于星辰 劉 倩 李春杰 朱 平 李海港，3? 張福鎖

（1 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/植物-土壤相互作用教育部重點實驗室，北京 100193）（2 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，長春 132000）（3 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，呼和浩特 010011）

大量研究表明，根際過程能促進土壤無機磷的活化［1-3］。缺磷脅迫促使植物進化形成了各種生理適應(yīng)機制來活化、吸收土壤難溶性無機磷。生理適應(yīng)機制包括根系有機酸陰離子的分泌、根際酸化等［4-5］。低磷脅迫增加了番茄（Lycopersicon esculentum L.）、鷹嘴豆（Cicer arietinum L.）和白羽扇豆（Lupinus albus L.）根系的質(zhì)子分泌［6］。生長在鈣質(zhì)土壤上的蠶豆（Vicia faba L.）能夠降低根際pH，而玉米（Zea mays L.）根際pH變化不明顯［7］。根系所分泌的有機酸陰離子主要包括檸檬酸、蘋果酸、草酸、琥珀酸等［8］。有機酸陰離子通過基團置換、溶解作用和占據(jù)磷吸附位點來增加土壤無機磷的生物有效性［6,9］。而這些根際過程對土壤有機磷礦化的影響尚缺乏系統(tǒng)研究。

我國耕作土壤有機磷占土壤全磷的25%～56%，東北黑土可達70%以上［10］，是作物吸收磷素的重要來源。土壤有機磷必須經(jīng)過礦化作用分解為無機態(tài)磷酸根離子才能被根系所利用［11］。土壤有機磷的礦化作用分為兩步：1）有機磷從土壤礦物上解吸進入土壤溶液；2）土壤溶液中的有機磷被磷酸酶分解為無機態(tài)磷酸根離子［11］。有機磷在土壤中的吸附過程與無機磷相似。根系有機酸陰離子和質(zhì)子的分泌促進了有機磷在土壤中的解吸，這是有機磷礦化的前提。酸性磷酸酶是土壤有機磷礦化所需要的一種水解酶，是土壤有機磷礦化過程的決定物質(zhì)。根際酸性磷酸酶主要來自于植物根系和根際微生物的分泌作用等［12］。缺磷脅迫顯著增加了植物根際酸性磷酸酶活性，促進了土壤有機磷的礦化［13-14］。此外，土壤有機磷也可能通過提高底物濃度而促進礦化作用的進行。

玉米和蠶豆是我國重要的糧食作物和豆科作物，對低磷土壤具有很強的生理適應(yīng)特性［15］。因此，研究玉米和蠶豆根際過程對有機磷礦化的影響，對于有機磷高效利用有重要意義。本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)和田間試驗相結(jié)合的方法，擬定量分析根際過程和有機磷濃度對土壤有機磷礦化的促進作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與試驗材料

試驗所用土壤取自吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院公主嶺市肥料長期定位試驗田（124°48′33.9″E，43°30′23″N），該地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，地勢平坦，海拔220 m，年均氣溫4～5℃，年最高溫度3 4 ℃，年最低溫度-3 5 ℃，無霜期125～140 d，有效積溫2 600～3 000℃，年降水量450～600 mm，年蒸發(fā)量1 200～1 600 mm，年日照時數(shù)2 500～2 700 h，土壤類型為黑土。原始土壤pH為7.6，有機質(zhì)23.3 g·kg-1，全氮1.40 g·kg-1，全磷0.61 g·kg-1，全鉀18 g·kg-1，堿解氮124.7 mg·kg-1，有效磷（Olsen-P）11.8 mg·kg-1，速效鉀158.3 mg·kg-1。

