6月播種，播種前種子經過消毒（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南校區松林坡，為第四紀粘土發育土壤，土壤采回后經過過篩、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）作基肥于培養缽內培育馬尾松苗木，同時設置對照，共 8個處理。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的質量比為1.6：1：1。每個處理種植3盆。試驗所采用土壤為酸性土壤，pH 值為5.1，土壤較粘重（體積質量為1.25 g/cm3），有機質含量中等（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 實驗方法

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

土壤速效養分的測定主要根據《土壤農化分析》中的常規方法測定[1]，其中堿解氮用擴散法，速效磷測定用分光光度計法，速效鉀測定用火焰光度計法。

土壤pH值測定采用去離子水浸提—酸度計法。

土壤酶測定：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 結果與分析

2.1 施肥對根際土壤速效養分與pH值的影響

林木根際是林木和土壤進行物質、能量交換的場所，也是生化活性最強的區域，林木根系通過分泌各類有機物質和不平衡的元素吸收來影響土壤性質，而這種影響首先會以根際土壤性質的變化反映出來。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分和酶的狀況，并與非根際土對比，揭示其地力變化的內在機制以及林木生長與土壤環境之間的關系，為進一步探討森林—土壤的相互作用過程奠定理論基礎，為馬尾松苗木培育提供理論基礎。

表1是施肥對馬尾松苗木根際、非根際土速效養分及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，說明苗木在生長過程中對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，說明在馬尾松幼苗培育過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，從而影響根系對養分的吸收。這與作者用原位顯色法測定的苗木根際pH值的研究結果一致[2]。

林木生長過程中，其根系不斷地從環境中吸收水分和養分，根系對水分和養分吸收速率的不同使根際養分出現虧缺和富集[3]。從表 1的研究結果可看出，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，達到219.9 mg/kg，是對照（81.2 mg/kg）的2.70倍。施磷肥根際土速效鉀含量最低，低于對照。施氮肥根際土速效鉀含量次之。說明施磷肥或氮肥對于植物對鉀素的吸收利用沒有明顯的促進作用。

表1 施肥對根際土壤速效養分、pH值的影響

2.2 施肥對根際土壤酶 活性的影響

表2是不同的施肥處理對馬尾松根際、非根際土壤酶活性的影響。由表2可知，除過氧化氫酶活性外，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與根際土積累種類和數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。根際土過氧化氫酶活性低于非根際酶活性。

表2 施肥對根際土壤酶活性的影響

蔗糖酶是以有機質為底物的，在一定范圍內，底物越多，酶的活性越強。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，能夠促進植物根系吸收有機物質。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，低于對照的4.57 mg/g、5.38 mg/g。說明施鉀肥對土壤中蔗糖酶活性無明顯促進作用，對植物吸收易溶性有機物質無明顯效果。淀粉是土壤中有機殘體的組成部分，淀粉酶是參與自然界中碳素循環的一種重要的酶類。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，它能分解有機物，水解生成氨、二氧化碳和水，而氨是植物氮素營養的直接來源，尿素氮肥水解與脲酶密切相關。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，明顯低于對照。其次是施用氮鉀肥。說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，可能是因為磷肥的施用使土壤中微生物活動更加頻繁，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化合物轉化為腐殖質組分的過程，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。過氧化氫酶的活性表征土壤腐殖化強度大小和有機質積累程度，與有機質含量有關，土壤中過氧化氫酶可促進土壤中過氧化氫的分解，有利于防止其對生物體的毒害，所以過氧化氫酶活性是人們很早就建議用來作為土壤肥力的指標。施氮磷鉀肥根際土、非根際土過氧化氫酶活性最高，其次是施氮鉀肥及氮肥過氧化氫酶活性較高，土壤中過氧化氫酶活性高，則分解土壤中過氧化氫的能力增強，降低土壤中過氧化氫對生物體的毒害。施鉀肥土壤過氧化氫酶活性最低，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養分的化學和生物有效性，又對根系的生長、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量以及根際微生物群落的種類、數量和根際酶的活性等有著重要的影響。本研究結果表明，不同的施肥處理下馬尾松苗木根際范圍內pH值的變化不同，其中單施氮肥及氮磷肥混合施用根際pH值相對較高。可能是因為施氮肥會影響馬尾松苗木根系的生長，從而影響苗木的吸收、釋放能力，因為根際pH值的變化是由于根系呼吸作用釋放CO2以及在離子的主動吸收和根尖細胞伸長過程中分泌質子和有機酸所致[7]。氮磷鉀混合施用除外，因為其按照優化配比進行施肥處理[8]。而單施磷肥則pH值較低。因為施磷肥后在土壤中植株吸收磷的主要形式存在是H2PO4－、HPO22－[9~10]。pH值與磷的各種酸根之間存在競爭關系的各種陰離子能與磷形成沉淀物的各種陽離子決定著無機磷在土壤中的各種化學反應過程[10]，且在本研究中，磷肥為鈣鎂磷肥，土壤中陽離子含量的提高，可能促進了馬尾松根系對陽離子的吸收，造成植物體內陰陽離子失衡，植物根系溢泌質子，從而降低了根際pH值。本研究結果顯示，施用磷肥馬尾松根際pH值低，造成根際酸化?？赡苁且驗槭┯昧追誓軌虼龠M馬尾松苗木根系的生長，側須根較發達；磷肥對根的生長有促進作用[11~12]，分泌及吸收能力增強。一方面，根系分泌的有機酸可能增強了根際土壤的酸化[13]。另一方面，增加磷酸酶的分泌[14]，增強了植物根系對土壤中磷素的吸收、利用。在酸性土壤上，Fe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子，并且植物根系高效利用磷的生理方面的適應性變化包括根系分泌有機酸和質子酸化土壤[10]，造成根際土壤酸化。另外，在酸性土壤中，施肥會加速土壤鈣、鎂等陽離子的淋溶，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主動過程來調整根際化學和微生物狀況的一種重要方式之一。

