马尾松幼苗根际土壤对施肥的响应

周 玮，周运超

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

马尾松幼苗根际土壤对施肥的响应

周 玮1,2,3，周运超2

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

研究了不同施肥处理对马尾松（Pinus massoniana）幼苗根际土壤pH值、速效养分含量及土壤酶活性的影响，结果表明，施肥处理马尾松幼苗根际土壤 pH值低于非根际，速效养分、土壤酶活性（除过氧化氢酶）均高于非根际。且施磷肥、氮磷钾肥（N：P：K = 1：1.6：1）根际土及非根际土pH值较低，速效磷含量较高，水解氮含量也较高，磷酸酶、过氧化氢酶活性较高，利于苗木对氮素、磷素吸收、利用；单施钾肥除能促进对相应元素吸收外对根际土壤酶活性无明显促进作用。说明适当施用磷肥或者氮磷钾肥按合理比例施用能够促进马尾松幼苗的生长。

施肥；根际土；速效养分；土壤酶；马尾松幼苗

根系直接与土壤接触，两者之间不断地进行着物质循环和能量流动，从而形成了特殊的区域——根际。根际的范围一般为距离根表面1 ~ 5 mm，是植物—土壤—微生物及其环境条件相互作用的场所，是特殊的微生态系统。同时也是各种养分、水分、有益和有害物质及生物作用于根系或进入根系参与食物链循环的门户，是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域。因此，探索土壤养分环境——植物根系的相互作用和养分运移状况，是土壤学中较为前沿的学科，受到许多科学研究者的关注。

林木根系通过分泌各类有机物质和不平衡的元素吸收来影响土壤性质，而这种影响首先会以根际土壤性质的变化反映出来。而苗木的好坏直接影响林木的生长、发育，是林木生长的基础。因此本文分析不同施肥处理下马尾松幼苗的根际土壤养分和酶的状况，并与非根际土对比，揭示其地力变化的内在机制以及林木生长与土壤环境之间的关系，以期为进一步探讨森林—土壤的相互作用过程奠定理论基础，为马尾松苗木培育提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

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，共 8个处理。其中氮、磷、钾肥分别为尿素（含N46%），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。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（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 实验方法

苗木生长1年后，取出苗木，测定其速效养分含量和土壤酶活性。土样采用抖落法收集根际土。

土壤速效养分的测定主要根据《土壤农化分析》中的常规方法测定[1]，其中碱解氮用扩散法，速效磷测定用分光光度计法，速效钾测定用火焰光度计法。

土壤pH值测定采用去离子水浸提—酸度计法。

土壤酶测定：蔗糖酶和淀粉酶用 3,5-二硝基水杨酸比色法；脲酶用苯酚钠比色法；蛋白酶用铜盐比色法；过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法；多酚氧化酶用碘量滴定法；磷酸酶用磷酸苯二钠比色法。

2 结果与分析

2.1 施肥对根际土壤速效养分与pH值的影响

林木根际是林木和土壤进行物质、能量交换的场所，也是生化活性最强的区域，林木根系通过分泌各类有机物质和不平衡的元素吸收来影响土壤性质，而这种影响首先会以根际土壤性质的变化反映出来。因此本文从分析不同施肥处理下马尾松幼苗的根际土壤养分和酶的状况，并与非根际土对比，揭示其地力变化的内在机制以及林木生长与土壤环境之间的关系，为进一步探讨森林—土壤的相互作用过程奠定理论基础，为马尾松苗木培育提供理论基础。

表1是施肥对马尾松苗木根际、非根际土速效养分及pH值的影响。从表1中可以看出，在不同的施肥处理下，根际土壤pH值小于非根际土，说明苗木在生长过程中对土壤有一定程度的酸化作用。且施氮磷钾肥、磷肥根际土及非根际土pH值较低，说明在马尾松幼苗培育过程中施磷肥及氮磷钾肥根际pH值的降低，改变了根表的电荷性质，从而影响根系对养分的吸收。这与作者用原位显色法测定的苗木根际pH值的研究结果一致[2]。