試驗始于1 9 8 7 年，試驗處理主要包括①對照（CK，不施肥，種植作物）；②施用氮磷鉀（NPK）；③施用氮磷鉀+秸稈還田（NPKS）；④施用氮磷鉀+有機肥（NPKM）。處理②、④按等氮量投入原則設(shè)計，其中施有機肥處理④，有機氮和無機氮的比例為7∶3。有機肥和秸稈為一年施用一次，于第一茬作物播種前作基肥施用。每季作物的磷、鉀肥均作為基肥施用，氮肥作基肥一次性施用或追肥分次施用。有機肥料（M）多為豬糞（約為23 t·hm-2），其養(yǎng)分含量為：N5 g·kg-1，P2O54 g·kg-1，K2O 4.9 g·kg-1。還田的秸稈（S）為玉米秸稈（7.5 t·hm-2），玉米秸稈的養(yǎng)分含量為：N 7 g·kg-1，P2O51.6 g·kg-1，K2O 7.5 g·kg-1?；蕿槟蛩兀ê琋 460 g·kg-1）、磷酸二銨（含P2O5460 g·kg-1、N 18 g·kg-1）和氯化鉀（含K2O 62 g·kg-1）。NPK處理化肥施用量為N165 kg·hm-2、P2O582.5 kg·hm-2和K2O 82.5 kg·hm-2；NPKS處理化肥施用量為N112 kg·hm-2、P2O582.5 kg·hm-2、K2O 82.5 kg·hm-2和秸稈7.5 kg·hm-2；NPKM處理化肥施用量為N50 kg·hm-2、P2O582.5 kg·hm-2、K2O 82.5 kg·hm-2和有機肥23 kg·hm-2［10］。四個處理土壤的基本理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 溫室盆栽試驗

溫室盆栽試驗在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院玻璃溫室進行。所用土壤取自上述肥料長期定位試驗中的不施肥（CK）與施用氮磷鉀+有機肥（NPKM）兩個處理，取樣深度為0～20 cm，所取土壤自然風(fēng)干，磨細，過2 mm篩。

表1 四個處理土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic soil properties of the four treatments

試植物為玉米（Zea mays L. cv. L224）和蠶豆（Vicia faba L. cv. Lincan No.2）。種子用10%H2O2浸泡種子30 min滅菌，用蒸餾水充分洗凈后，在飽和CaSO4溶液中浸泡24 h催芽，期間換一次溶液，然后將種子鋪在濕潤的濾紙上，在25°C培養(yǎng)室中避光發(fā)苗2～3 d，待胚根長出1 cm左右時，將種子移入根墊裝置內(nèi)培養(yǎng)。移苗后，所有幼苗在水培裝置下培養(yǎng)1個月，所用根墊裝置如圖1A（直徑10 cm的聚氯乙烯（PVC）管），此時用的營養(yǎng)液為全營養(yǎng)液，每3天更換一次，pH用NaOH和H2SO4溶液調(diào)至6.0～6.5；待根系能夠覆蓋10 cm直徑范圍時，將其放置根墊土壤如圖1B，此時營養(yǎng)液為無磷營養(yǎng)液（不加KH2PO4），土壤層與營養(yǎng)液之間用濾紙條連接，用于輸送營養(yǎng)液。根墊裝置中的土壤即為根際土［2］。每個處理設(shè)四次重復(fù)，培養(yǎng)15 d后收獲。營養(yǎng)液配方為（mol·L-1）：C a(N O3)2，2×1 0-3；K2S O4，0.7 5×1 0-3；MgSO4，0.65×10-3；KCl，0.1×10-3；KH2PO4，0.25×10-3；H3BO3，10×10-6；ZnSO4，1.0×10-6；MnSO4，1.0×10-6；CuSO4，0.1×10-6；(NH4)6Mo2O24，0.005×10-6；Fe-EDTA，0.2×10-3。

圖1 根墊裝置 （A：全營養(yǎng)液培養(yǎng)；B：無磷營養(yǎng)液培養(yǎng)）Fig. 1 Root mat device(A:Culture in complete nutrient solution； B: Culture in nutrient solution without phosphorus)

作物生長45 d后，分別收獲為地上部與根系，洗凈后，105℃殺青30 min，然后在65℃烘干至恒重，稱重。同時，取新鮮土壤樣品置于盛有25 mL 0.2 mmol·L-1CaCl2的離心管中，振動、混勻，提取作為根際土壤提取液，此離心管中的提取液用于土壤pH、有機酸陰離子和酸性磷酸酶活性的測定［16］。取5 mL左右兩份提取液，裝入5 mL離心管中，其中一份滴加2滴濃磷酸防止微生物分解，并保存于-20℃冰柜中，用于有機酸陰離子測定，另一份直接放入4℃冰箱，用于酸性磷酸酶活性測定。土壤樣品自然風(fēng)干后，測定土壤有機磷含量。

