马尾松根际pH变化及对土壤磷有效性的影响

潘小承　胡海波　王楠　白尚斌

摘要：测定野外现实林分中不同林龄（10、20、30年）马尾松非根际土与根际土的pH值和不同浓度磷处理下马尾松幼苗（1、2年）根际的pH值，探讨马尾松根际pH值、有效磷、全磷及不同浓度磷水平下马尾松幼苗根际pH值的变化。结果表明：缺磷环境下，无论是控制实验还是野外现实林分，马尾松根际pH明显比非根际土低，二者差异显著，但不同林龄组间差异不明显。随供磷水平降低，幼苗根系使根际pH降低的能力加强。不同林龄马尾松林土壤中的有效磷含量均较低，而根际土有效磷含量明显高于非根际土，且与根际pH值呈负相关关系，说明根际pH降低有利于土壤难溶磷的活化，促进磷有效性提高，是马尾松活化土壤难溶磷的有效机制之一，有利于其在磷缺乏的土壤环境中正常生长。

关键词：马尾松；根际土；pH值；磷的有效性

磷是植物不可或缺的大量元素之一，在植物生长发育中起着十分重要的作用。但是土壤中磷元素极易被固定，在自然条件下磷大部分以难溶状态存在，有效性低，常常限制着植物的生长和发育。研究植物对土壤中难溶性磷的利用机理，对合理利用各种潜在磷素资源，推动农林业发展具有重要的意义。

1材料与方法

1.1幼苗根际pH测定

供试苗木及处理。以浙江临安青山镇正常生长的马尾松一年生苗和二年生苗为研究对象，选取大小及规格一致的幼苗，在2017年4月初取出后用清水清洗苗木根部，用1%次氯酸钙溶液进行消毒，再用蒸馏水清洗3次后用于沙培。苗木培养。石英砂作为苗木培养基质，先将石英砂洗净，用6摩尔/升盐酸浸泡24小时，用清水反复清洗至石英砂在水溶液中呈中性。然后将基质装入容积为0.03立方米聚乙烯塑料盆中，每盆3公斤。将经过处理的幼苗移植盆中，2年生苗每盆植苗1株，1年生苗每盆植苗5株。以Hoagland培养液中KH₂PO₄的浓度梯度不同设计4个处理（下同）：正常营养液浇灌（每升1摩尔/升Hoagland培养液中加入1毫升KH₂PO₄）；缺磷營养液浇灌（KH₂PO₄为0）；低磷营养液（KH₂PO₄的浓度为正常营养液磷的50%）浇灌；高磷营养液（K H₂PO₄的浓度为正常营养液磷浓度的200%）浇灌。每个处理5盆，即为5个重复，共计40盆。不同磷浓度营养液处理培养一段时间后（室温内培养30天），移至琼脂指示剂混合液的培养皿中培养，采用显色法测定根际pH值。除磷浓度差异外，其他条件保持相同。其他营养元素采用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调至5～6之间，每天下午4时浇一次Hoagland配方营养液，每次每盆浇100毫升。显色测定。取100毫升含50毫克/公斤NH⁴⁺的培养液，加入1克琼脂和1毫升0.6%的溴甲酚紫指示剂，加热溶解，用稀HCl调节pH至6.0左右（呈紫红色）。将琼脂指示剂混合培养基倒入培养皿，冷却凝固，将不同处理的马尾松苗木用蒸馏水清洗去除根系表面黏附的砂粒，在滤纸上展开、吸干、反倒贴于培养基上。与标准指示剂琼脂溶胶对比，读取每种处理苗木根际pH值。

1.2野外现实林分土壤样品采集与pH、有效磷测定

试验地位于浙江临安青山镇（119°42′E，30°14′N），海拔100～400米，平均气温15.9℃，年均降雨量1613毫米，平均降雨日158天，降水明显集中在春夏两季，年平均日照时数1920小时，年无霜期237天，属中亚热带季风气候，土壤类型为红壤，地带性植被为常绿阔叶林。于2017年5月取样，按“S”形布点法选取同一等高线坡位（300米）上的10、20、30年林龄的有代表性的样树各3棵，在根部按不同方向选取3个取样点，按剥落法采集根际土与非根际土，抖动5次，抖落下的土壤为非根际土，仍附在根表的土壤作为根际土，将根际土和非根际土分别混合，带回实验室，测定pH值、有效磷等数据。3个林龄样地马尾松的生长性状和土壤理化性质见表1。

