周 瑋，周運(yùn)超

不同施肥處理對馬尾松幼苗及根際環(huán)境的影響

周 瑋1,2,3，周運(yùn)超3

（1. 貴州民族大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 ，貴州 貴陽 550025；2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550005；3. 貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

應(yīng)用原位顯色法研究了不同施肥處理下馬尾松幼苗根際pH值及Eh的變化。結(jié)果表明：施磷肥馬尾松幼苗苗木質(zhì)量較好，苗高、地徑分別達(dá)到8.08 cm及1.38 mm，根系發(fā)達(dá)，側(cè)須根較多，根表面積大，且施磷肥根際土壤pH值變化較大，變化范圍寬，下降快，10 h時(shí)從6.0下降到5.2，關(guān)于MnO2的Eh變化不明顯；而施氮肥則相反，苗木質(zhì)量較差，側(cè)須根不發(fā)達(dá)，主根長，為7.47 cm，根表面積小，pH值變化范圍窄，變化緩慢，高錳酸鉀顯色法研究結(jié)果表明施氮肥苗木根際范圍內(nèi)褪色，為還原態(tài)。

馬尾松幼苗； 根系； 根際環(huán)境； 施肥； 影響

植物的生長狀況在很大程度上取決于根系的生長，而根系的生長狀況又直接受它所處的環(huán)境——根際的影響，其中根際pH值是根際微環(huán)境中比較活躍的因子之一[1]。根際pH值的變化，決定著根際土壤中各種礦質(zhì)養(yǎng)分的化學(xué)和生物有效性，又對根系的生長、離子的吸收，重金屬元素毒害作用的忍耐，根系分泌物的組成和數(shù)量以及根際微生物群落的種類、數(shù)量和根際酶的活性等有著重要的影響。研究根際pH 值狀況，對于剖析根—土界面的理化環(huán)境、養(yǎng)分在根際的轉(zhuǎn)化和酶的再分布等都有著十分重要的意義。根系活動(dòng)引起根際氧化還原狀況的改變，使其明顯地不同于原土體。根際的氧化還原狀況與根際的生物活性和各種各樣的“根際效應(yīng)”有著密切的關(guān)系[2]，因此，研究根際的氧化還原狀況具有重要的作用。

苗木是造林的基礎(chǔ)，苗木質(zhì)量好壞直接影響到造林成活率,進(jìn)而影響到林木的生長量和造林效益。施肥技術(shù)是苗木培育過程中影響苗木質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一，影響苗木的根系生長，并且可以改變土壤的養(yǎng)分狀況。然而在植物的生長過程中，伴隨著離子的吸收、交換和代謝，植物根際pH 值、Eh發(fā)生變化。因此,筆者研究了不同施肥處理對馬尾松幼苗的根系、根際微環(huán)境的影響，研究結(jié)果對于苗期合理施肥以及林木施肥有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 供試苗木肥料

在塑料培養(yǎng)缽內(nèi)培育馬尾松幼苗，于2008年6月播種，播種前種子經(jīng)過消毒（0.15﹪福爾馬林液）及浸泡（40℃溫水浸泡2 h，濕藏24 h）催芽處理，培育苗木所需土壤采自貴州大學(xué)南校區(qū)松林坡，為第四紀(jì)粘土發(fā)育土壤，土壤采回后經(jīng)過篩、消毒（0.5﹪甲醛溶液）等處理。用氮、磷、鉀肥及不同的配合（即N、P、K、NP、NK、PK、NPK）作基肥于培養(yǎng)缽內(nèi)培育馬尾松苗木，同時(shí)設(shè)置對照，計(jì)8個(gè)處理。其中氮、磷、鉀肥分別為尿素（含 N 46%）、鈣鎂磷肥（含 P2O514%）、硫酸鉀(含 K2O 50%)，每公斤土中施氮肥（尿素）0.322 8 g，磷肥（鈣鎂磷肥）0.636 4 g，鉀肥（硫酸鉀）0.178 1 g。N、P、K的質(zhì)量比為1.6∶1∶1。每個(gè)處理種植3盆（即3個(gè)重復(fù)）。在出苗后的每月20日測定苗木的地徑及苗高，在不同時(shí)期（百日、6個(gè)月、12個(gè)月）取出幼苗，分析其根系的動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)進(jìn)行苗期的除草、間苗及防蟲等一系列苗期管理。試驗(yàn)所采用土壤為酸性土壤，pH 值為5.1，土壤較粘重(體積質(zhì)量為1.25 g/cm3)，有機(jī)質(zhì)含量中等（1.11 g/kg），氮含量高（全氮為0.23 g/kg，水解氮含量為160.4 mg/kg），磷含量較少（3.53 g/kg），特別是速效磷含量（僅為7.9 mg/kg），鉀含量也較少，全鉀為6.96 g/kg，速效鉀含量為102.2 mg/kg。