1.3 田間原位試驗

取吉林公主嶺長期定位試驗點的四個施肥處理：對照不施肥（CK）、單施氮磷鉀（NPK）、氮磷鉀+秸稈（N P K S）及氮磷鉀+有機肥（NPKM）中的直播玉米（Zea mays L. cv. Zhengdan 958）進行根際過程的測定。試驗田的種植方式為玉米-玉米，一年一熟連作。

玉米生長至第45天時，整株收獲，取樣。根系從土壤中取出后，抖掉多余的土壤，緊緊附著在根系上的土壤被看作是根際土。剪下幾條根系，將附有根際土的根系浸入25 mL 0.2 mmol·L-1CaCl2離心管中，輕輕搖動，收集液用于根際過程的測定，測定方法同上。

1.4 測定項目與方法

植株磷含量測定：植物材料用100 g容量粉碎機粉碎后，用濃H2SO4-H2O2消煮，消煮液的磷濃度用釩鉬黃比色法測定［16］。

土壤p H 的測定及校正：提取液的p H 由裝配有玻璃復(fù)合電極的pH計（Sartorius PB-10，G?ttingen，德國）測定。因土壤提取液的水土比不同，測得pH需經(jīng)過校正。用一系列不同水土比（1、2.5、4、7、10、20、30、60）條件下測得的土壤pH進行模擬，選擇顯著性系數(shù)最高的方程為校正的模擬方程（表2），校正為水土比為2.5∶1的標(biāo)準(zhǔn)pH。校正后的pH認為是根際pH。

表2 校正pH的模擬方程Table 2 Simulation equation to modify pH

根際酸性磷酸酶活性測定：酸性磷酸酶活性的測定采用酶標(biāo)法［16］：取土壤懸濁液2 mL與2 mL 50 mmol·L-1醋酸鈉緩沖液（pH=5.2）混勻，采用12×8（96 孔）、300 μL微孔的酶標(biāo)板（Whatman Inc., Florham Park, NJ），每豎排8個孔內(nèi)為同一樣品，測定時進樣8次。每個樣品有以下三類加樣：樣品待測液加底物（4-MUBphosphate（4-甲基傘形酮磷酸酯））、待測液加標(biāo)準(zhǔn)底物（4-MUB，4-methylumbelliferyl（4-甲基傘形酮））、待測液加緩沖液。每孔內(nèi)加待測液200 μL，加底物或緩沖液50 μL，最后再設(shè)陰性對照（緩沖液加底物）和參比標(biāo)準(zhǔn)（緩沖液加標(biāo)準(zhǔn)底物），每個處理均為四次重復(fù)。在30℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)4 h，再由光譜掃描多功能讀數(shù)儀（Thermo Scientific Varioskan Flash，賽默飛世爾科技）測定，Thermo Scientific SkanIt軟件控制操作，酶活性以nmol·h-1·g-1為單位。

有機酸陰離子的測定：根際提取液中的有機酸用高壓液相色譜（HPLC）測定。高壓液相色譜以離子壓縮模式分析測定根分泌物中的有機酸陰離子。分析條件如下：250 mm× 4.6 mm反相色譜柱（Alltima C-18，Alltech，Deerfield，IL，美國）；流動相為25 mmol·L-1KH2PO4（pH =2.5）；流速為1 mL·min-1；柱溫為28℃；檢測波長為：214 nm；樣品的注射體積為20 μL。所有樣品測定前均過0.45 μm 濾膜。HPLC通過不同組分在色譜柱上保留時間和標(biāo)準(zhǔn)曲線來定性和定量檢測樣品的成分及含量。

土壤有機磷測定：在馬福爐中550℃高溫灼燒土壤樣品1 h，然后與未經(jīng)灼燒的土壤樣品一起，用0.2 mol·L-1硫酸（1/2H2SO4）浸提后用鉬銻抗比色法測定磷含量，灼燒的與未灼燒的差值即為有機磷含量［16］。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