土壤p H值和有效磷测定。水浸p H值测定采用电位法，土壤全磷用浓HClO₄和浓H₂SO₄消煮分光光度计比色法进行测定，可溶性磷用Olsen法进行测定。

2结果与分析

2.1不同浓度磷处理下马尾松幼苗根际pH变化

对马尾松幼苗观察发现，1年生马尾松幼苗显色2小时后，4种不同处理的幼苗根尖颜色均开始发生变化。显色12小时后，幼苗根尖和稍后部位根区的颜色均显示由紫红变黄，并且范围逐渐变宽，说明其根系分泌了酸性分泌物。显色24小时时显色的区域范围较宽且颜色加深，显色36小时时以上现象趋于稳定。2年生幼苗根部同样出现以上的变化过程，但是变化范围较宽，变化速度快，在24小时左右趋于稳定。这种变化过程在新生根的周围更加明显，在根尖稍后的部位黄色最深，在根基部周围颜色变化较弱。进一步对根际pH值判读发现，马尾松幼苗能使根系周围pH下降（见图1、图2）。1年生马尾松幼苗在4种不同浓度磷处理下，在36小时显色稳定时，pH值均降至6.0以下，最低为4.41，最高为4.78，降低1.22～1.59个单位。2年生马尾松幼苗在达到稳定时，其根际p H值均在6.0以下，最低为4.45，最高为4.72，降低1.28～1.55个单位。缺磷处理下的根际p H值比高磷处理下的根际pH值都要低。表2与表3表明显色稳定时各处理问pH值差异明显。

2.2马尾松根际土壤磷有效性与pH值关系

从表4可以看出，无论10、20、30年生马尾松根际土的p H值均低于非根际土，分别低0.25、0.4、0.31个单位，经样本t检验，根际土与非根际土pH值差异极显著，表明现实林分中马尾松根际确实存在酸化的现象。根际土有效磷均高于非根际土的有效磷，这说明有效磷在马尾松根际集聚。而根际土全磷含量比非根际土的全磷含量低，说明根际具有活化磷的能力和机制。

3讨论与结论

通常情况下，植物在磷胁迫条件下，会通过根系活动调节pH来适应土壤缺磷环境。本研究发现，不同林龄马尾松幼苗在缺磷处理下根际p H均降，及不同林龄马尾松根际土pH均显著低于非根际土，这与多数研究的结论较为一致。在缺磷条件下，植物释放出大量的有机酸，包括柠檬酸、琥珀酸、草酸、苹果酸、酒石酸等，这些物质均在不同程度上引起根际酸化，导致pH降低。不同树种遗传特性和代谢机理存在差异，其根际十壤DH与非根际土壤状况也不同。杉木、火炬松、云南松等树种其根际土壤p H低于非根际土壤，而栓皮松、水曲柳等树种则表现例外。落叶松人工林除近熟林外其他年龄阶段均为根际土壤pH值高于非根际土壤，近熟林根际土壤的p H值低于非根际，两者差异显著。毛竹根际土壤p H值要比非根际高。说明根际pH降低，是一种诱导性根系适应机制。

土壤pH值降低，有利于难溶性Ca-P的溶解、转化，提高其有效性。本研究结果表明，不同林龄马尾松林土壤中的有效磷含量都很低，而根际土有效磷含量明显高于非根际土，且与根际pH值呈负相关关系，说明随着供磷水平的降低，其根际pH降低的能力加强，相比其他植物马尾松降低根际pH的能力更强。pH降低有利于土壤难溶磷的活化，促进磷有效性提高。土壤溶液中磷的浓度在很大程度上取决于磷酸铁、铝盐、磷酸钙盐的溶解度，pH值下降，促使磷酸钙矿物上的磷酸根释放。不同林龄马尾松林土壤中的有效磷含量都很低，而根际土有效磷含量明显高于非根际土，这也表明马尾松具有适应低磷土壤，活化难溶磷的能力，有利于其在磷缺乏的土壤环境中生长。另外，马尾松对土壤缺磷的适应机制可能是几方面共同作用的结果，如马尾松菌根真菌在磷活化中也起到重要重用，作者将在另文中进行进一步研究和探讨。