根系分泌物对土壤疏水性的影响

罗甜甜，李权飞

摘要：土壤疏水性是指水分不能或很难湿润，或者渗透土壤颗粒表面的物理现象。土壤疏水性研究分析不仅有助于合理评价疏水性对生态环境的影响，并且能为当前解决水土流失问题提供新思路。奇亚籽根系分泌物为类根系分泌物，通过向林地土壤与旱地土壤中添加不同浓度的类根系分泌物进行为期21天的培养实验，研究分析了不同阶段土壤疏水性指数。研究结果表明，根系分泌物对林地土壤作用显著，而根系分泌物则对旱地土壤作用不显著，同时还分析了根系分泌物与土壤总有机碳（SOC）、疏水性与土壤总有机碳（SOC）之间的相关关系。

关键词：根系分泌物；土壤有机碳；土壤疏水性

中图分类号： X131 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.08.043

在植物的生长发育过程中，植物根系在从土壤中吸取水分与营养的同时，也会分泌各种化合物，这些化合物被称之为根系分泌物。这些根系分泌物会对根系周边土壤产生影响，造成根际效应，从而影响植物的生长与发育。根系分泌物是植物与土壤进行物质、能量交流的重要媒介之一，是影响土壤肥力的重要因素。

根系分泌物的种类繁多、含量差异大，既包括糖、蛋白质和氨基酸等初生代谢产物，又包含有机酸、酚类等次生代谢产物[1]。目前的大多数研究者将根分泌物中的有机物质大致划分为三类：低分子有机化合物、高分子类粘胶物质及其细胞或组织脱落物质溶解产物[2]。另外，质子和无机离子，也是根分泌物的重要成分，都可以影响营养元素在根际的有效性。

根系分泌物与土壤中的微生物关系密切，根系分泌物为植物根际环境中的微生物提供大量的营养物质，可以说根系分泌物是微生物的能源物质。根系分泌物就通过这种方式改变植物根际环境中物理、化学生物学性质来影响土壤的肥力。

涉及根系分泌物影响植物根际环境的物理性质。土壤疏水性是指水分不能或者很难湿润或者渗透土壤颗粒表面的物理现象，与亲水性不同，水滴会在具有强烈疏水性的土壤表面形成球形或者半球形，而不是渗入土壤中[3]。正常来说，土壤疏水性会对水文和地貌产生影响，降低土壤入渗能力，从而增加地表径流量和土壤侵蚀量。具有强烈疏水性的土壤在水分和溶质不均匀入渗模式下，优势流会加速土壤中局部溶质的浸出[4]，加大土壤污染物污染地下水的风险。然而，适度的土壤疏水性有助于提高土壤团聚体的稳定性和强度，从而有利于土壤有机碳的长期封存，同时在一定程度上降低土壤水分蒸发，有利于减轻干旱地区的土壤干裂问题，在一定程度上保持干旱地区土壤湿度与肥力。

在1904年，Hihner提出了根际效应的概念。20世纪50年代，根系分泌物与固氮菌的互利关系被发现，此领域的研究日益被研究者重视[5]。20世纪70～90年代，随着根系分泌物研究结果在植物营养、设施园艺、农业环境等领域的广泛应用，对根系分泌物的研究掀起了一个新高潮[6]。徐从、陈龙池等认为植物根系不仅仅是一个强大的吸收器官，同时也是一个活跃的代谢、合成器官，而且还是一个积极的分泌器官[7]；徐从、洪常青、郝乾坤等提出根系分泌物一般可分为三类：大分子有机分泌物、小分子可溶性有机物与其他有机分泌物[8]；乔云发等总结了根系分泌物营养检测常用方法，并提出了植物根系分泌物研究今后的方向，进一步研究根系分泌物对植物生长过程中产生的影响，从而在生产上能采取合理的技术措施，改善土壤根际环境以提高根际养分利用率，从而满足植物生长需求，达到提高植物产品产量和品质的效果[9]。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