林木生长过程中，其根系不断地从环境中吸收水分和养分，根系对水分和养分吸收速率的不同使根际养分出现亏缺和富集[3]。从表 1的研究结果可看出，根际土中水解氮、速效磷及速效钾含量均高于非根际土，这与叶功富等[4]、吉艳芝等[5]的研究结果一致。其中根际土速效氮含量是非根际土水解氮含量的1.16 ~ 1.40倍，对照水解氮含量是非根际土含量的 1.05倍，低于施肥处理。施氮肥根际土水解氮含量最高，其次是施磷肥、氮磷钾肥。根际土水解氮含量最低的是施钾肥，略高于对照。不同的施肥处理下根际土速效磷含量明显高于非根际土含量，分别是根际土速效磷含量的2.41、3.07、4.23、3.63、1.74、1.23、1.3倍，对照根际土速效磷含量是非根际土的2.55倍。其中施磷肥、氮磷肥、磷钾肥、氮磷钾肥根际土、非根际土速效磷含量都较高。施氮肥、氮钾肥根际土速效磷含量最低，施氮钾肥根际土含量甚至低于对照。根际土速效钾含量高于非根际土。凡施钾肥处理根际土、非根际土速效钾含量均较高，其中单施钾肥根际土速效钾含量最高，达到219.9 mg/kg，是对照（81.2 mg/kg）的2.70倍。施磷肥根际土速效钾含量最低，低于对照。施氮肥根际土速效钾含量次之。说明施磷肥或氮肥对于植物对钾素的吸收利用没有明显的促进作用。

表1 施肥对根际土壤速效养分、pH值的影响

2.2 施肥对根际土壤酶 活性的影响

表2是不同的施肥处理对马尾松根际、非根际土壤酶活性的影响。由表2可知，除过氧化氢酶活性外，不同施肥处理下根际蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性均高于非根际土中酶活性。根际土壤酶活性增强与根际土积累种类和数量均较大的根系分泌物及根际土壤微生物增殖较快、活性较高有关。根际土过氧化氢酶活性低于非根际酶活性。

表2 施肥对根际土壤酶活性的影响

蔗糖酶是以有机质为底物的，在一定范围内，底物越多，酶的活性越强。施氮肥根际土、非根际土蔗糖酶活性都最高，分别为5.70 mg/g、7.58 mg/g，能够促进植物根系吸收有机物质。而施钾肥根际土、非根际土蔗糖酶活性最低，仅为2.89 mg/g、5.00 mg/g，低于对照的4.57 mg/g、5.38 mg/g。说明施钾肥对土壤中蔗糖酶活性无明显促进作用，对植物吸收易溶性有机物质无明显效果。淀粉是土壤中有机残体的组成部分，淀粉酶是参与自然界中碳素循环的一种重要的酶类。根际土、非根际土淀粉酶活性为施氮肥脲酶活性最高，施磷肥脲酶活性最低。脲酶是一种酰胺酶，它能分解有机物，水解生成氨、二氧化碳和水，而氨是植物氮素营养的直接来源，尿素氮肥水解与脲酶密切相关。施氮磷钾肥根际土、非根际土脲酶活性最高，施磷肥、钾肥脲酶活性次之。说明施用磷肥、钾肥能提高土壤中脲酶活性，提高土壤中速效氮的含量。施磷钾肥根际土、非根际土脲酶活性最低，仅为0.009 mg/g、0.007 mg/g，低于对照的0.021 mg/g、0.020 mg/g。

根际、非根际土壤磷酸酶活性在施氮磷钾肥处理中活性最高，单施磷肥磷酸酶活性次之。施磷钾肥根际及非根际磷酸酶活性都最低，明显低于对照。其次是施用氮钾肥。说明磷肥及氮磷钾肥合理配比施用有利于提高土壤中磷酸酶活性，可能是因为磷肥的施用使土壤中微生物活动更加频繁，这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转化，提高土壤磷素的有效性。

多酚氧化酶参与土壤中芳香族有机化合物转化为腐殖质组分的过程，是腐殖化的一种媒介。它的活性低，表征土壤腐殖化程度就低[6]，施氮钾肥土壤多酚氧化酶活性最高，土壤腐殖化程度高，其次是氮磷肥及钾肥。土壤中多酚氧化酶活性最低的是施氮磷钾肥及磷肥，土壤腐殖化程度最低。过氧化氢酶的活性表征土壤腐殖化强度大小和有机质积累程度，与有机质含量有关，土壤中过氧化氢酶可促进土壤中过氧化氢的分解，有利于防止其对生物体的毒害，所以过氧化氢酶活性是人们很早就建议用来作为土壤肥力的指标。施氮磷钾肥根际土、非根际土过氧化氢酶活性最高，其次是施氮钾肥及氮肥过氧化氢酶活性较高，土壤中过氧化氢酶活性高，则分解土壤中过氧化氢的能力增强，降低土壤中过氧化氢对生物体的毒害。施钾肥土壤过氧化氢酶活性最低，土壤的解毒能力最差。

