馬尾松根際pH變化及對土壤磷有效性的影響

潘小承　胡海波　王楠　白尚斌

摘要：測定野外現實林分中不同林齡（10、20、30年）馬尾松非根際土與根際土的pH值和不同濃度磷處理下馬尾松幼苗（1、2年）根際的pH值，探討馬尾松根際pH值、有效磷、全磷及不同濃度磷水平下馬尾松幼苗根際pH值的變化。結果表明：缺磷環境下，無論是控制實驗還是野外現實林分，馬尾松根際pH明顯比非根際土低，二者差異顯著，但不同林齡組間差異不明顯。隨供磷水平降低，幼苗根系使根際pH降低的能力加強。不同林齡馬尾松林土壤中的有效磷含量均較低，而根際土有效磷含量明顯高于非根際土，且與根際pH值呈負相關關系，說明根際pH降低有利于土壤難溶磷的活化，促進磷有效性提高，是馬尾松活化土壤難溶磷的有效機制之一，有利于其在磷缺乏的土壤環境中正常生長。

關鍵詞：馬尾松；根際土；pH值；磷的有效性

磷是植物不可或缺的大量元素之一，在植物生長發育中起著十分重要的作用。但是土壤中磷元素極易被固定，在自然條件下磷大部分以難溶狀態存在，有效性低，常常限制著植物的生長和發育。研究植物對土壤中難溶性磷的利用機理，對合理利用各種潛在磷素資源，推動農林業發展具有重要的意義。

1材料與方法

1.1幼苗根際pH測定

供試苗木及處理。以浙江臨安青山鎮正常生長的馬尾松一年生苗和二年生苗為研究對象，選取大小及規格一致的幼苗，在2017年4月初取出后用清水清洗苗木根部，用1%次氯酸鈣溶液進行消毒，再用蒸餾水清洗3次后用于沙培。苗木培養。石英砂作為苗木培養基質，先將石英砂洗凈，用6摩爾/升鹽酸浸泡24小時，用清水反復清洗至石英砂在水溶液中呈中性。然后將基質裝入容積為0.03立方米聚乙烯塑料盆中，每盆3公斤。將經過處理的幼苗移植盆中，2年生苗每盆植苗1株，1年生苗每盆植苗5株。以Hoagland培養液中KH₂PO₄的濃度梯度不同設計4個處理（下同）：正常營養液澆灌（每升1摩爾/升Hoagland培養液中加入1毫升KH₂PO₄）；缺磷營養液澆灌（KH₂PO₄為0）；低磷營養液（KH₂PO₄的濃度為正常營養液磷的50%）澆灌；高磷營養液（K H₂PO₄的濃度為正常營養液磷濃度的200%）澆灌。每個處理5盆，即為5個重復，共計40盆。不同磷濃度營養液處理培養一段時間后（室溫內培養30天），移至瓊脂指示劑混合液的培養皿中培養，采用顯色法測定根際pH值。除磷濃度差異外，其他條件保持相同。其他營養元素采用Hoagland配方（克/升）：KNO₃：0.51；Ca（NO₃）₂·4H₂O：1.18；MgSO₄·7H₂O：0.49；微量元素（毫克/升）：H³BO³：2.86；CuSO⁴·5H²O：0.08；Z nSO₄·7H₂O：0.22；Mn Cl₂·4H₂O：1.81；H₂MoO₄：0.05；Fe-EDTA：20。pH調至5～6之間，每天下午4時澆一次Hoagland配方營養液，每次每盆澆100毫升。顯色測定。取100毫升含50毫克/公斤NH⁴⁺的培養液，加入1克瓊脂和1毫升0.6%的溴甲酚紫指示劑，加熱溶解，用稀HCl調節pH至6.0左右（呈紫紅色）。將瓊脂指示劑混合培養基倒入培養皿，冷卻凝固，將不同處理的馬尾松苗木用蒸餾水清洗去除根系表面黏附的砂粒，在濾紙上展開、吸干、反倒貼于培養基上。與標準指示劑瓊脂溶膠對比，讀取每種處理苗木根際pH值。

1.2野外現實林分土壤樣品采集與pH、有效磷測定

試驗地位于浙江臨安青山鎮（119°42′E，30°14′N），海拔100～400米，平均氣溫15.9℃，年均降雨量1613毫米，平均降雨日158天，降水明顯集中在春夏兩季，年平均日照時數1920小時，年無霜期237天，屬中亞熱帶季風氣候，土壤類型為紅壤，地帶性植被為常綠闊葉林。于2017年5月取樣，按“S”形布點法選取同一等高線坡位（300米）上的10、20、30年林齡的有代表性的樣樹各3棵，在根部按不同方向選取3個取樣點，按剝落法采集根際土與非根際土，抖動5次，抖落下的土壤為非根際土，仍附在根表的土壤作為根際土，將根際土和非根際土分別混合，帶回實驗室，測定pH值、有效磷等數據。3個林齡樣地馬尾松的生長性狀和土壤理化性質見表1。