用SAS 8.1分析試驗數(shù)據(jù)。最小顯著差異法（LSD）進行顯著性檢驗，顯著水平為0.05。

2 結(jié) 果

2.1 施肥對植株生物量和磷含量的影響

盆栽試驗中，玉米、蠶豆的地上部和根系干重在處理間無顯著差異（圖2A）。在CK和NPKM處理中玉米根冠比均為0.25，分別顯著高于相應(yīng)處理中的蠶豆（0.08和0.07）（圖2B）。

施肥處理未顯著影響玉米地上部及根系的磷濃度（圖3A）。蠶豆的地上部磷濃度對土壤肥力也無顯著響應(yīng)，但是施肥處理提高了蠶豆根系的磷濃度，NPKM處理的蠶豆根系磷濃度較CK處理高57.6%（圖3B）。

2.2 施肥對根際pH和酸性磷酸酶活性的影響

CK處理的玉米根際pH為7.07，顯著高于空白土壤0.09個單位。CK處理的蠶豆根際pH與空白土壤無顯著差異（圖4）。NPKM處理的空白土壤pH與玉米根際pH間無顯著差異，但NPKM處理的蠶豆根際pH為7.32，顯著高于空白土壤0.11個單位，并且較玉米根際土壤高0.09個單位。

圖2 溫室培養(yǎng)條件下玉米和蠶豆的地上部和根系的生物量（A）以及根冠比（B）Fig. 2 Dry weight of shoot and root (A) and root/shoot ratio (B) of maize and faba bean in greenhouse

圖3 溫室培養(yǎng)條件下玉米（A）和蠶豆（B）植株磷濃度Fig. 3 Phosphorus concentrations in shoot and root of maize (A) and faba bean (B) in greenhouse

圖4 溫室培養(yǎng)條件下根際pH (A)與變化量(B)Fig. 4 Rhizosphere pH (A) and variation (B) between treatments in greenhouse

表2 校正pH的模擬方程Table 2 Simulation equation to modify pH

圖5 長期定位試驗點玉米根際與非根際土壤pH（A）與酸性磷酸酶活性（B）Fig. 5 Soil pH (A) and acid phosphatase activities (B) in rhizosphere and non-rhizosphere soil in a long-term experiment

NPKS Y = 7.776x0.018 7 R2 = 0.72 NPKM Y = 7.21x0.006 5 R2 = 0.65

根際酸性磷酸酶活性測定：酸性磷酸酶活性的測定采用酶標(biāo)法［16］：取土壤懸濁液2 mL與2 mL 50 mmol·L-1醋酸鈉緩沖液（pH=5.2）混勻，采用12×8（96 孔）、300 μL微孔的酶標(biāo)板（Whatman Inc., Florham Park, NJ），每豎排8個孔內(nèi)為同一樣品，測定時進樣8次。每個樣品有以下三類加樣：樣品待測液加底物（4-MUBphosphate（4-甲基傘形酮磷酸酯））、待測液加標(biāo)準(zhǔn)底物（4-MUB，4-methylumbelliferyl（4-甲基傘形酮））、待測液加緩沖液。每孔內(nèi)加待測液200 μL，加底物或緩沖液50 μL，最后再設(shè)陰性對照（緩沖液加底物）和參比標(biāo)準(zhǔn)（緩沖液加標(biāo)準(zhǔn)底物），每個處理均為四次重復(fù)。在30℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)4 h，再由光譜掃描多功能讀數(shù)儀（Thermo Scientific Varioskan Flash，賽默飛世爾科技）測定，Thermo Scientific SkanIt軟件控制操作，酶活性以nmol·h-1·g-1為單位。

有機酸陰離子的測定：根際提取液中的有機酸用高壓液相色譜（HPLC）測定。高壓液相色譜以離子壓縮模式分析測定根分泌物中的有機酸陰離子。分析條件如下：250 mm× 4.6 mm反相色譜柱（Alltima C-18，Alltech，Deerfield，IL，美國）；流動相為25 mmol·L-1KH2PO4（pH =2.5）；流速為1 mL·min-1；柱溫為28℃；檢測波長為：214 nm；樣品的注射體積為20 μL。所有樣品測定前均過0.45 μm 濾膜。HPLC通過不同組分在色譜柱上保留時間和標(biāo)準(zhǔn)曲線來定性和定量檢測樣品的成分及含量。

