毛竹鞭根根际与非根际土壤养分含量特征

孟 勇， 刘三才， 艾文胜， 杨 明， 胡 伟 ，李美群， 涂 佳 (.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 40004； .攸县林业局， 湖南 攸县 4300)

毛竹鞭根根际与非根际土壤养分含量特征

孟 勇1， 刘三才2， 艾文胜1， 杨 明1， 胡 伟1，李美群1， 涂 佳1
(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.攸县林业局， 湖南 攸县 412300)

以毛竹鞭根根际和非根际土壤为研究对象，研究不同生长期竹鞭根际与非根际土壤养分含量。结果表明：毛竹鞭根根际土壤pH值、水解氮、速效钾、有效磷含量明显高于非根际土壤，其中pH值平均提高0.82、水解氮含量平均提高111.63 mg/kg、有效磷含量平均提高0.57 mg/kg、速效钾含量平均提高92.33 mg/kg；毛竹鞭根根际与非根际土壤有效锌、有效铜、有效硼含量差异不显著。毛竹鞭根根际土壤水解氮和速效钾含量在不同生长期存在显著差异，表现为在行鞭期较高，在孕笋期和出笋期偏低。

毛竹； 鞭根； 根际土壤； 养分含量

竹林根系是竹林地下系统和土壤的动态界面，肩负着吸收土壤水分和矿质营养的重要使命，是竹林和土壤之间资源和信息交流的唯一通道[1]。毛竹地下根系主要包括竹株根系和竹鞭根系，竹株根系由支撑根(竹根)及其各级支根组成，鞭系则由横走地下、相互连接的竹鞭(地下茎)以及着生在上面的鞭根和各级支根组成。鞭根根系是毛竹吸收土壤水分、养分的重要器官，研究表明，毛竹鞭根根系生物量、长度、体积分别是竹株根系的1.55、2.86和1.80倍，总表面、活跃表面积分别是竹株根系的2.29倍和2.25倍[1]。根际是受植物根系活动影响，在物理、化学和生物学特性上不同于原土体的特殊土壤微区，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[2-4]。根际土壤直接影响毛竹的生长，因此对毛竹根际土壤进行系统研究显得尤为重要。目前，关于毛竹根际土壤养分主要集中在竹根区。徐秋芳等[5]对2年生毛竹根际土壤的化学性质分析表明，毛竹根际土壤酸度明显较全土弱，根际土壤交换性氢和交换性铝比全土低，根际土壤含有较丰富的水解氮、有效磷及交换性钾、钙等；对毛竹竹根区土壤微生物数量和酶活性进行研究，结果表明，毛竹竹根区土壤细菌、真菌数量以及过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶的活性明显高于林间土，Ⅰ、Ⅱ度竹竹根区细菌数量多于Ⅲ度竹，Ⅱ度竹竹根区真菌数量显著多于Ⅰ、Ⅲ度竹根区，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹竹根区之间3类酶的活性无明显差异[6]。张文元[2]对不同生长阶段毛竹根际土壤化学性质和酶活性变化规律进行研究，结果表明，毛竹根际土壤有机质含量、N含量、有效N含量、全P含量、磷酸酶活性、蛋白酶活性随毛竹生长而增长。不同生长阶段毛竹根际土壤综合因子得分排列顺序为：成竹期>Ⅳ度>Ⅲ度>Ⅱ度>Ⅰ度。目前，关于毛竹鞭根区根际土壤养分的研究较少，本文以毛竹竹鞭在不同生长期的根际土壤为研究对象，研究毛竹鞭根区根际与非根际土壤养分变化规律，以期为竹林科学施肥、促进竹林的可持续发展提供一定的数据支持。

1 研究区概况

试验地位于湖南省长沙市望城区原佳村乌山林场，该区属中亚热带季风湿润气候区，气候温和，热量丰富，年平均气温17 ℃，降水量1370 mm，日照1610 h，无霜期274天，日均温≥10 ℃的活动积温5376.9 ℃，1月平均气温为4.4 ℃，7月平均气温为30 ℃。

