不同施肥处理对马尾松幼苗及根际环境的影响

周 玮，周运超

不同施肥处理对马尾松幼苗及根际环境的影响

周 玮1,2,3，周运超3

（1. 贵州民族大学 化学与环境科学学院 ，贵州 贵阳 550025；2.贵州省林业科学研究院，贵州 贵阳 550005；3. 贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025）

应用原位显色法研究了不同施肥处理下马尾松幼苗根际pH值及Eh的变化。结果表明：施磷肥马尾松幼苗苗木质量较好，苗高、地径分别达到8.08 cm及1.38 mm，根系发达，侧须根较多，根表面积大，且施磷肥根际土壤pH值变化较大，变化范围宽，下降快，10 h时从6.0下降到5.2，关于MnO2的Eh变化不明显；而施氮肥则相反，苗木质量较差，侧须根不发达，主根长，为7.47 cm，根表面积小，pH值变化范围窄，变化缓慢，高锰酸钾显色法研究结果表明施氮肥苗木根际范围内褪色，为还原态。

马尾松幼苗； 根系； 根际环境； 施肥； 影响

植物的生长状况在很大程度上取决于根系的生长，而根系的生长状况又直接受它所处的环境——根际的影响，其中根际pH值是根际微环境中比较活跃的因子之一[1]。根际pH值的变化，决定着根际土壤中各种矿质养分的化学和生物有效性，又对根系的生长、离子的吸收，重金属元素毒害作用的忍耐，根系分泌物的组成和数量以及根际微生物群落的种类、数量和根际酶的活性等有着重要的影响。研究根际pH 值状况，对于剖析根—土界面的理化环境、养分在根际的转化和酶的再分布等都有着十分重要的意义。根系活动引起根际氧化还原状况的改变，使其明显地不同于原土体。根际的氧化还原状况与根际的生物活性和各种各样的“根际效应”有着密切的关系[2]，因此，研究根际的氧化还原状况具有重要的作用。

苗木是造林的基础，苗木质量好坏直接影响到造林成活率,进而影响到林木的生长量和造林效益。施肥技术是苗木培育过程中影响苗木质量的关键技术之一，影响苗木的根系生长，并且可以改变土壤的养分状况。然而在植物的生长过程中，伴随着离子的吸收、交换和代谢，植物根际pH 值、Eh发生变化。因此,笔者研究了不同施肥处理对马尾松幼苗的根系、根际微环境的影响，研究结果对于苗期合理施肥以及林木施肥有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 供试苗木肥料

在塑料培养钵内培育马尾松幼苗，于2008年6月播种，播种前种子经过消毒（0.15﹪福尔马林液）及浸泡（40℃温水浸泡2 h，湿藏24 h）催芽处理，培育苗木所需土壤采自贵州大学南校区松林坡，为第四纪粘土发育土壤，土壤采回后经过筛、消毒（0.5﹪甲醛溶液）等处理。用氮、磷、钾肥及不同的配合（即N、P、K、NP、NK、PK、NPK）作基肥于培养钵内培育马尾松苗木，同时设置对照，计8个处理。其中氮、磷、钾肥分别为尿素（含 N 46%）、钙镁磷肥（含 P2O514%）、硫酸钾(含 K2O 50%)，每公斤土中施氮肥（尿素）0.322 8 g，磷肥（钙镁磷肥）0.636 4 g，钾肥（硫酸钾）0.178 1 g。N、P、K的质量比为1.6∶1∶1。每个处理种植3盆（即3个重复）。在出苗后的每月20日测定苗木的地径及苗高，在不同时期（百日、6个月、12个月）取出幼苗，分析其根系的动态变化。同时进行苗期的除草、间苗及防虫等一系列苗期管理。试验所采用土壤为酸性土壤，pH 值为5.1，土壤较粘重(体积质量为1.25 g/cm3)，有机质含量中等（1.11 g/kg），氮含量高（全氮为0.23 g/kg，水解氮含量为160.4 mg/kg），磷含量较少（3.53 g/kg），特别是速效磷含量（仅为7.9 mg/kg），钾含量也较少，全钾为6.96 g/kg，速效钾含量为102.2 mg/kg。

