根系分泌物對土壤疏水性的影響

羅甜甜，李權飛

摘要：土壤疏水性是指水分不能或很難濕潤，或者滲透土壤顆粒表面的物理現象。土壤疏水性研究分析不僅有助于合理評價疏水性對生態環境的影響，并且能為當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行為期21天的培養實驗，研究分析了不同階段土壤疏水性指數。研究結果表明，根系分泌物對林地土壤作用顯著，而根系分泌物則對旱地土壤作用不顯著，同時還分析了根系分泌物與土壤總有機碳（SOC）、疏水性與土壤總有機碳（SOC）之間的相關關系。

關鍵詞：根系分泌物；土壤有機碳；土壤疏水性

中圖分類號： X131 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.08.043

在植物的生長發育過程中，植物根系在從土壤中吸取水分與營養的同時，也會分泌各種化合物，這些化合物被稱之為根系分泌物。這些根系分泌物會對根系周邊土壤產生影響，造成根際效應，從而影響植物的生長與發育。根系分泌物是植物與土壤進行物質、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、蛋白質和氨基酸等初生代謝產物，又包含有機酸、酚類等次生代謝產物[1]。目前的大多數研究者將根分泌物中的有機物質大致劃分為三類：低分子有機化合物、高分子類粘膠物質及其細胞或組織脫落物質溶解產物[2]。另外，質子和無機離子，也是根分泌物的重要成分，都可以影響營養元素在根際的有效性。

根系分泌物與土壤中的微生物關系密切，根系分泌物為植物根際環境中的微生物提供大量的營養物質，可以說根系分泌物是微生物的能源物質。根系分泌物就通過這種方式改變植物根際環境中物理、化學生物學性質來影響土壤的肥力。

涉及根系分泌物影響植物根際環境的物理性質。土壤疏水性是指水分不能或者很難濕潤或者滲透土壤顆粒表面的物理現象，與親水性不同，水滴會在具有強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，土壤疏水性會對水文和地貌產生影響，降低土壤入滲能力，從而增加地表徑流量和土壤侵蝕量。具有強烈疏水性的土壤在水分和溶質不均勻入滲模式下，優勢流會加速土壤中局部溶質的浸出[4]，加大土壤污染物污染地下水的風險。然而，適度的土壤疏水性有助于提高土壤團聚體的穩定性和強度，從而有利于土壤有機碳的長期封存，同時在一定程度上降低土壤水分蒸發，有利于減輕干旱地區的土壤干裂問題，在一定程度上保持干旱地區土壤濕度與肥力。

在1904年，Hihner提出了根際效應的概念。20世紀50年代，根系分泌物與固氮菌的互利關系被發現，此領域的研究日益被研究者重視[5]。20世紀70～90年代，隨著根系分泌物研究結果在植物營養、設施園藝、農業環境等領域的廣泛應用，對根系分泌物的研究掀起了一個新高潮[6]。徐從、陳龍池等認為植物根系不僅僅是一個強大的吸收器官，同時也是一個活躍的代謝、合成器官，而且還是一個積極的分泌器官[7]；徐從、洪常青、郝乾坤等提出根系分泌物一般可分為三類：大分子有機分泌物、小分子可溶性有機物與其他有機分泌物[8]；喬云發等總結了根系分泌物營養檢測常用方法，并提出了植物根系分泌物研究今后的方向，進一步研究根系分泌物對植物生長過程中產生的影響，從而在生產上能采取合理的技術措施，改善土壤根際環境以提高根際養分利用率，從而滿足植物生長需求，達到提高植物產品產量和品質的效果[9]。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

本實驗土壤樣品類型為亞熱帶地帶性磚紅壤性紅壤，采自湛江農科所試驗田的林地土壤和旱地土壤。土壤樣品于2016年12月采集，隨機選取土壤樣點并將采集的原狀土壤分別裝進硬質盒中帶回實驗室。當土壤含水量達到塑限時，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體和石塊后，風干，過2mm篩后備用。土壤樣品的基本理化性質，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），充分攪拌，攪拌完成后靜置4小時。采用濾網過濾的方式分離奇亞籽和膠結原液（類根系分泌物），把根系分泌物純溶液儲存于4℃冰箱中，儲存時間不超過1周。試驗前，將原液稀釋1∶2、1∶5、1∶10和1∶100，以及對照6種處理。