2 研究方法

2.1土壤样品采集

在毛竹林中设置3个50 m×50 m的固定采样区，于孕笋期(2014年9月)、出笋期(2015年1月)、行鞭期(2015年4月)分别在采样区中采集土壤样品。在每个采样区采用S形均匀选择取样点，在取样点周围挖开土壤找到竹鞭，确定竹鞭年龄并用利铲铲断竹鞭，刨开竹鞭两侧外围40 cm处土壤并小心取出鞭段。轻轻抖动鞭段，落下的土壤为非根际土壤，用枝剪从鞭段上剪下鞭根，轻轻抖动后仍附着在根系上的土壤为根际土壤，用毛刷收集到样品袋保存。采用多点混合采集样品。非根际土壤样品过多时，混合并采用四分法选取土壤样品。

2.2土壤样品测定

样品经风干、去杂、过筛后测定土壤含水率、有机质、水解氮、有效磷、速效钾、有效锌、有效铜、有效硼，参照土壤分析技术规范(2006)对土壤各指标进行检验[7]。

2.3数据分析

应用Excel 2003和SPSS 13.0统计软件对测定数据进行整理与分析。

3 结果与分析

3.1毛竹鞭根根际与非根际土壤养分含量变化

土壤酸碱度对土壤微生物的活动、土壤养分的有效性以及土壤物理性质等方面都有很大的影响。土壤氮、磷、钾、钙、镁、硫等主要养分元素在pH6～8之间时有效养分含量最多[8]。根际土壤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[9]。由表1可知，试验区毛竹林非根际土壤pH在4.7至4.8之间，毛竹鞭根根际土壤pH值平均值为5.58，极显著高于非根际土壤(P=0.000<0.01)，平均提高0.82。植物生长期间由根系释放到根际的光合产物(包括植物根系和微生物呼吸作用释放CO2的数量)约占植株全部净光合产物的15%～40%[10]。毛竹根际土壤有机质含量总体上高于非根际土壤，平均提高5.48 g/kg，方差分析显示两者之间差异接近显著水平(P=0.067>0.05)。水解氮是土壤中易水解的蛋白质、氨基酸、酸胺、铵态氮和硝态氮的总和。水解氮含量的高低反映了植物生长期间利用氮素的高低，间接反映了土壤供氮水平的高低[8]。试验区毛竹林根际土壤水解氮含量显著高于非根际土壤(P=0.030<0.05)，平均提高111.63 mg/kg。土壤中95%的磷是以迟效性状态存在，而且不同磷形态的有效性不同[11]。根际土壤有效磷含量极显著高于非根际土壤(P=0.008<0.01)，平均提高0.57 mg/kg。钾在作物体内含量较高，一般都超过磷。土壤中的钾元素大部分难以被植物利用吸收，能被植物利用的一般只占1%～2%[8]。试验区毛竹林鞭根区根际土壤速效钾含量显著高于非根际土壤(P=0.031<0.05)，平均提高92.33 mg/kg。铜是植物所必须的微量营养元素，是氧化酶的主要组成成分，主要存在于叶绿体的质体蓝色素中，参与叶绿素的合成以及糖类的代谢[12]。试验区毛竹林鞭根区根际土壤有效铜含量高于非根际土壤，两者之间差异接近显著水平(P=0.072>0.05)。试验区毛竹林鞭根区根际有效锌和有效硼含量均略高于非根际土壤，但差异不显著。

表1 毛竹鞭根根际与非根际土壤养分含量Tab 1 Thenutrientcontentofrhizospheresoilandnon⁃rhizospheresoilinforestofPhyllostachysedulis土壤类别pH值土壤养分含量有机质(g/kg)水解氮(mg/kg)有效磷(mg/kg)根际土壤 5 576±0 450 35．922±7．554339．444±132．066 1．816±0．547非根际土壤 4 757±0 279 30．444±3．614227．811±48．102 1．247±0．156土壤类别土壤养分含量速效钾(mg/kg)有效锌(mg/kg)有效铜(mg/kg)有效硼(mg/kg)根际土壤160 622±112 713 3．400±1．012 1．958±0．206 0．563±0．061非根际土壤 68 289±32 522 2．746±0．836 1．739±0．272 0．511±0．073