圖6 溫室培養(yǎng)條件下根際酸性磷酸酶活性（A）土壤有機磷含量（B）

圖7 長期定位試驗點玉米根際蘋果酸陰離子濃度Fig. 7 Rhizosphere malate concentration in maize in a longterm experiment in Gongzhuling

土壤有機磷測定：在馬福爐中550℃高溫灼燒土壤樣品1 h，然后與未經(jīng)灼燒的土壤樣品一起，用0.2 mol·L-1硫酸（1/2H2SO4）浸提后用鉬銻抗比色法測定磷含量，灼燒的與未灼燒的差值即為有機磷含量［16］。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

用SAS 8.1分析試驗數(shù)據(jù)。最小顯著差異法（LSD）進行顯著性檢驗，顯著水平為0.05。

2 結(jié) 果

2.1 施肥對植株生物量和磷含量的影響

盆栽試驗中，玉米、蠶豆的地上部和根系干重在處理間無顯著差異（圖2A）。在CK和NPKM處理中玉米根冠比均為0.25，分別顯著高于相應(yīng)處理中的蠶豆（0.08和0.07）（圖2B）。

施肥處理未顯著影響玉米地上部及根系的磷濃度（圖3A）。蠶豆的地上部磷濃度對土壤肥力也無顯著響應(yīng)，但是施肥處理提高了蠶豆根系的磷濃度，NPKM處理的蠶豆根系磷濃度較CK處理高57.6%（圖3B）。

2.2 施肥對根際pH和酸性磷酸酶活性的影響

CK處理的玉米根際pH為7.07，顯著高于空白土壤0.09個單位。CK處理的蠶豆根際pH與空白土壤無顯著差異（圖4）。NPKM處理的空白土壤pH與玉米根際pH間無顯著差異，但NPKM處理的蠶豆根際pH為7.32，顯著高于空白土壤0.11個單位，并且較玉米根際土壤高0.09個單位。

田間試驗中，CK處理的玉米根際和非根際土壤pH顯著高于施肥處理（NPK、NPKS、NPKM）

溫室培養(yǎng)條件下，C K 處理玉米的根際酸性磷酸酶活性較空白土壤高1 9.7 n m o l·h-1·g-1（P＜0.05），但NPKM處理的根際酸性磷酸酶活性與空白土壤無顯著差異（圖 6A）。CK處理的蠶豆根際酸性磷酸酶活性與空白土壤無顯著差異，但顯著低于玉米根際酸性磷酸酶活性。NPKM處理的蠶豆根際磷酸酶活性為29.4 nmol·h-1·g-1，分別高于空白土壤和玉米根際土磷酸酶活性89.7%和93.4%。NPKM處理的土壤有機磷濃度顯著高于CK處理（圖6B）。CK處理的土壤有機磷濃度范圍為214～218 mg·kg-1，較NPKM處理低了103%～171%。CK處理的玉米、蠶豆根際土與空白土有機磷含量無差異。NPKM處理有機磷在根際出現(xiàn)了耗竭，玉米和蠶豆分別耗竭了138和86 mg·kg-1有機磷。

2.3 施肥對根際有機酸陰離子的影響

溫室培養(yǎng)條件下的玉米和蠶豆根際中有機酸陰離子種類有酒石酸陰離子和蘋果酸陰離子（表3）。CK處理空白土壤中未檢測到酒石酸陰離子，但NPKM處理中有大量的酒石酸陰離子。NPKM中的玉米根際酒石酸陰離子濃度高于CK處理77.0%（P＜0.05）。CK處理與NPKM處理的蠶豆根際酒石酸陰離子濃度無顯著性差異。在CK處理的空白土壤中檢測到了蘋果酸陰離子，而NPKM處理中無蘋果酸陰離子。CK處理和NPKM處理的玉米根際中均未檢測到蘋果酸陰離子。NPKM處理的蠶豆根際中存在蘋果酸陰離子，CK處理中未發(fā)現(xiàn)蘋果酸陰離子。