1.2實驗處理（見表2）

1.3 土壤總有機碳

土壤有機質概念是指通過微生物作用所形成的腐殖質、動植物殘體和微生物體的合稱，其中的碳元素含量即為土壤總有機碳（SOC）。土壤總有機碳的測定采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定實驗中所消耗的硫酸亞鐵溶液，計算出硫酸亞鐵的真實濃度：

C1×V1=C2×V2

（C-硫酸亞鐵標準液濃度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碳的含量（g/kg）

（C——硫酸亞鐵標準液濃度，V——滴定用去硫酸亞鐵溶液體積：V0——空白標定用去的硫酸亞鐵溶液的體積；M——碳的摩爾質量12；1.08——氧化校正系數（按平均回收率92.6%計算）；1.724——將有機碳換算成有機質的系數；m——風干土樣質量。）

1.4 土壤疏水性

使用滴水穿透時間法測定根系分泌物對土壤團聚體疏水性的影響。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，測定水滴滲入土壤所需要的時間，取蒸餾水入滲時間的均值作為每個樣品的最終結果。采用Dekker和Jungerius提出的疏水性分類標準，將疏水性分為5個等級：0級，無疏水性（滴水穿透時間<5s）；1級，輕微疏水性（5～60s）；2級，強烈疏水性（60～600s）；3級，嚴重疏水性（600～3600s）；4級，極度疏水性（>3600s）。

1.5 數據統計分析

所有數據經Excel 整理后，利用SPSS19.0軟件進行單因素方差分析，測定結果均取平均值，差異顯著性檢驗均采用LSD法、SN-K法（假定方差齊性）或者Tamhanes T2、Dunnetts T3（未假定方差齊性），顯著性水平設為P<0.05。同時利用SPSS19.0軟件進行雙變量相關分析，相關系數采用Pearson，顯著性檢驗采用雙側檢驗。繪圖在Excel中完成。

2 結果及分析

2.1 根系分泌物對土壤總有機碳的影響

由圖1可知，在培養的第1天：林地土壤樣品L2、L3都和L6與對照組存在顯著差異（<0.05），其中，SOC含量最多的L2比SOC含量最少的對照組多了26.2%。同時，L5與對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，在培養第7天：L2、L3、L6及對照組中SOC含量都與L5存在顯著差異（<0.05），特別是對照組，比L5多了18.3%。同時L4與對照組之間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、旱地土壤對照組的SOC含量都有顯著差異。

由圖3可知，在培養的第21天：林地土壤樣品中，對照組與其他各組SOC含量差異顯著（<0.05），同時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與對照組的差異最為明顯。旱地土壤樣品中對照組、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根系分泌物對土壤疏水性影響

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

在第1天中，除了H3是輕微疏水性，對照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；對照H4、H5、H6在培養期間滲透時間無顯著變化，都在0～5s的范圍之內，屬于無疏水性。

3 結論

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

根系分泌物對林地土壤作用顯著，尤其是在第1天與第7天，土壤中根系分泌物稀釋倍數越大，土壤的疏水性越弱。然而，根系分泌物對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的根系分泌物，可作為林地土壤調節疏水性強弱的一種有效方式。

參考文獻

[1]耿貴.作物根系分泌物對土壤碳、氮含量、微生物數量和酶活性的影響[D].遼寧：沈陽農業大學，2011：25-26.

[2]部紅建，常江，張自立，等.研究植物根系分泌物的方法[J].植物生理學通訊，2003，39（01）：1-2.

[3]李金濤，劉文杰，盧洪健.土壤斥水性研究進展[J].西南林學院學報，2010，30（05）：1-2.

[4]DeBano L F. 2000. Water repellency in soils： a historical overview[J]. Journal of Hydrology， 231-232：4-32.

[5]DeBano L F. 2000. Water repellency in soils： a historical overview[J]. Journal of Hydrology， 231-232：4-32.

[6]王清奎，汪思龍.土壤團聚體形成與穩定機制及影響因素[J].土壤通報，2005，36（03）：415-421.

[7]張福鎖.環境脅迫與植物根際營養[M].北京：中國農業出版社.1998.

[8]陳龍池，汪思龍.杉木根系分泌物化感作用研究[J].生態學報，2003（02）：4-6.

[9]洪常青，聶艷麗.根系分泌物及其在植物營養中的作用[J].生態環境，2003，12（04）：2-3.

作者簡介：羅甜甜，在讀碩士研究生，研究方向：自然地理；李權飛，本科學歷，研究方向：自然地理。