本实验土壤样品类型为亚热带地带性砖红壤性红壤，采自湛江农科所试验田的林地土壤和旱地土壤。土壤樣品于2016年12月采集，随机选取土壤样点并将采集的原状土壤分别装进硬质盒中带回实验室。当土壤含水量达到塑限时，用手把大块沿自然破碎面轻轻掰开，用镊子剔除明显的植物残体和石块后，风干，过2mm筛后备用。土壤样品的基本理化性质，见表1。

奇亚籽是芡欧鼠尾草（Salvia Hispanica L）的种子。把有奇亚籽的大烧杯中加入蒸馏水（奇亚籽∶蒸馏水=1∶10），充分搅拌，搅拌完成后静置4小时。采用滤网过滤的方式分离奇亚籽和胶结原液（类根系分泌物），把根系分泌物纯溶液储存于4℃冰箱中，储存时间不超过1周。试验前，将原液稀释1∶2、1∶5、1∶10和1∶100，以及对照6种处理。

1.2实验处理（见表2）

1.3 土壤总有机碳

土壤有机质概念是指通过微生物作用所形成的腐殖质、动植物残体和微生物体的合称，其中的碳元素含量即为土壤总有机碳（SOC）。土壤总有机碳的测定采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定实验中所消耗的硫酸亚铁溶液，计算出硫酸亚铁的真实浓度：

C1×V1=C2×V2

（C-硫酸亚铁标准液浓度mol/L，V滴定用去硫酸亚铁溶液体积ml）

再利用公式求出土壤样品种总有机碳的含量（g/kg）

（C——硫酸亚铁标准液浓度，V——滴定用去硫酸亚铁溶液体积：V0——空白标定用去的硫酸亚铁溶液的体积；M——碳的摩尔质量12；1.08——氧化校正系数（按平均回收率92.6%计算）；1.724——将有机碳换算成有机质的系数；m——风干土样质量。）

1.4 土壤疏水性

使用滴水穿透时间法测定根系分泌物对土壤团聚体疏水性的影响。用1000ul的移液枪吸取一滴蒸馏水（每滴约50ul）滴到光滑的土壤样本表面，测定水滴渗入土壤所需要的时间，取蒸馏水入渗时间的均值作为每个样品的最终结果。采用Dekker和Jungerius提出的疏水性分类标准，将疏水性分为5个等级：0级，无疏水性（滴水穿透时间<5s）；1级，轻微疏水性（5～60s）；2级，强烈疏水性（60～600s）；3级，严重疏水性（600～3600s）；4级，极度疏水性（>3600s）。

1.5 数据统计分析

所有数据经Excel 整理后，利用SPSS19.0软件进行单因素方差分析，测定结果均取平均值，差异显著性检验均采用LSD法、SN-K法（假定方差齐性）或者Tamhanes T2、Dunnetts T3（未假定方差齐性），显著性水平设为P<0.05。同时利用SPSS19.0软件进行双变量相关分析，相关系数采用Pearson，显著性检验采用双侧检验。绘图在Excel中完成。

2 结果及分析

2.1 根系分泌物对土壤总有机碳的影响

由图1可知，在培养的第1天：林地土壤样品L2、L3都和L6与对照组存在显著差异（<0.05），其中，SOC含量最多的L2比SOC含量最少的对照组多了26.2%。同时，L5与对照组也存在显著差异（<0.05）；旱地土壤样品中，H2、H3、H4都分别与H5、H6及对照组存在显著差异（<0.05）。尤其H3与H6最为显著。图1还说明了在同种处理下，第1天林地土壤各组样品SOC含量均比旱地土壤各组样品SOC含量要多。

由图2可知，在培养第7天：L2、L3、L6及对照组中SOC含量都与L5存在显著差异（<0.05），特别是对照组，比L5多了18.3%。同时L4与对照组之间SOC含量也存在显著差异（<0.05）；在旱地土壤样品中，H4、对照组中SOC含量都与H2、H3、H5、H6存在显著差异（<0.05），并且H4与对照组中SOC含量也存在显著差异（<0.05）。图2还说明了在同种处理下，第7天添加了稀释了10倍的根系分泌物林地、旱地土壤与林地、旱地土壤对照组的SOC含量都有显著差异。