田間的玉米根際有機酸種類主要為蘋果酸陰離子（圖7）。NPKM處理的根際土壤中蘋果酸陰離子含量高于CK處理3.57倍（P＜0.05）。CK、NPK、NPKS處理的根際土壤中蘋果酸陰離子含量無顯著差異。

3 討 論

（圖 5A）。不同施肥處理顯著影響了非根際土壤pH，長期施用化肥，顯著降低了非根際土壤pH。玉米根際存在明顯酸化現(xiàn)象，與非根際土相比，各處理根際土壤pH下降了0.3～0.51 個單位。NPK處理的根際土和非根際土pH顯著低于其他處理。NPKS處理的根際土壤pH與NPKM處理無顯著差異，但NPKS處理的非根際土壤pH顯著高于NPKM處理。田間玉米根際酸性磷酸酶活性顯著高于非根際土壤（圖 5B），CK、NPK、NPKS、NPKM處理根際土酸性磷酸酶活性分別是非根際土的10.4倍、12.1倍、20.6倍和27.6倍。非根際土和根際土各施肥處理的酸性磷酸酶活性無明顯差異。

3.1 缺磷對生物量與植株磷濃度的影響

已有研究表明，玉米和蠶豆生長受限制的臨界地上部磷濃度分別為2.0和1.4 mg·g-1［17］。根墊試驗中玉米和蠶豆的地上部磷濃度均大于臨界濃度（圖3），說明試驗過程中作物未受到缺磷脅迫?？赡茉蚴乔捌谧魑镌诤谞I養(yǎng)液中吸收了足夠的磷，在缺磷營養(yǎng)液中的生長期短（15 d），不足以使地上部磷濃度降至臨界濃度之下。因此，玉米和蠶豆的地上部生物量在CK處理和NPKM處理間無顯著差異。田間土壤有效磷濃度大于20 mg·kg-1時，土壤供磷能力能夠滿足作物高產(chǎn)的磷需求［18-20］。本田間試驗的黑土N P K、N P K M、NPKS處理的土壤有效磷濃度均大于20 mg·kg-1（表1），說明生長在以上處理中的玉米未受到缺磷脅迫，而CK處理中玉米根際的有效磷含量僅有11.8 mg·kg-1，可見玉米的生長受到缺磷脅迫。

3.2 根際過程對土壤有機磷的影響

土壤pH是影響有機磷形態(tài)轉(zhuǎn)化與有效性的重要因素之一。土壤有機磷礦化的關(guān)鍵限速因子是土壤溶液中有機磷的濃度，即磷酸酶底物的濃度。植物可以通過改變根際pH來促進有機磷溶解或解吸，提高土壤溶液中有機磷的濃度［21］。本研究根際pH改變最高僅為0.11單位，不足以明顯增加土壤溶液中有機磷的濃度。田間玉米根際土壤pH均明顯低于非根際土，可能是由于取樣期間的作物生長快，對土壤陽離子的吸收量高于陰離子，為平衡體內(nèi)電荷，根系向根際分泌了大量質(zhì)子，從而降低了根際pH，有利于土壤有機磷從土壤礦物中解吸和溶解，從而可能增加土壤溶液中有機磷的濃度，促進土壤有機磷的礦化。