1.2 方 法

幼苗的苗高用卷尺測量，地徑用游標(biāo)卡尺測量，生物量直接烘干稱質(zhì)量。

根系形態(tài)指標(biāo)測定方法：應(yīng)用Epson數(shù)字化掃描儀(Expression 10000XL 1.0)對分級(jí)后的不同處理下根系進(jìn)行掃描，并將掃描后的圖像存入計(jì)算機(jī)，之后用與掃描儀配套的Win RHIZOC Pro 2004b根系圖像分析系統(tǒng)軟件(加拿大Regent Instruments公司)對各處理下根形態(tài)特征指標(biāo)進(jìn)行定量分析。主要測量指標(biāo)包括直徑、主根長、表面積、根尖數(shù)量。

根際pH值及Eh的測量采用的是原位顯色法。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松幼苗指標(biāo)

經(jīng)方差分析表明：不同肥種以及不同肥種的配合對苗木苗高、地徑、高/徑及生物量影響不顯著（p=0.12＞0），各處理間沒有明顯差異(p=0.09＞0) 。從表1中可以看出，施用氮肥對馬尾松苗木生長不利，與對照相比，施用氮肥及氮磷肥、氮鉀肥都不利于馬尾松苗木的苗高、地徑生長，特別是單施氮肥的質(zhì)量最低，苗木各項(xiàng)指標(biāo)均低于對照，說明在馬尾松育苗階段施用氮肥效果不明顯。施用磷、鉀肥及磷鉀肥混合施用可以有效地提高苗木的地徑、苗高及生物量，提高苗木質(zhì)量。特別是單施磷肥，苗木苗高、地徑分別達(dá)到8.08 cm及1.38 mm，明顯高于對照的6.53 cm、0.95 mm。而氮、磷、鉀肥按照1.6∶1∶1的比例混合施肥，則苗木各指標(biāo)低于單施磷肥及磷鉀肥混合施肥。從以上的分析結(jié)果可以看出，在馬尾松幼苗的培育過程中，在類似第四紀(jì)粘土發(fā)育形成土壤上為培育壯苗、優(yōu)苗最有效的措施就是施用磷肥。

2.2 馬尾松苗木根系

從表2可以看出，單施磷肥處理中苗木的主根長高于對照，低于其他施肥處理苗木，側(cè)根數(shù)最多，根表面積最大，苗木根系的吸收能力最強(qiáng)，有利于苗木更好地吸收水分及養(yǎng)分，促進(jìn)苗木地上部分生長，可能是因?yàn)镻是植物必須的大量元素之一，但是土壤中P含量相對較低，而且由于土壤中大多數(shù)P是以不溶于水的Ca、 Fe、 Al等無機(jī)鹽形式和有機(jī)P形式存在，土壤中P的活性很小，常常限制著植物的生長和發(fā)育，而施用磷肥則可以補(bǔ)充土壤中磷素的缺乏，在一定程度上增加了土壤中磷的供應(yīng)，從而促進(jìn)根系的生長。研究表明局部P養(yǎng)分供應(yīng)提高時(shí)，植物能夠快速調(diào)整細(xì)根的形態(tài)特征和生理功能[3]，以便能夠獲得在局部土壤斑塊中有限且有效的養(yǎng)分，維持自身的生理功能[4]。施磷鉀肥及氮磷鉀肥混合施用處理下苗木根系次之。在以上施肥處理中單施氮肥以及氮磷肥混合施用根系側(cè)根數(shù)最少，根表面積最小，根系生物量干重最小，說明施用氮肥不利于馬尾松苗木根系的生長，從而影響苗木地上部分生長。通常，N是林木生長的限制性養(yǎng)分[5]，但研究結(jié)果不盡一致，甚至相互對立。有研究結(jié)果認(rèn)為N有效性的增加會(huì)導(dǎo)致細(xì)根生產(chǎn)和生物量下降[6]，也有研究表明N有效性的提高使細(xì)根生產(chǎn)和生物量都增加[7]。而Son Y和Jae H[8]對日本落葉松Larix leptolepis進(jìn)行一年施氮肥處理研究發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)生長季，施肥處理的總細(xì)根生物量低于對照，施鉀肥則介于兩者之間。經(jīng)分析表明，各處理對苗木根系參數(shù)影響都不顯著，說明各種處理之間對苗木根系沒有明顯影響。

