全 文 ：白浆土植物系统营养物质转化机制及其有效性研究
.有机物对磷根际有效性的影响*
吴龙华* * 高子勤 (中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110015)
摘要! 采用根盒试验研究了施用紫花苜蓿腐解物对白浆土小麦根际 P 素形态转化、有效性及小麦植株 P 素
吸收的影响. 结果表明,施用有机物料使土壤有效磷显著上升,铝磷、铁磷含量也显著升高, 且培养时间越长, 效
果越明显. 小麦植株含 P量明显上升,且与非根际土壤铝磷、铁磷的变化显著相关.
关键词 紫花苜蓿 白浆土 磷 根际效应
Transformation mechanism and availability of mutrients in albic soilplant system . Eff ect of organic material on
phosphorus availability in soilwheat rhizosphere system. Wu Longhua and Gao Ziqin( I nstitute of Applied Ecology ,
A cademia S imica, Shenyang 110015) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 1999, 10(5) : 576~ 578.
Rhizobox experiment show ed that soil available P w as significantly incr eased w hen decayed alfalfa w as added, and soil
AlP and FeP were also enhanced striking ly. The effects were enlarged w hen time extending. P concentrat ion in
wheat plants was incr eased significantly , and clearly related to the change of so il AlP and FeP in nonr hizosphere.
Key words Alfalfa, A lbic so il, Phosphorus, Rhizospheric effect.
* 国家自然科学基金资助项目( 4947143) .
* * 通讯联系人.
1998- 11- 02收稿, 1999- 04- 29接受.
1 引 言
我国白浆土的分布较为广泛, 在黄河以南地区主
要与棕壤或黄棕壤成复区存在. 在东北地区主要与黑
土、草甸土或暗棕壤成复区存在.经过近半个世纪的研
究,人们在白浆土的成土过程、剖面分化特征、肥力状
况[ 6, 8, 9]、微形态特征、酸度状况、氧化物特性[ 4]和有机
无机复合体、磷素特征[ 3, 6, 8]等方面做了大量系统的
工作,但尚未见有从根际层次研究有机培肥对白浆土
植物系统 P 素有效性与转运方面的报导. 本试验通过
研究施入腐解牧草粉后对白浆土根际 P 素效应和小
麦植株 P素吸收的影响,从根际角度阐明生物措施的
活化作用及其肥力意义.
2 材料与方法
2. 1 供试材料
供试土壤采自黑龙江省宝清县八五二农场, 第四纪河湖相
粘土沉积母质,基本理化性状见表 1; 紫花苜蓿取自八五二农
场,洗净,烘干, 磨细, 腐熟 45d, 其 P含量为 2. 73g∀kg - 1; 试验
作物为 K 型杂交春小麦 901; 所用肥料均为分析纯化学试剂.
2. 2 试验设计与实施
试验分表层土壤和白浆层土壤 . 表层土壤试验为 5 个处
理,分别为: 1) 不种小麦对照( OCK ) ; 2) 种小麦对照 ( CK ) ; 3)
加 0. 5%腐熟牧草粉(风干土为基数, 下同) ,种小麦; 4) 加 1%
腐熟牧草粉 ,种小麦; 5) 加 2% 腐熟牧草粉, 种小麦. 白浆层土
壤试验为 4 个处理,即: 1) 不种小麦对照( OCK ) ; 2) 种小麦对
照 ( CK ) ; 3)加0. 5% 腐熟牧草粉, 种小麦 ; 4)加1% 腐熟牧草
粉,种小麦. 试验均为 4 次重复,随机排列.
表 1 供试土壤基本性状
Table 1 Basic properties of tested soi l
发生层
Genetic
horizon
pH 有效磷
Avilable P
( mg∀kg- 1)
全 碳
T otal C
( g∀kg- 1)
全 磷
T otal P
(g∀kg- 1)
质 地
S oil
texture
表层 A 643 253 326 106 壤土 Loam
白浆土 Aw 616 312 870 0520 壤土 Loam
根盒规格为长# 宽# 高= 15cm # 8cm # 9cm, 中间 2cm 为
根际区域,根际与非根际土壤以 400 目尼龙袋 (水分和离子等
能通过,但植物根系不能穿透)相隔.每根盒装土 1500g ,其中根
际土 300g ,各处理均施 CO( NH2) 2 1. 2g , KC1 1. 0g. 每根盒种小
麦10 株. 在 20d 和 35d 时各追肥 1 次, 用量为每盆 0. 6gCO
( NH2 ) 2 .试验培养至播种后第 55 天,分别在第 30 和 55 天取根
际土和根袋外 3cm 非根际土, 风干,过筛备用.