3 讨论

根际土pH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。本研究结果表明，不同的施肥处理下马尾松苗木根际范围内pH值的变化不同，其中单施氮肥及氮磷肥混合施用根际pH值相对较高。可能是因为施氮肥会影响马尾松苗木根系的生长，从而影响苗木的吸收、释放能力，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[7]。氮磷钾混合施用除外，因为其按照优化配比进行施肥处理[8]。而单施磷肥则pH值较低。因为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决定着无机磷在土壤中的各种化学反应过程[10]，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值低，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；磷肥对根的生长有促进作用[11~12]，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[13]。另一方面，增加磷酸酶的分泌[14]，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，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，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[10]，造成根际土壤酸化。另外，在酸性土壤中，施肥会加速土壤钙、镁等阳离子的淋溶，盐基饱和度下降，造成土壤pH下降，土壤酸化[15]。刘芷宇[16]等的研究表明：有效提高林木生产力的原因之一，并且施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。

土壤酶主要来源于植物根系和微生物的活动，它参与土壤各种生物化学过程和物质循环。根际内微生物数总是比根际外要高得多，当微生物受到环境因素刺激时，便不断向周围介质分泌酶，致使根际内外酶活性存在很大的差异[17]。土壤中的一切生物化学过程都是在土壤酶的作用下进行的，土壤酶的活性直接影响土壤养分的供应和储存，是土壤生物活性强度的标志之一。从本研究结果中可以看出，单施氮肥根际碱解氮、脲酶活性、蔗糖酶活性最高，说明施用氮肥可以促进根际范围内脲酶活性、蔗糖酶活性的提高，能够促进土壤中尿素及有机物质的分解，因此根际范围内土壤碱解氮含量最高，可能增加植物对N、C的吸收利用，且施氮肥过氧化氢酶活性较高，说明过氧化氢不会在根际积累，造成毒害。而施用磷肥则根际土壤中碱性磷酸酶活性较高，其次是氮磷钾肥混合施用酶活性高，促进土壤中难溶性磷的分解，并且根际pH值低，更进一步促进土壤中磷素的分解，速效磷含量增加，有利于植物对磷素的吸收、利用。而施用钾肥处理下则酶活性较低，土壤中植物可利用的营养元素的含量较低（除速效钾外），过氧化氢酶活性也最低，过氧化氢可能在马尾松根际范围内积累，造成毒害，对马尾松的生长不利。

4 结论

通过对不同施肥处理下马尾松幼苗根际土壤速效养分、pH值及土壤酶活性的分析，得到如下研究结果：各施肥处理下根际土壤及非根际土壤存在明显不同。根际土壤 pH值低于非根际土，速效养分含量则高于非根际土壤，且施氮磷钾肥、磷肥根际土及非根际土 pH值较低，速效磷含量较高，水解氮含量也较高，速效钾含量则较低；施氮肥根际土壤水解氮含量最高，速效磷含量最低，速效钾含量较低；施钾肥除能增加根际土壤速效钾含量外（达到219.9 mg/kg，是对照81.2 mg/kg的2.70倍），对根际养分无明显促进作用。

除过氧化氢酶活性外，不同施肥处理下根际土中蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶活性均高于非根际土中酶活性。施氮肥、氮钾肥根际土壤蔗糖酶、淀粉酶、多酚氧化酶活性最高，能促植物吸收氮素，但是也会造成腐殖化程度高。而施氮磷钾肥及磷肥则可以明显增加根际磷酸酶及过氧化氢酶活性，有利于植物对磷素的吸收，降低根际土壤毒素，促进植物生长。单施钾肥对根际土壤酶活性无明显促进作用，且会影响植物对氮素的利用。

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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

国家“十一五”科技支撑课题（2006BAD24B0301）；国家科技成果转化课题（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）；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，副教授，博士，从事森林培育及森林生态研究。