土壤酶主要來源于植物根系和微生物的活動，它參與土壤各種生物化學過程和物質循環。根際內微生物數總是比根際外要高得多，當微生物受到環境因素刺激時，便不斷向周圍介質分泌酶，致使根際內外酶活性存在很大的差異[17]。土壤中的一切生物化學過程都是在土壤酶的作用下進行的，土壤酶的活性直接影響土壤養分的供應和儲存，是土壤生物活性強度的標志之一。從本研究結果中可以看出，單施氮肥根際堿解氮、脲酶活性、蔗糖酶活性最高，說明施用氮肥可以促進根際范圍內脲酶活性、蔗糖酶活性的提高，能夠促進土壤中尿素及有機物質的分解，因此根際范圍內土壤堿解氮含量最高，可能增加植物對N、C的吸收利用，且施氮肥過氧化氫酶活性較高，說明過氧化氫不會在根際積累，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，促進土壤中難溶性磷的分解，并且根際pH值低，更進一步促進土壤中磷素的分解，速效磷含量增加，有利于植物對磷素的吸收、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養元素的含量較低（除速效鉀外），過氧化氫酶活性也最低，過氧化氫可能在馬尾松根際范圍內積累，造成毒害，對馬尾松的生長不利。

4 結論

通過對不同施肥處理下馬尾松幼苗根際土壤速效養分、pH值及土壤酶活性的分析，得到如下研究結果：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（達到219.9 mg/kg，是對照81.2 mg/kg的2.70倍），對根際養分無明顯促進作用。

除過氧化氫酶活性外，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氧化氫酶活性，有利于植物對磷素的吸收，降低根際土壤毒素，促進植物生長。單施鉀肥對根際土壤酶活性無明顯促進作用，且會影響植物對氮素的利用。

[1] 鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 北京：中國農業出版社，1981.

[2] 周瑋，周運超. 不同施肥處理對馬尾松幼苗及根際環境的影響[J]. 中南林業科技大學學報，2012，32（7）：19－23.

[3] 王改蘭，段建南，李旭霖. 長期施肥條件下土壤有機質變化特征研究[J]. 土壤通報，2003，34（6）：589－591.

[4] 葉功富，侯杰，張立華，等.不同年齡木麻黃林地根際土壤養分含量和酶活性動態[J]. 水土保持學。，2006，20（4）：86－89.

[5] 吉艷芝，陳立新，薛寶民，等. 施肥對落葉松人工林植物養分及生理特性的影響[J]. 生態環境，2004，13（2）：217－219.

[6] 袁玲，楊邦俊，鄭蘭君，等. 長期施肥對土壤酶活性和氮磷養分的影響[J]. 植物營養與肥料學報，1997，3（4）：301－305.

[7] 周運超，粱瑞扼，蕈福樣，等. 馬尾松中幼林施肥試驗研究[J]. 貴州農學院叢刊，1997，3（36）：72－78.

[8] 厲婉華. 栓皮櫟、杉木和火炬松根際與非根際土壤氮素及pH差異的研究[J]. 南京林業大學學報，1996，20（2）：49－52.

[9] 牛西午，丁玉川，徐強，等. 營養液不同磷濃度對檸條苗期植株生長發育的影響[J]. 西北植物學報，2003，23（4）：622－627.

[10] Hinsinger P. Bioavailability of soil inorganic P in the rhizosphere as affected by root-induced chemical changes: a review [J]. Plant Soil, 2001（2）：173－195.

[11] 王忠. 植物生理學[M]. 北京：中國農業出版社，1999.

[12] 王靜，段紅平，包世英，等. 不同施肥處理對蠶豆根系及根瘤的影響[J]. 云南農業大學學報，2007，22（4）：555－559.

[13] 張恩和，黃高寶，黃鵬. 不同供磷水平下糧豆間套種植對根系分布和根際效應的影響[J]. 草業學報，1999，8（5）：35－38.

[14] Perez-Corona MEP, Van der Klundert I, Verhoeven JTA. Availability of organic and inorganic phosphorus compounds as phosphorus sources for Carex species[J]. New Phytol, 1996（133）：225－231.

[15] 王伯仁，徐明崗，文石林. 長期施肥對紅壤磷組分及活性酸的影響[J]. 土壤肥料科學，2007，22（3）：254－259.

[16] 劉芷宇，李良謨，施衛明. 根際研究法[M]. 南京：江蘇科學技術出版社，1997. 339－340.

[17] 楊玉盛，何宗明，鄒雙全，等. 格氏栲天然林與人工林根際土壤微生物及其生化特性的研究[J]. 生態學報，1998，18（2）：198－202.

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

國家“十一五”科技支撐課題（2006BAD24B0301）；國家科技成果轉化課題（2007GB2F200286）；貴州省特助人才課題（TZJF-2007年20號）；貴州省農業攻關課題（黔科合NY字20093066）；貴州省科學技術基金（黔科合J字〔2011〕2133號）

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