2. 3 样品测试
土壤全碳: K2Cr 2O7外加热法[ 1] ; 土壤有效态 P: Olsen 法
( 0. 5mo l∀L - 1 NaHCO3 ) [ 1] ; 土壤无机磷形态分组: 参照文献
[ 1] ;土壤 pH: 1∃2. 5 土液比, pHs3 型酸度计测定[ 1] ; 土壤全磷
采用 3 酸( HNO 3、HClO4、HF)消煮, 植物全磷为 HNO3HClO4
消煮,比色法测定[ 1] .
3 结果与讨论
3. 1 土壤 P 素形态变化特征
3. 1. 1 小麦不同生育期土壤有效态磷变化 播种后
应 用 生 态 学 报 1999 年 10 月 第 10 卷 第 5 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Oct. 1999, 10( 5)∃576~ 578
30d, 表层土壤种小麦对照根际和非根际土壤有效磷含
量分别为 29. 0、33. 4mg∀kg- 1(表 2) ,施用腐熟牧草粉
后无论根际或非根际其土壤有效磷均高于对照,根际
土壤比对照上升 3. 4~ 9. 35mg∀kg - 1,增率为 11. 7%
~ 32. 2%, 非根际土壤分别比对照高 2. 16~ 11. 6mg∀
kg- 1,增率在 6. 46% ~ 34. 5%之间. 播种后 55d时,由
于小麦吸收量增大, 土壤有效磷均低于 30d的.随着时
间的延长,腐熟牧草粉的作用也愈明显,非根际土壤有
效磷分别比对照高 15. 4% ~ 28. 9%; 根际土壤则因根
系吸收影响而使 P素增率较非根际小.
表 2 土壤有效 P含量动态变化
Table 2 Dynamics of soil available phosphorus ( mg∀kg- 1)
处 理
T reatment
30d
表层土壤 A
R B
55d
表层土壤 A
R B
白浆层土壤 Aw
R B
OCK - - - 28. 2cC - 288cC
CK 29. 0b 33. 4cB 21. 3 24. 7dD 3. 44cB 3. 23cC
+ 0. 5% 32. 4b 35. 6bcB 21. 7 28. 5cC 4. 76bA 4. 87bB
+ 1% 34. 7a 39. 2bAB 22. 5 31. 8bB 5. 67 aA 6. 45aA
+ 2% 38. 4a 45. 1aA 23. 1 36. 8aA - -
R:根际土壤Rhizospheric soil, B:非根际土壤 Bulk soil.表中小写字母为
P< 0. 05,大写字母为 P< 0. 01水平显著性检验结果 Small letters in the
table mean P< 0. 05, and capital let ters mean P< 0. 01.下同T he same be
low .
白浆层土壤因其自身有效态磷很低, 所以施用腐
熟牧草粉对土壤 P 的活化贡献率比表层土壤大得多
(表 2) . 根际土壤,施用牧草粉 0. 5%和 1%时, 有效磷
比种小麦对照高 38. 4% ~ 64. 8%, 非根际土壤则因根
系吸收作用影响较小,活化作用更加明显,分别比对照
高 50. 8%~ 99. 7% .另外, 表层土壤试验不种小麦对
照培养 55d时土壤有效磷为 28. 2g∀kg- 1,高于种小麦
对照非根际土壤而低于 0. 5%牧草粉处理,表明种小
麦虽然根系及其分泌产物对土壤 P 素具有一定的活
化作用,但其贡献小于小麦根系吸收所消耗的 P,施入
一定量( 0. 5% )牧草粉后 P 素活化, 使非根际土壤有
效磷接近于不种小麦对照.白浆层土壤则不同,因其土
壤有效 P量低于植物临界值, 使小麦分泌大量物质到
周围土壤,作用于土壤胶体及氧化物, 从而增大 P 的
有效性,土壤有效磷含量随着牧草粉用量的增大而显
著增加.施用腐熟牧草粉可带入少量植物易吸收态磷,
其腐解产物可活化土壤中的 P.总之,白浆层土壤种小
麦各处理土壤有效态磷高于不种小麦对照.
P 的迁移以扩散作用为主, 其转运速率非常低,常
因植物对 P 的吸收作用而使根际土壤 P 低于根外土
壤,即所谓的 P 素在根际亏缺[ 2] . 腐熟牧草粉的直接
供应,及其所含的其它养分增强了小麦长势, 增大了根
系P 素吸收能力,因此,施腐熟牧草粉、牛粪或其它有
机物料将增大土壤 P 的根际亏缺率.从根际试验各处
理的亏缺率状况也可以得到上述结论(表 3) . 第一次
采样由于时间较短, 根际亏缺率差异不大. 55d 后则不
论表层或白浆层土壤,均随着腐熟牧草粉用量的增大,
有效态磷的根际亏缺率递增.
