馬尾松根際pH變化及對土壤磷有效性的影響

潘小承　胡海波　王楠　白尚斌

摘要：測定野外現(xiàn)實林分中不同林齡（10、20、30年）馬尾松非根際土與根際土的pH值和不同濃度磷處理下馬尾松幼苗（1、2年）根際的pH值，探討馬尾松根際pH值、有效磷、全磷及不同濃度磷水平下馬尾松幼苗根際pH值的變化。結(jié)果表明：缺磷環(huán)境下，無論是控制實驗還是野外現(xiàn)實林分，馬尾松根際pH明顯比非根際土低，二者差異顯著，但不同林齡組間差異不明顯。隨供磷水平降低，幼苗根系使根際pH降低的能力加強(qiáng)。不同林齡馬尾松林土壤中的有效磷含量均較低，而根際土有效磷含量明顯高于非根際土，且與根際pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明根際pH降低有利于土壤難溶磷的活化，促進(jìn)磷有效性提高，是馬尾松活化土壤難溶磷的有效機(jī)制之一，有利于其在磷缺乏的土壤環(huán)境中正常生長。

關(guān)鍵詞：馬尾松；根際土；pH值；磷的有效性

磷是植物不可或缺的大量元素之一，在植物生長發(fā)育中起著十分重要的作用。但是土壤中磷元素極易被固定，在自然條件下磷大部分以難溶狀態(tài)存在，有效性低，常常限制著植物的生長和發(fā)育。研究植物對土壤中難溶性磷的利用機(jī)理，對合理利用各種潛在磷素資源，推動農(nóng)林業(yè)發(fā)展具有重要的意義。

1材料與方法

1.1幼苗根際pH測定

供試苗木及處理。以浙江臨安青山鎮(zhèn)正常生長的馬尾松一年生苗和二年生苗為研究對象，選取大小及規(guī)格一致的幼苗，在2017年4月初取出后用清水清洗苗木根部，用1%次氯酸鈣溶液進(jìn)行消毒，再用蒸餾水清洗3次后用于沙培。苗木培養(yǎng)。石英砂作為苗木培養(yǎng)基質(zhì)，先將石英砂洗凈，用6摩爾/升鹽酸浸泡24小時，用清水反復(fù)清洗至石英砂在水溶液中呈中性。然后將基質(zhì)裝入容積為0.03立方米聚乙烯塑料盆中，每盆3公斤。將經(jīng)過處理的幼苗移植盆中，2年生苗每盆植苗1株，1年生苗每盆植苗5株。以Hoagland培養(yǎng)液中KH₂PO₄的濃度梯度不同設(shè)計4個處理（下同）：正常營養(yǎng)液澆灌（每升1摩爾/升Hoagland培養(yǎng)液中加入1毫升KH₂PO₄）；缺磷營養(yǎng)液澆灌（KH₂PO₄為0）；低磷營養(yǎng)液（KH₂PO₄的濃度為正常營養(yǎng)液磷的50%）澆灌；高磷營養(yǎng)液（K H₂PO₄的濃度為正常營養(yǎng)液磷濃度的200%）澆灌。每個處理5盆，即為5個重復(fù)，共計40盆。不同磷濃度營養(yǎng)液處理培養(yǎng)一段時間后（室溫內(nèi)培養(yǎng)30天），移至瓊脂指示劑混合液的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，采用顯色法測定根際pH值。除磷濃度差異外，其他條件保持相同。其他營養(yǎng)元素采用Hoagland配方（克/升）：KNO₃：0.51；Ca（NO₃）₂·4H₂O：1.18；MgSO₄·7H₂O：0.49；微量元素（毫克/升）：H³BO³：2.86；CuSO⁴·5H²O：0.08；Z nSO₄·7H₂O：0.22；Mn Cl₂·4H₂O：1.81；H₂MoO₄：0.05；Fe-EDTA：20。pH調(diào)至5～6之間，每天下午4時澆一次Hoagland配方營養(yǎng)液，每次每盆澆100毫升。顯色測定。取100毫升含50毫克/公斤NH⁴⁺的培養(yǎng)液，加入1克瓊脂和1毫升0.6%的溴甲酚紫指示劑，加熱溶解，用稀HCl調(diào)節(jié)pH至6.0左右（呈紫紅色）。將瓊脂指示劑混合培養(yǎng)基倒入培養(yǎng)皿，冷卻凝固，將不同處理的馬尾松苗木用蒸餾水清洗去除根系表面黏附的砂粒，在濾紙上展開、吸干、反倒貼于培養(yǎng)基上。與標(biāo)準(zhǔn)指示劑瓊脂溶膠對比，讀取每種處理苗木根際pH值。

1.2野外現(xiàn)實林分土壤樣品采集與pH、有效磷測定

試驗地位于浙江臨安青山鎮(zhèn)（119°42′E，30°14′N），海拔100～400米，平均氣溫15.9℃，年均降雨量1613毫米，平均降雨日158天，降水明顯集中在春夏兩季，年平均日照時數(shù)1920小時，年無霜期237天，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，土壤類型為紅壤，地帶性植被為常綠闊葉林。于2017年5月取樣，按“S”形布點法選取同一等高線坡位（300米）上的10、20、30年林齡的有代表性的樣樹各3棵，在根部按不同方向選取3個取樣點，按剝落法采集根際土與非根際土，抖動5次，抖落下的土壤為非根際土，仍附在根表的土壤作為根際土，將根際土和非根際土分別混合，帶回實驗室，測定pH值、有效磷等數(shù)據(jù)。3個林齡樣地馬尾松的生長性狀和土壤理化性質(zhì)見表1。