表2 苗木根系參數(shù)Table 2 The root of P. massoniana seedlings

2.3 根際pH值變化

表3是不同處理下在不同時(shí)間段的pH值的變化情況。表 3表明，不同施肥處理下的馬尾松幼苗根系能不同程度地降低土壤根際pH值，在48 h的研究中，不同施肥處理下馬尾松根際范圍內(nèi)pH值都從6.0降低到5.2。在7種不同的施肥處理中，與對照相比，施磷肥、鉀肥、磷鉀肥根際土壤pH值變化比較明顯，范圍較寬，最低值出現(xiàn)時(shí)間比對照晚，說明其變化較緩慢。氮磷鉀肥按照最佳比例混合施用[9]，pH值在10 h時(shí)與空白對照變化相同，到24 h后，比對照變化范圍寬。而施氮肥及氮磷肥變化較緩慢，且變化范圍較窄。施磷鉀肥、氮磷鉀肥以及不施肥對照pH值最低值出現(xiàn)在10 h時(shí)，其它處理則在24 h最低，變化最大。除施磷肥外，根際pH值在48 h后恢復(fù)到培養(yǎng)液最初的狀態(tài)，為6.0。

表3 不同處理下馬尾松幼苗根際土壤pH值變化Table 3 Rhizosphere pH value of P. massoniana seedlings under different treatments

表3顯示，施氮處理pH值變化較慢，在24 h后出現(xiàn)最低值，變化范圍最窄。主要是因?yàn)槭┑蕰?huì)影響馬尾松幼苗根系的生長，抑制其側(cè)須根的發(fā)育，從而影響根系的分泌能力，因?yàn)楦HpH值的變化是由于根系呼吸作用釋放CO2以及在離子的主動(dòng)吸收和根尖細(xì)胞伸長過程中分泌質(zhì)子和有機(jī)酸所致[10]。氮磷鉀混合施用除外，因?yàn)槠浒凑誑∶P∶K=1.6∶1∶1的最佳配比進(jìn)行施肥處理[9]。施磷處理則變化范圍較寬，變化快，在10 h出現(xiàn)最低值，24 h后變化范圍逐漸變窄，逐漸恢復(fù)。因?yàn)槭┝追屎笤谕寥乐兄仓晡樟椎闹饕嬖谛问绞荋2PO4-、HP[11]，而pH值與磷的各種酸根之間存在競爭關(guān)系的各種陰離子能與磷形成沉淀物的各種陽離子(如Ca、Fe和Al)決定著無機(jī)磷在土壤中的各種化學(xué)反應(yīng)過程[12]。且在本研究中，磷肥為鈣鎂磷肥，土壤中陽離子含量的提高，可能促進(jìn)了馬尾松根系對陽離子的吸收，造成植物體內(nèi)陰陽離子失衡，植物根系溢泌質(zhì)子，從而降低了根際pH值。本研究結(jié)果顯示，施用磷肥馬尾松根際pH值變化范圍寬，變化較快，造成根際酸化?？赡苁且?yàn)槭┯昧追誓軌虼龠M(jìn)馬尾松苗木根系的生長，側(cè)須根較發(fā)達(dá)，說明磷肥對根的生長有促進(jìn)作用[13-14]。根系的分泌及吸收能力增強(qiáng)。一方面，根系分泌的有機(jī)酸可能增強(qiáng)了根際土壤的酸化[15]；另一方面，增加磷酸酶的分泌[16]，增強(qiáng)了植物根系對土壤中磷素的吸收、利用。在酸性土壤上，F(xiàn)e與Al的氧化物和氫氧化物在磷吸附中起重大作用[17]，根系吸收的陽離子量大于陰離子量，造成離子吸收不平衡，使根系向根際土壤分泌質(zhì)子[15]，并且植物根系高效利用磷的生理方面的適應(yīng)性變化包括：根系分泌有機(jī)酸和質(zhì)子酸化土壤[18]，造成根際土壤酸化。另外，在酸性土壤中，施用化肥會(huì)加速土壤鈣、鎂等陽離子的淋溶，鹽基飽和度下降，造成土壤pH值下降，土壤酸化[19]。劉芷宇等[20]的研究表明有效提高林木生產(chǎn)力的原因之一，并且施用磷肥造成根際酸化也是馬尾松為增加根際磷的有效性而通過主動(dòng)過程來調(diào)整根際化學(xué)和微生物狀況的一種重要方式之一。