表 3 土壤有效磷根际亏缺状况
Table 3 Soil available P rhizospheric depletion rate (%)
处 理
T reatment
30d
表层土壤 A
55d
表层土壤 A 白浆层土壤 Aw
对照 CK 13. 2 13. 7 - 6. 50
+ 0. 5% 8. 88 23. 9 2. 26
+ 1% 11. 4 29. 3 12. 1
+ 2% 14. 8 37. 1 -
亏缺率( % ) = (非根际土壤含量- 根际土壤含量) /非根际土壤含量 #
100. Deplet ion rate ( %) = ( CB- CR) / CB # 100. CB and CR means P con
centration of bulk soil or rhizosphere.
3. 1. 2土壤无机磷各组分的变化特征 1)表层土壤试
验:非根际土壤铝磷含量高于根际土壤,施用腐熟牧草
粉使土壤铝磷含量上升, 根际、非根际土壤规律相似
(图 1a) . 铝磷是对植物有效性最高的土壤无机磷形
态[ 6] ,因转化及小麦根系吸收利用, 根际土壤铝磷的
增率较非根际土壤小(表 4) , 1%处理时甚至低于对
照.土壤铁磷含量也是以对照为低, 其根际、非根际土
壤变化趋势以及施用腐熟牧草粉的活化规律也与铝磷
相似,只是铁磷由于其含量是铝磷的 3倍左右,且其植
物有效性也不如铝磷, 在相同的处理强度下其变化幅
度小于铝磷(表 4) . 2)白浆层土壤试验:白浆层土壤铝
磷含量在 4. 30~ 7. 2mg∀kg- 1之间, 仅表层土壤的 1/
10左右(图 1b) ,这与淋溶作用导致土壤有机质和盐基
含量下降有关. 而正是由于其铝磷含量极低, 施用腐熟
牧草粉效应要比表层土壤更为明显, 表现在施用等量
牧草粉, 土壤铝磷较对照的增率达 26. 7% ~ 51. 1%
(根际)和 30. 2% ~ 67. 4% , 而表层土壤则不到 10%.
还有一点与表层土壤不同的是,白浆层土壤根际、非根
际铝磷的差异很小,对照和 0. 5%处理时甚至根际土
壤铝磷含量略高于非根际.白浆层土壤因淋溶作用及
不良的理化性状,其有效磷含量极低,不足以满足小麦
生长所需,促使小麦根系分泌大量有机酸,以活化土壤
P素,表现为有效态磷含量上升, 无机磷中活性较大的
铝磷、铁磷在根际活化,使其根际内、外铝磷、铁磷差异
变小甚至根际土壤略高. 施腐熟牧草粉活化土壤 P
库,小麦 P 胁迫作用减弱, 根际内外差异逐渐明显,在
高量处理时根际土壤因根系活化作用小于吸收量的递
增,出现亏缺.白浆层铁磷含量也是大大高于铝磷, 在
53. 1~ 74. 3mg∀kg- 1. 以对照为最低, 增施腐熟牧草
粉,铁磷含量上升. 铁磷活性比铝磷为小, 施用牧草粉
对它的影响也小于铝磷, 其增率为6. 59% ~ 20. 2%
5775 期 吴龙华等:白浆土植物系统营养物质转化机制及其有效性研究 .有机物对磷根际有效性的影响
图 1 土壤铝磷、铁磷含量变化(播种后 55d)
Fig. 1 Dynamics of soil FeP and AlP( 55 days after plant ing) .
a.表层土壤 Aralbe layer, b.白浆层土壤 Aw layer ( mg∀kg- 1) . % . FeP( B) , & . FeP( R) , ∋ . A lP( B) , (. A lP( R) .
表 4 土壤无机磷较对照增加率(%)
Table 4 Soil inorganic P increasing rate compared to the control(%)
发生层
Genetic horizon
处 理
T reatment
铝磷 AlP
R B
铁磷 FeP
R B
+ 05% 000 000 - 055 776
A + 1% - 046 932 346 848
+ 2% 102 221 359 888
Aw + 05% 267 302 659 117
+ 1% 511 674 202 378
(根际)和 117% ~ 37. 8%, 仅为铝磷的一半.