土壤p H值和有效磷測定。水浸p H值測定采用電位法，土壤全磷用濃HClO₄和濃H₂SO₄消煮分光光度計比色法進(jìn)行測定，可溶性磷用Olsen法進(jìn)行測定。

2結(jié)果與分析

2.1不同濃度磷處理下馬尾松幼苗根際pH變化

對馬尾松幼苗觀察發(fā)現(xiàn)，1年生馬尾松幼苗顯色2小時后，4種不同處理的幼苗根尖顏色均開始發(fā)生變化。顯色12小時后，幼苗根尖和稍后部位根區(qū)的顏色均顯示由紫紅變黃，并且范圍逐漸變寬，說明其根系分泌了酸性分泌物。顯色24小時時顯色的區(qū)域范圍較寬且顏色加深，顯色36小時時以上現(xiàn)象趨于穩(wěn)定。2年生幼苗根部同樣出現(xiàn)以上的變化過程，但是變化范圍較寬，變化速度快，在24小時左右趨于穩(wěn)定。這種變化過程在新生根的周圍更加明顯，在根尖稍后的部位黃色最深，在根基部周圍顏色變化較弱。進(jìn)一步對根際pH值判讀發(fā)現(xiàn)，馬尾松幼苗能使根系周圍pH下降（見圖1、圖2）。1年生馬尾松幼苗在4種不同濃度磷處理下，在36小時顯色穩(wěn)定時，pH值均降至6.0以下，最低為4.41，最高為4.78，降低1.22～1.59個單位。2年生馬尾松幼苗在達(dá)到穩(wěn)定時，其根際p H值均在6.0以下，最低為4.45，最高為4.72，降低1.28～1.55個單位。缺磷處理下的根際p H值比高磷處理下的根際pH值都要低。表2與表3表明顯色穩(wěn)定時各處理問pH值差異明顯。

2.2馬尾松根際土壤磷有效性與pH值關(guān)系

從表4可以看出，無論10、20、30年生馬尾松根際土的p H值均低于非根際土，分別低0.25、0.4、0.31個單位，經(jīng)樣本t檢驗，根際土與非根際土pH值差異極顯著，表明現(xiàn)實林分中馬尾松根際確實存在酸化的現(xiàn)象。根際土有效磷均高于非根際土的有效磷，這說明有效磷在馬尾松根際集聚。而根際土全磷含量比非根際土的全磷含量低，說明根際具有活化磷的能力和機(jī)制。

3討論與結(jié)論

通常情況下，植物在磷脅迫條件下，會通過根系活動調(diào)節(jié)pH來適應(yīng)土壤缺磷環(huán)境。本研究發(fā)現(xiàn)，不同林齡馬尾松幼苗在缺磷處理下根際p H均降，及不同林齡馬尾松根際土pH均顯著低于非根際土，這與多數(shù)研究的結(jié)論較為一致。在缺磷條件下，植物釋放出大量的有機(jī)酸，包括檸檬酸、琥珀酸、草酸、蘋果酸、酒石酸等，這些物質(zhì)均在不同程度上引起根際酸化，導(dǎo)致pH降低。不同樹種遺傳特性和代謝機(jī)理存在差異，其根際十壤DH與非根際土壤狀況也不同。杉木、火炬松、云南松等樹種其根際土壤p H低于非根際土壤，而栓皮松、水曲柳等樹種則表現(xiàn)例外。落葉松人工林除近熟林外其他年齡階段均為根際土壤pH值高于非根際土壤，近熟林根際土壤的p H值低于非根際，兩者差異顯著。毛竹根際土壤p H值要比非根際高。說明根際pH降低，是一種誘導(dǎo)性根系適應(yīng)機(jī)制。

土壤pH值降低，有利于難溶性Ca-P的溶解、轉(zhuǎn)化，提高其有效性。本研究結(jié)果表明，不同林齡馬尾松林土壤中的有效磷含量都很低，而根際土有效磷含量明顯高于非根際土，且與根際pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明隨著供磷水平的降低，其根際pH降低的能力加強(qiáng)，相比其他植物馬尾松降低根際pH的能力更強(qiáng)。pH降低有利于土壤難溶磷的活化，促進(jìn)磷有效性提高。土壤溶液中磷的濃度在很大程度上取決于磷酸鐵、鋁鹽、磷酸鈣鹽的溶解度，pH值下降，促使磷酸鈣礦物上的磷酸根釋放。不同林齡馬尾松林土壤中的有效磷含量都很低，而根際土有效磷含量明顯高于非根際土，這也表明馬尾松具有適應(yīng)低磷土壤，活化難溶磷的能力，有利于其在磷缺乏的土壤環(huán)境中生長。另外，馬尾松對土壤缺磷的適應(yīng)機(jī)制可能是幾方面共同作用的結(jié)果，如馬尾松菌根真菌在磷活化中也起到重要重用，作者將在另文中進(jìn)行進(jìn)一步研究和探討。