3.2毛竹不同生长期鞭根区根际土壤养分含量

毛竹在不同生长期其代谢水平和根际土壤微生物活性均存在较大差异，从而对鞭根根际土壤养分含量产生一定影响。对不同生长期毛竹鞭根根际土壤养分进行分析，结果表明(见表2)，各有效养分在毛竹不同生长期表现出一定的差异。pH值表现为孕笋期最高，行鞭期次之，出笋期最低；有效养分含量总体表现为行鞭期最高，出笋期次之，孕笋期最低。毛竹行鞭期的鞭根根际土壤水解氮和速效钾含量明显高于孕笋期和出笋期，其他有效养分在毛竹行鞭期、孕笋期和出笋期间差异不显著。

表2 不同生长期毛竹鞭根区根际土壤养分含量Tab 2 Thesoilnutrientcontentofrhizospheresoilindifferentgrowthperiods生长期土壤养分含量水解氮(mg/kg)有效磷(mg/kg)速效钾(mg/kg)有机质(g/kg)孕笋期235 233±22 750a1 497±0 25988 867±17 731a33 200±5 237出笋期283 300±48 022a1 620±0 54090 333±25 350a31 367±5 173行鞭期499 800±85 751b2 330±0 480302 667±66 790b43 200±7 238生长期土壤养分含量有效锌(mg/kg)有效铜(mg/kg)有效硼(mg/kg)pH孕笋期2 527±0 8621 983±0 1760 533±0 0405 883±0 631出笋期3 567±0 4401 887±0 2750 613±0 0505 393±0 441行鞭期4 107±1 1062 003±0 2250 543±0 0715 450±0 046 注：同列中英文字母表示不同生长期毛竹鞭根区根际土壤养分的差异显著性。

3.3毛竹鞭根区土壤养分相关性

毛竹鞭根在生命活动中不断向根际区分泌质子、离子和有机物质，同时还具有吸附和富集根际区外围由于迁移和扩散作用进入根际区的矿质和有机质，直接引起土壤有效氮、磷、钾含量的提高，而土壤微生物的生长和繁殖又进一步促进了有机质的分解和土壤养分的释放。对毛竹鞭根根际区土壤养分进行相关性分析，结果表明(见表3)，根际区土壤有效氮、磷、钾相互之间均具有极显著正相关性；根际区土壤有效氮、磷、钾与土壤有机质含量之间均具有极显著的正相关性。

表3 毛竹鞭根区土壤养分相关性Tab 3 Therelevanceofsoilnutrientinbamboorhizomerootzone水解氮有效磷速效钾有机质有效锌有效铜有效硼pH水解氮1 0000有效磷0 898∗∗1 0000速效钾0 965∗∗0 839∗∗1 0000有机质0 832∗∗0 776∗∗0 815∗∗1 0000有效锌0 4600 3140 3890 3061 0000有效铜0 4100 4530 4220 405-0 3351 0000有效硼0 1770 4450 0290 2180 0700 2701 0000pH0 3430 3840 3680 2800 2290 3370 1441 0000 注：“∗∗”表示在0 01水平上的显著性。

4 结论与讨论

(1) 引起毛竹鞭根区根际土壤pH值明显高于非根际土壤的可能原因是毛竹鞭根根系对阴阳离子的吸收不平衡造成的。毛竹鞭根区根际土壤有机质明显高于非根际土壤，可能是因为一方面毛细根组织的脱落、根系分泌物增加了土壤有机质含量；另一方面根系分泌物、土壤微生物等共同作用改善了土壤胶体性质，使得根际土壤一定程度上具有吸附土壤中矿质离子和有机颗粒的能力。

(2) 根际土壤水解氮、速效钾含量在不同生长期存在显著差异，表现为行鞭期较高，出笋期和孕笋期偏低，而且其他营养元素也表现出此种趋势。这主要是由于植物、土壤和土壤生物之间复杂的相互作用的结果。据研究[13-15]，毛竹根系生物量在7月份最高，此后逐渐减少，意味着7月份之后毛细根逐渐脱落，脱落的毛细根被根际土壤中的微生物分解并释放出矿质养分；同时，随着毛细根组织的脱落，根系对养分的吸收速率逐渐减小，两者共同作用造成行鞭期根际矿质离子浓度的升高。

[1] 周本智,傅懋毅.竹林地下鞭根系统研究进展[J].林业科学研究,2004,17(4):533-540.