表层土壤不种小麦对照非根际土壤铝磷、铁磷含
量为53. 4~ 154. 9mg∀kg- 1 , 白浆层土壤不种小麦对
照非根际土壤铝磷、铁磷含量分别为 5. 70和 57. 0mg∀
kg- 1,均高于种小麦对照相应的土壤 P 含量(图 1) ,表
明土壤铝磷、铁磷是对小麦有效性较高的土壤无机磷
形态,因小麦的吸收利用, 土壤铝磷、铁磷含量均低于
不种小麦对照. 郭智芬等[ 7]应用同位素示踪法研究土
壤中无机磷各形态对作物 P 营养的贡献后发现,非晶
质 PFe盐的有效性与 PAl盐基本相当, 而钙磷贡献
比前二者低.可见施用有机物料对土壤中铝磷、铁磷、
有效态磷的增加和植物 P 吸收具有重要意义.
3. 2 对小麦元素吸收的影响
有机物料的施用促进了土壤 N、P 有机化合物的
矿化和 N、P、K 及微量元素等养分离子向植物根表的
迁移;有机物中含有大量的胡敏酸、富里酸等物质能促
进作物根系呼吸,使其根系活力上升[ 5] ;同时,有机物
腐熟降解产物及根系分泌物对植物必需元素吸收作用
增大以及对有毒有害离子(如 Al3+ )的排斥及耐性增
强.所有这些良好效应表现在小麦植株元素含量的差
异上(表 5) , 如白浆层土壤, 无论地上部还是根系中,
全磷含量均以对照为最低, 0. 5%牧草粉处理时地上部
和根系中 P 含量分别比对照增加48. 1%和36. 8% ,腐
解牧草粉用量达1% 时增量更大, 地上部和根系中P
表 5 根际试验小麦 P含量(g∀kg- 1)
Table 5 Phosphorus content of wheat plant( g∀kg- 1)
处 理
T reatment
表层 A 30d
茎叶
Shoot
根
Root
表层 A 55d
茎叶
Shoot
根
Root
白浆层Aw 55d
茎叶
Shoot
根
Root
CK 0. 226 0. 113 0. 167 0. 136 0. 0740 0. 0703
+ 0. 5% 0. 1581 0. 127 0. 200 0. 116 0. 110 0. 0962
+ 1% 0. 236 0. 114 0. 174 0. 107 0. 140 0. 132
+ 2% 0. 243 0. 118 0. 170 0. 105 - -
含量比对照增加了 91. 9%和 87. 9%,基本是牧草用量
增加 1倍, 其小麦植株含 P增率也上升 1倍; 表层土壤
也基本呈现相似的规律,只是植株 P 的变化较白浆层
土壤小些.这充分说明了施用腐熟牧草粉对小麦 P 营
养活化的促进作用. 多元逐步回归分析表明, 小麦地上
部P 素含量与非根际土壤中铝磷、铁磷显著相关, 且
贡献最大的是非根际土壤中铁磷含量的变化,贡献率
达 0. 830. 施用的有机物料及其分解中间产物破坏了
土壤氧化物胶膜,与铁、铝结合的 P 被释放, 有机物分
解耗氧,使土壤 Eh下降也有利于铁磷的活化, 而铁磷
浓度的增加影响着土壤铝磷含量的变化.
参考文献
1 中国土壤学会土壤农业化学专业委员会编. 1983. 土壤农业化学常
规分析方法.北京:科学出版社.
2 何念祖、孟赐福. 1987.植物营养原理.上海:上海科学技术出版社.
3 李法云、高子勤. 1996.白浆土- 植物系统营养物质转化机制及其
有效性研究 I. 32P同位素示踪法对白浆土 P肥利用率.应用生态学
报, 7( 2) : 174~ 178.
4 吴龙华、高子勤. 1999.有机物料对白浆土金属氧化物形态转化和
迁移的影响及其肥力效应.应用生态学报, 10( 4) : 423~ 426.
5 赵红霞、屠启澍. 1992.有机物对水稻根际微区养分的影响.西南农
业大学学报, 14( 2) : 78~ 81.
6 徐 琪. 1962.长江中下游白浆土的地理分布规律及其形成过程的
特点.土壤学报, 10( 1) : 44~ 54.
7 郭智芬等. 1997. 石灰性土壤不同形态无机磷对作物磷营养的贡
献.中国农业科学, 30( 1) : 26~ 32.
8 高子勤主编. 1992.三江平原白浆土农林牧综合治理.北京:中国林
业出版社.
9 曾昭顺. 1958.关于白浆土的形成问题.中国科学院林业土壤研究
所集刊,第一号: 26~ 35.
578 应 用 生 态 学 报 10卷