1.2 方 法

幼苗的苗高用卷尺测量，地径用游标卡尺测量，生物量直接烘干称质量。

根系形态指标测定方法：应用Epson数字化扫描仪(Expression 10000XL 1.0)对分级后的不同处理下根系进行扫描，并将扫描后的图像存入计算机，之后用与扫描仪配套的Win RHIZOC Pro 2004b根系图像分析系统软件(加拿大Regent Instruments公司)对各处理下根形态特征指标进行定量分析。主要测量指标包括直径、主根长、表面积、根尖数量。

根际pH值及Eh的测量采用的是原位显色法。

2 结果与分析

2.1 马尾松幼苗指标

经方差分析表明：不同肥种以及不同肥种的配合对苗木苗高、地径、高/径及生物量影响不显著（p=0.12＞0），各处理间没有明显差异(p=0.09＞0) 。从表1中可以看出，施用氮肥对马尾松苗木生长不利，与对照相比，施用氮肥及氮磷肥、氮钾肥都不利于马尾松苗木的苗高、地径生长，特别是单施氮肥的质量最低，苗木各项指标均低于对照，说明在马尾松育苗阶段施用氮肥效果不明显。施用磷、钾肥及磷钾肥混合施用可以有效地提高苗木的地径、苗高及生物量，提高苗木质量。特别是单施磷肥，苗木苗高、地径分别达到8.08 cm及1.38 mm，明显高于对照的6.53 cm、0.95 mm。而氮、磷、钾肥按照1.6∶1∶1的比例混合施肥，则苗木各指标低于单施磷肥及磷钾肥混合施肥。从以上的分析结果可以看出，在马尾松幼苗的培育过程中，在类似第四纪粘土发育形成土壤上为培育壮苗、优苗最有效的措施就是施用磷肥。

2.2 马尾松苗木根系

从表2可以看出，单施磷肥处理中苗木的主根长高于对照，低于其他施肥处理苗木，侧根数最多，根表面积最大，苗木根系的吸收能力最强，有利于苗木更好地吸收水分及养分，促进苗木地上部分生长，可能是因为P是植物必须的大量元素之一，但是土壤中P含量相对较低，而且由于土壤中大多数P是以不溶于水的Ca、 Fe、 Al等无机盐形式和有机P形式存在，土壤中P的活性很小，常常限制着植物的生长和发育，而施用磷肥则可以补充土壤中磷素的缺乏，在一定程度上增加了土壤中磷的供应，从而促进根系的生长。研究表明局部P养分供应提高时，植物能够快速调整细根的形态特征和生理功能[3]，以便能够获得在局部土壤斑块中有限且有效的养分，维持自身的生理功能[4]。施磷钾肥及氮磷钾肥混合施用处理下苗木根系次之。在以上施肥处理中单施氮肥以及氮磷肥混合施用根系侧根数最少，根表面积最小，根系生物量干重最小，说明施用氮肥不利于马尾松苗木根系的生长，从而影响苗木地上部分生长。通常，N是林木生长的限制性养分[5]，但研究结果不尽一致，甚至相互对立。有研究结果认为N有效性的增加会导致细根生产和生物量下降[6]，也有研究表明N有效性的提高使细根生产和生物量都增加[7]。而Son Y和Jae H[8]对日本落叶松Larix leptolepis进行一年施氮肥处理研究发现，在整个生长季，施肥处理的总细根生物量低于对照，施钾肥则介于两者之间。经分析表明，各处理对苗木根系参数影响都不显著，说明各种处理之间对苗木根系没有明显影响。