大量研究表明，缺磷植物根系會分泌有機酸陰離子活化土壤磷來改善植物的磷營養(yǎng)，如白羽扇豆（Lupinus albus L.）、油菜（Brassica napus L.）、蠶豆（Vicia faba L.）［15］等。由于土壤有機磷與無機磷在化學(xué)特性上具有相似性，土壤有機酸陰離子對土壤有機磷的活化作用與無機磷類似，其機理是：（1）有機酸陰離子可通過競爭磷酸根的結(jié)合位點，改變吸附劑表面電荷，消除有機磷吸附位點；（2）有機酸陰離子通過與土壤中Fe、Al、Ca等金屬離子的絡(luò)合作用來釋放被其固定的有機磷［8,22］。根系分泌的有機酸陰離子會增加根際溶液中有機磷的濃度，通過提高底物濃度，促進磷酸酶對有機磷的酶解作用；分解出的無機磷酸根離子被植物根系吸收，降低了產(chǎn)物濃度，促進了酶解反應(yīng)的進行。根墊試驗中，即使NPKM處理的空白土壤有很高的有機酸陰離子濃度（表3），但由于無根系吸收作用，一方面會抑制酶解反應(yīng)的進行，另一方面，分解出的無機磷酸根離子會被微生物重新吸收，轉(zhuǎn)化為有機磷。田間玉米根際有機酸陰離子以蘋果酸為主（圖7），與其他作物相似，充足的磷供應(yīng)會促進玉米有機酸陰離子的分泌，與前人結(jié)論一致［17］，這可能與作物代謝水平有關(guān)。根際有機酸陰離子濃度的增加，促進了與土壤中吸附態(tài)有機磷的交換過程，提高了土壤中有機磷的濃度，從而有利于土壤有機磷的礦化。根墊試驗的玉米未檢測到蘋果酸，大田試驗檢測的主要是蘋果酸，可能的原因是根墊試驗中玉米分泌的蘋果酸被微生物作為碳源利用了，具體的機制有待于今后進一步分析。

根墊試驗的CK處理中玉米根際酸性磷酸酶活性顯著高于空白土壤（圖6）。由于玉米并未受到磷脅迫，酸性磷酸酶活性的增加可能歸因于缺磷土壤微生物的分泌作用［23］。NPKM處理中土壤有效磷水平很高，土壤微生物與玉米均不缺磷，因此，根際酸性磷酸酶活性與空白土壤相比無明顯的增加。與空白土壤相比，NPKM處理的蠶豆根際磷酸酶活性明顯增加（圖6A），這與以前研究不一致［24］，這可能歸因于蠶豆根系分泌物增加，使得土壤微生物的數(shù)量增加。田間玉米根際碳淀積對根際微生物的激發(fā)作用可能是根際酸性磷酸酶活性高于非根際土壤的原因［23］。根際酸性磷酸酶活性的增加有利于土壤有機磷的礦化。

根墊試驗的NPKM處理中玉米和蠶豆明顯耗竭了根際中的有機磷（圖6B）。這可能與作物根系對磷吸收及根際過程對有機磷的活化和分解有關(guān)。CK處理中玉米與NPKM處理中蠶豆的根際酸性磷酸酶活性相似，但與土壤有機磷的濃度變化并不一致。說明根際過程不是決定土壤有機磷礦化的唯一因素。土壤有機磷作為底物，其濃度也是控制有機磷礦化的主要原因之一。CK處理的土壤有機磷濃度低，可以進入土壤溶液中的有機磷數(shù)量相對于NPKM處理要少得多，因此，礦化作用缺少底物，與NPKM處理相比，其有機磷濃度并未發(fā)現(xiàn)明顯變化。在田間，長期施肥顯著增加了土壤有機磷的積累（表1），提高了礦化過程的底物濃度，而玉米的根際過程又有利于土壤有機磷的礦化，因此，玉米根際過程與土壤有機磷濃度共同調(diào)控了土壤有機磷的礦化過程。

根際過程控制有機磷酶解過程，并與土壤有機磷濃度一起決定礦化過程的底物供應(yīng)，因此，兩者共同調(diào)控了農(nóng)田土壤中有機磷礦化過程的速率。自20世紀80年代以來，大量有機肥和化肥的投入促進了作物的生長，有利于土壤有機磷的積累。由于作物根際過程和微生物過程的存在，使有機磷庫成為了土壤有效磷的潛在來源。

4 結(jié) 論

土壤有機磷的礦化不僅受根際過程的調(diào)控，而且受土壤有機磷濃度的影響。長期施肥促進了黑土中的有機磷積累，增加了礦化作用的底物濃度，從而有利于礦化作用的進行。田間玉米的根際過程增強了礦化作用，維持了根層土壤供磷強度。因此，構(gòu)建土壤高有機磷庫，選擇有機磷高效利用的作物品種，是維持黑土供磷能力、實現(xiàn)減磷增效的措施之一。