土壤p H值和有效磷測定。水浸p H值測定采用電位法，土壤全磷用濃HClO₄和濃H₂SO₄消煮分光光度計比色法進行測定，可溶性磷用Olsen法進行測定。

2結果與分析

2.1不同濃度磷處理下馬尾松幼苗根際pH變化

對馬尾松幼苗觀察發現，1年生馬尾松幼苗顯色2小時后，4種不同處理的幼苗根尖顏色均開始發生變化。顯色12小時后，幼苗根尖和稍后部位根區的顏色均顯示由紫紅變黃，并且范圍逐漸變寬，說明其根系分泌了酸性分泌物。顯色24小時時顯色的區域范圍較寬且顏色加深，顯色36小時時以上現象趨于穩定。2年生幼苗根部同樣出現以上的變化過程，但是變化范圍較寬，變化速度快，在24小時左右趨于穩定。這種變化過程在新生根的周圍更加明顯，在根尖稍后的部位黃色最深，在根基部周圍顏色變化較弱。進一步對根際pH值判讀發現，馬尾松幼苗能使根系周圍pH下降（見圖1、圖2）。1年生馬尾松幼苗在4種不同濃度磷處理下，在36小時顯色穩定時，pH值均降至6.0以下，最低為4.41，最高為4.78，降低1.22～1.59個單位。2年生馬尾松幼苗在達到穩定時，其根際p H值均在6.0以下，最低為4.45，最高為4.72，降低1.28～1.55個單位。缺磷處理下的根際p H值比高磷處理下的根際pH值都要低。表2與表3表明顯色穩定時各處理問pH值差異明顯。

2.2馬尾松根際土壤磷有效性與pH值關系

從表4可以看出，無論10、20、30年生馬尾松根際土的p H值均低于非根際土，分別低0.25、0.4、0.31個單位，經樣本t檢驗，根際土與非根際土pH值差異極顯著，表明現實林分中馬尾松根際確實存在酸化的現象。根際土有效磷均高于非根際土的有效磷，這說明有效磷在馬尾松根際集聚。而根際土全磷含量比非根際土的全磷含量低，說明根際具有活化磷的能力和機制。

3討論與結論

通常情況下，植物在磷脅迫條件下，會通過根系活動調節pH來適應土壤缺磷環境。本研究發現，不同林齡馬尾松幼苗在缺磷處理下根際p H均降，及不同林齡馬尾松根際土pH均顯著低于非根際土，這與多數研究的結論較為一致。在缺磷條件下，植物釋放出大量的有機酸，包括檸檬酸、琥珀酸、草酸、蘋果酸、酒石酸等，這些物質均在不同程度上引起根際酸化，導致pH降低。不同樹種遺傳特性和代謝機理存在差異，其根際十壤DH與非根際土壤狀況也不同。杉木、火炬松、云南松等樹種其根際土壤p H低于非根際土壤，而栓皮松、水曲柳等樹種則表現例外。落葉松人工林除近熟林外其他年齡階段均為根際土壤pH值高于非根際土壤，近熟林根際土壤的p H值低于非根際，兩者差異顯著。毛竹根際土壤p H值要比非根際高。說明根際pH降低，是一種誘導性根系適應機制。

土壤pH值降低，有利于難溶性Ca-P的溶解、轉化，提高其有效性。本研究結果表明，不同林齡馬尾松林土壤中的有效磷含量都很低，而根際土有效磷含量明顯高于非根際土，且與根際pH值呈負相關關系，說明隨著供磷水平的降低，其根際pH降低的能力加強，相比其他植物馬尾松降低根際pH的能力更強。pH降低有利于土壤難溶磷的活化，促進磷有效性提高。土壤溶液中磷的濃度在很大程度上取決于磷酸鐵、鋁鹽、磷酸鈣鹽的溶解度，pH值下降，促使磷酸鈣礦物上的磷酸根釋放。不同林齡馬尾松林土壤中的有效磷含量都很低，而根際土有效磷含量明顯高于非根際土，這也表明馬尾松具有適應低磷土壤，活化難溶磷的能力，有利于其在磷缺乏的土壤環境中生長。另外，馬尾松對土壤缺磷的適應機制可能是幾方面共同作用的結果，如馬尾松菌根真菌在磷活化中也起到重要重用，作者將在另文中進行進一步研究和探討。