表2 苗木根系参数Table 2 The root of P. massoniana seedlings

2.3 根际pH值变化

表3是不同处理下在不同时间段的pH值的变化情况。表 3表明，不同施肥处理下的马尾松幼苗根系能不同程度地降低土壤根际pH值，在48 h的研究中，不同施肥处理下马尾松根际范围内pH值都从6.0降低到5.2。在7种不同的施肥处理中，与对照相比，施磷肥、钾肥、磷钾肥根际土壤pH值变化比较明显，范围较宽，最低值出现时间比对照晚，说明其变化较缓慢。氮磷钾肥按照最佳比例混合施用[9]，pH值在10 h时与空白对照变化相同，到24 h后，比对照变化范围宽。而施氮肥及氮磷肥变化较缓慢，且变化范围较窄。施磷钾肥、氮磷钾肥以及不施肥对照pH值最低值出现在10 h时，其它处理则在24 h最低，变化最大。除施磷肥外，根际pH值在48 h后恢复到培养液最初的状态，为6.0。

表3 不同处理下马尾松幼苗根际土壤pH值变化Table 3 Rhizosphere pH value of P. massoniana seedlings under different treatments

表3显示，施氮处理pH值变化较慢，在24 h后出现最低值，变化范围最窄。主要是因为施氮肥会影响马尾松幼苗根系的生长，抑制其侧须根的发育，从而影响根系的分泌能力，因为根际pH值的变化是由于根系呼吸作用释放CO2以及在离子的主动吸收和根尖细胞伸长过程中分泌质子和有机酸所致[10]。氮磷钾混合施用除外，因为其按照N∶P∶K=1.6∶1∶1的最佳配比进行施肥处理[9]。施磷处理则变化范围较宽，变化快，在10 h出现最低值，24 h后变化范围逐渐变窄，逐渐恢复。因为施磷肥后在土壤中植株吸收磷的主要存在形式是H2PO4-、HP[11]，而pH值与磷的各种酸根之间存在竞争关系的各种阴离子能与磷形成沉淀物的各种阳离子(如Ca、Fe和Al)决定着无机磷在土壤中的各种化学反应过程[12]。且在本研究中，磷肥为钙镁磷肥，土壤中阳离子含量的提高，可能促进了马尾松根系对阳离子的吸收，造成植物体内阴阳离子失衡，植物根系溢泌质子，从而降低了根际pH值。本研究结果显示，施用磷肥马尾松根际pH值变化范围宽，变化较快，造成根际酸化。可能是因为施用磷肥能够促进马尾松苗木根系的生长，侧须根较发达，说明磷肥对根的生长有促进作用[13-14]。根系的分泌及吸收能力增强。一方面，根系分泌的有机酸可能增强了根际土壤的酸化[15]；另一方面，增加磷酸酶的分泌[16]，增强了植物根系对土壤中磷素的吸收、利用。在酸性土壤上，Fe与Al的氧化物和氢氧化物在磷吸附中起重大作用[17]，根系吸收的阳离子量大于阴离子量，造成离子吸收不平衡，使根系向根际土壤分泌质子[15]，并且植物根系高效利用磷的生理方面的适应性变化包括：根系分泌有机酸和质子酸化土壤[18]，造成根际土壤酸化。另外，在酸性土壤中，施用化肥会加速土壤钙、镁等阳离子的淋溶，盐基饱和度下降，造成土壤pH值下降，土壤酸化[19]。刘芷宇等[20]的研究表明有效提高林木生产力的原因之一，并且施用磷肥造成根际酸化也是马尾松为增加根际磷的有效性而通过主动过程来调整根际化学和微生物状况的一种重要方式之一。