2.4 根際氧化還原電位

表4為不同的施肥處理下馬尾松幼苗根際氧化還原狀態(tài)的變化情況，亞甲基蘭顯色結(jié)果表明根際氧化還原狀態(tài)總的變化情況，包括鐵、錳、銅離子等難溶性離子；高錳酸鉀顯色法測定馬尾松幼苗根系對錳離子的氧化還原情況。從表4中可以看出，10 h，除不施肥對照外，其他的施肥處理在根際1 mm范圍內(nèi)變?yōu)闊o色，1 mm外為藍(lán)色，說明1 mm根際范圍內(nèi)為還原態(tài)，距根1 mm外為氧化態(tài)。在還原狀態(tài)下，鐵、錳等難溶解化合物溶解度增加，有利于植物的吸收。而不施肥對照處理則變化不明顯，處于氧化態(tài)，不利于馬尾松幼苗對難溶化合物的吸收、利用 。因?yàn)樵谑┓侍幚硐?，土壤根際酸化，特別是磷肥處理下，根系側(cè)須根發(fā)達(dá)，根系的分泌能力增強(qiáng)，分泌的有機(jī)還原性物質(zhì)也促進(jìn)土壤中難溶性離子的還原溶解[20]。而高錳酸鉀顯色法結(jié)果表明施氮肥處理下，馬尾松幼苗根尖1 mm范圍內(nèi)褪色，為還原態(tài)。其他施肥處理及不施肥對照沒有變化，仍處于氧化態(tài)。22 h后，變化穩(wěn)定。亞甲基蘭顯色法各種施肥處理下變色范圍變寬，不施肥對照只在側(cè)須根附近略有變化，因?yàn)閭?cè)須根是林木吸收養(yǎng)分、水分的重要器官，對外界的反映最敏感。高錳酸鉀顯色法研究結(jié)果表明，施用氮肥及單施鉀肥處理下根際1 mm范圍內(nèi)褪色，為氧化態(tài)，土壤中的錳離子由Mn3+變?yōu)镸n2+，MnO2的還原能力增強(qiáng)，有利于植物吸收錳離子。施用磷肥則無顏色變化，為氧化態(tài)，說明施磷肥不能促進(jìn)馬尾松幼苗吸收錳離子。不施肥對照變化不明顯。說明除施氮肥外，其它施肥處理下馬尾松苗木根系對土壤中二氧化錳沒有還原能力或者還原能力很弱。

表4 不同處理Eh變化Table 4 Rhizosphere Eh of P. massoniana seedlings under different managements

3 結(jié) 論

通過不同施肥處理下馬尾松幼苗根系及根際微環(huán)境的研究得出，施肥對馬尾松幼苗及幼苗根系各參數(shù)影響不明顯。單施磷肥幼苗質(zhì)量最好，根系發(fā)達(dá)，根表面積較大，吸收能力較強(qiáng)，根際pH值的變化快，變化范圍較寬；施氮肥及氮磷肥混合施用對馬尾松幼苗無明顯的促進(jìn)作用，苗木主根長，而側(cè)須根不發(fā)達(dá)，高/徑高，接近甚至低于對照，根際pH值下降緩慢，變化范圍較窄，根際范圍內(nèi)表現(xiàn)為明顯的還原態(tài)。施用鉀肥對馬尾松幼苗根系的作用效果不明顯，而氮磷鉀按照一定配比混合施用作用效果亦不明顯。

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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

國家“十一五”科技支撐課題（2006BAD24B0301）；國家科技成果轉(zhuǎn)比課題（2007GB2F200286）；貴州省特助人才課題(TZJF-2007年20號(hào))；貴州省農(nóng)業(yè)攻關(guān)課題（黔科合NY字20093066）及貴州省科學(xué)技術(shù)基金（黔科合J字[2011]2133號(hào)）

周 瑋（1982—），女，貴州盤縣人，博士，從事森林培育及森林生態(tài)研究；E-mail: zhwei1982802@126.com

周運(yùn)超（1964—），男，貴州興仁人，教授，博士生導(dǎo)師，從事森林土壤學(xué)研究：E-mail: fc.yczhou@gzu.edu.cn

[本文編校：謝榮秀]