[2] 张文元.毛竹根际土壤肥力质量变化及苗期营养管理研究[D].北京:中国林业科学研究院,2009.

[3] 孟勇,艾文胜,李美群,等.毛竹鞭根区土壤微生物数量及其与土壤养分含量的关系[J].湖南林业科技,2015,42(5):1-5.

[4] 殷立新.红心杉根际土壤与非根际土壤养分差异研究[J].湖南林业科技,2014,41(1):55-59.

[5] 徐秋芳,钱新标.毛竹根际土壤的化学性质[J].浙江林学院学报,1998,15(3):240-243.

[6] 徐秋芳,姜培坤.毛竹竹根区土壤微生物数量与酶活性研究[J].林业科学研究,2001,14(6):648-652.

[7] 杜森,高祥照.土壤分析技术规范[M].北京:中国农业出版社,2006.

[8] 张婷.几种作物根际与非根际土壤养分含量差异探析[D].重庆:西南大学,2012.

[9] 张学利,杨树军,张百习.我国林木根际土壤研究进展[J].沈阳农业大学学报,2002, 33(6):461-465.

[10] 张学利,杨树军,张百习,等.不同林龄樟子松根际与非根际土壤的对比[J].福建林学院学报,2005,25(1):1-4.

[11] 陈立新,段文标,乔璐.落叶松人工林根际与非根际土壤养分特征及酸度研究[J].水土保持学报,2011,25(3):131-135.

[12] 赵淑苹,陈立新,包雪丽.落叶松人工林土壤微量元素的有效性[J].东北林业大学学报,2005,33(3):26-28.

[13] 陈红,冯云,周建梅,等.毛竹根系生物量分布与季节动态变化[J].生态环境学报,2013, 22(10): 1678-1681.

[14] 翁甫金,汪奎宏,何奇江,等.不同年龄毛竹笋用林竹鞭根系吸收能力[J].浙江林学院学报,2001,18(2):136-138.

[15] 周本智,傅懋毅.粗放经营毛竹林鞭系和根系结构研究[J].林业科学研究,2008, 21(2):217-221.

Thecharacteristicsofnutrientcontentinrhizospheresoilandnon-rhizospheresoilinforestofPhyllostachysedulis

MENG Yong1, LIU Sancai2, AI Wensheng1,YANG Ming1, HU Wei1, LI Meiqun1, TU Jia1

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China; 2.Forestry Bureau of Youxian County, Youxian 412300, China)

The rhizosphere soil andnon-rhizosphere soil in bamboo forest ofPhyllostachyseduliswere studied as research objects.The nutrient content in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil in bamboo forest for different growth stages were studied.The results showed that the pH value,the nutrient content of hydrolyzed nitrogen, available kalium，available phosphorus in rhizosphere soil were significantly higher than that in non-rhizosphere soil. Hereinto, the mean of pH value increased by 0.82, the average content of hydrolysis nitrogen increased by 111.63 mg/kg, the content of available phosphorus increased by 0.57 mg/kg,the content of available kalium increased by 92.33 mg/kg. The nutrient content of available zinc，available cuprum and available boron were not significant difference between rhizosphere soil and non rhizosphere soil.The nutrient content of hydrolyzed nitrogen and available kalium of rhizosphere soil were significantly different among different growth periods. It was characterized by the highernutrient content in bamboo rhizome growth period and the lower nutrient content in pregnant of bamboo shoots period and bamboo shooting period.

Phyllostachysedulis; rhizome root of bamboo forest; rhizosphere soil; nutrient content

2016-03-19

国家林业局公益性行业科研专项(201204106)；湖南省林业科学院青年科研创新基金项目(2013LQJ07)。

孟 勇(1984-)，男，江苏省赣榆县人，助理研究员。研究方向：竹林培育、竹林生态。

艾文胜，研究员；E-mail: aiwensheng@163.com。

S 714.3

A

1003 — 5710(2016)03 — 0033 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2016. 03. 006

(文字编校：龚玉子)