2.4 根际氧化还原电位

表4为不同的施肥处理下马尾松幼苗根际氧化还原状态的变化情况，亚甲基兰显色结果表明根际氧化还原状态总的变化情况，包括铁、锰、铜离子等难溶性离子；高锰酸钾显色法测定马尾松幼苗根系对锰离子的氧化还原情况。从表4中可以看出，10 h，除不施肥对照外，其他的施肥处理在根际1 mm范围内变为无色，1 mm外为蓝色，说明1 mm根际范围内为还原态，距根1 mm外为氧化态。在还原状态下，铁、锰等难溶解化合物溶解度增加，有利于植物的吸收。而不施肥对照处理则变化不明显，处于氧化态，不利于马尾松幼苗对难溶化合物的吸收、利用 。因为在施肥处理下，土壤根际酸化，特别是磷肥处理下，根系侧须根发达，根系的分泌能力增强，分泌的有机还原性物质也促进土壤中难溶性离子的还原溶解[20]。而高锰酸钾显色法结果表明施氮肥处理下，马尾松幼苗根尖1 mm范围内褪色，为还原态。其他施肥处理及不施肥对照没有变化，仍处于氧化态。22 h后，变化稳定。亚甲基兰显色法各种施肥处理下变色范围变宽，不施肥对照只在侧须根附近略有变化，因为侧须根是林木吸收养分、水分的重要器官，对外界的反映最敏感。高锰酸钾显色法研究结果表明，施用氮肥及单施钾肥处理下根际1 mm范围内褪色，为氧化态，土壤中的锰离子由Mn3+变为Mn2+，MnO2的还原能力增强，有利于植物吸收锰离子。施用磷肥则无颜色变化，为氧化态，说明施磷肥不能促进马尾松幼苗吸收锰离子。不施肥对照变化不明显。说明除施氮肥外，其它施肥处理下马尾松苗木根系对土壤中二氧化锰没有还原能力或者还原能力很弱。

表4 不同处理Eh变化Table 4 Rhizosphere Eh of P. massoniana seedlings under different managements

3 结 论

通过不同施肥处理下马尾松幼苗根系及根际微环境的研究得出，施肥对马尾松幼苗及幼苗根系各参数影响不明显。单施磷肥幼苗质量最好，根系发达，根表面积较大，吸收能力较强，根际pH值的变化快，变化范围较宽；施氮肥及氮磷肥混合施用对马尾松幼苗无明显的促进作用，苗木主根长，而侧须根不发达，高/径高，接近甚至低于对照，根际pH值下降缓慢，变化范围较窄，根际范围内表现为明显的还原态。施用钾肥对马尾松幼苗根系的作用效果不明显，而氮磷钾按照一定配比混合施用作用效果亦不明显。

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Effects of different fertilizer treatment on Pinus massoniana seedlings and root environment

ZHOU Wei1,2,3, ZHOU Yun-chao3
(1. School of Chemistry and Environmental Science, Guizhou University for Nationalities, Guiyang 550025, Guizhou, China; 2. Forestry Academy of Guizhou, Guiyang 550025, Guizhou, China; 3. Forestry College of Guizhou University, Guiyang 550005, Guizhou, China)

The changes of rhizosphere pH and Eh of Pinus massoniana seedlings were investigated with different treatments and by means of in situ chromogenic method. The results show that the quality of the seedlings treated by phosphate fertilizer was better than other fertilizers, the values of highness and diameter were 8.08 cm and 1.38 mm, the root-system grew rapidly, there were a lots of side fibre, and the root surface area was big. And the phosphate fertilizer made a remarkably changing of rhizosphere pH value,from 6.0 to 5.2 after 10 hours. The diversification of Eh about MnO2was not clearly; while Pinus massoniana seedlings treated by nitrogen fertilizer reversed the front.

Pinus massoniana seeding; root system; rhizospheric environment; fertilizer; effect

S791.248; S723.7

A

1673-923X (2012)07-0019-05

2012-02-10

国家“十一五”科技支撑课题（2006BAD24B0301）；国家科技成果转比课题（2007GB2F200286）；贵州省特助人才课题(TZJF-2007年20号)；贵州省农业攻关课题（黔科合NY字20093066）及贵州省科学技术基金（黔科合J字[2011]2133号）

周 玮（1982—），女，贵州盘县人，博士，从事森林培育及森林生态研究；E-mail: zhwei1982802@126.com

周运超（1964—），男，贵州兴仁人，教授，博士生导师，从事森林土壤学研究：E-mail: fc.yczhou@gzu.edu.cn

[本文编校：谢荣秀]