由图3可知，在培养的第21天：林地土壤样品中，对照组与其他各组SOC含量差异显著（<0.05），同时L4、L5与L2、L3、L6中SOC含量及其L2、L6与L3中的SOC含量存在显著差异（<0.05），其中L5与对照组的差异最为明显。旱地土壤样品中对照组、H6分别与其他各组SOC含量差异显著（<0.05），H4、H5分别与H2、H3、H6中SOC含量差异显著（<0.05），同时H4和H5之间SOC的含量也存在显著差异（<0.05），其中H4与H6的差异最为明显。图3还说明在同种处理下，第21天的L4与H4、L6与H6的SOC含量具有显著差异。

2.2根系分泌物对土壤疏水性影响

第1天林地土壤样品实验中，L2、L3、L4、L5、H6渗透时间都比对照组长，并且随着添加根系分泌物稀释倍数的增加，土壤样品的疏水性减弱；在第7天与第21天中，渗透时间随着根系分泌物稀释倍数的增加呈先增加后减少的趋势。由图4可知，对照组渗透时间随着培养天数的增加而增加；在培养期间，L2的滲透时间都大于60s，属于强烈疏水性，并随着培养天数的增加，土壤疏水性呈加强的趋势；在培养期间，L3的渗透时间先增后减，由轻微疏水性演变成强烈疏水性再演变回轻微疏水性；在培养期间，L4、L5的渗透时间都随着培养天数的增加而增加，不同的是L4在第7天就演变成强烈疏水性，并且在第21天疏水性有所增强，而L5是在第21天才演变成强烈疏水性；L6的渗透时间虽然是随着培养天数的增加而增加，疏水性增强，但仍属于轻微疏水性。

在第1天中，除了H3是轻微疏水性，对照H2、H4、H5、H6都是无疏水性；在第7天与第21天中，除了H2是轻微疏水性，H1、H3、H4、H5、H6都是无疏水性；由图5可知，在培养期间H2由无疏水性演变成轻微疏水性；H3由轻微疏水性演变成无疏水性；对照H4、H5、H6在培养期间渗透时间无显著变化，都在0～5s的范围之内，属于无疏水性。

3 结论

在为期21天的培养过程中，未添加根系分泌物与添加根系分泌物的林地土壤总有机碳含量存在显著差异，说明根系分泌物对林地土壤中总有机碳有显著影响。未添加根系分泌物与添加根系分泌物的旱地土壤总有机碳含量存在显著差异，说明根系分泌物对旱地土壤中的SOC有显著影响。

根系分泌物对林地土壤作用显著，尤其是在第1天与第7天，土壤中根系分泌物稀释倍数越大，土壤的疏水性越弱。然而，根系分泌物对旱地土壤疏水性影响不显著。因此在土壤添加不同稀释倍数的根系分泌物，可作为林地土壤调节疏水性强弱的一种有效方式。

参考文献

[1]耿贵.作物根系分泌物对土壤碳、氮含量、微生物数量和酶活性的影响[D].辽宁：沈阳农业大学，2011：25-26.

[2]部红建，常江，张自立，等.研究植物根系分泌物的方法[J].植物生理学通讯，2003，39（01）：1-2.

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[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，汪思龙.土壤团聚体形成与稳定机制及影响因素[J].土壤通报，2005，36（03）：415-421.

[7]张福锁.环境胁迫与植物根际营养[M].北京：中国农业出版社.1998.

[8]陈龙池，汪思龙.杉木根系分泌物化感作用研究[J].生态学报，2003（02）：4-6.

[9]洪常青，聂艳丽.根系分泌物及其在植物营养中的作用[J].生态环境，2003，12（04）：2-3.

作者简介：罗甜甜，在读硕士研究生，研究方向：自然地理；李权飞，本科学历，研究方向：自然地理。