全 文 ：　　1996—12—13收稿。
陈 竣助理研究员(中国林业科学研究院林业研究所　北京　100091) ;李传涵(华中农业大学土壤农化系)。
杉木幼林根圈土壤磷酸酶活性、
磷组分及其相互关系
陈 竣　李传涵
　　摘要　通过对杉木人工林根圈土壤两种磷酸酶活性、8 种磷组分及其相互关系研究,结果表
明: ( 1)根圈酸性、中性磷酸酶活性分别比根圈外高 1. 44、0. 66 酚 mg / g ( 37 ℃, 12 h) , R/ S 值分别
为 1. 91 和 2. 01; ( 2)根圈全 P、DA-P、Al-P、Fe-P、H2SO4-P 分别比根圈外高 203. 45, 2. 21, 3. 05,
10. 93, 10. 33 mg / kg , R/ S 值分别为 1. 61, 4. 68, 3. 61, 1. 97, 2. 46, Ca-P 比根圈外低 2. 34, R / S 值为
0. 72, I-P 和 O-P 无显著差异; ( 3)根圈酸性磷酸酶活性与 DA-P 和 H2SO 4-P 呈显著正相关, r 值分
别为 0. 584 和 0. 579, 中性磷酸酶活性与全 P、I-P 和 O-P 呈显著或极显著正相关, r 值分别为
0. 594, 0. 773 和 0. 686。
　　关键词　杉木　根圈　磷酸酶活性　磷组分
　　根圈是根系周围受植物根系生长影响的微区,其土壤各种特性不同于原来土壤生态系统,
特别是土壤 pH 值[ 1]、养分状况[ 2, 3]、生化活性[ 3, 4]、微生物特性[ 5]等都存在显著差异, 它们对植
物吸收养分、水分有重要影响。T ar afdar 和 Junk [ 6]研究表明,三叶草( Trif olium alexandrinum
Linn. )、麦( T riti cum aestivum Linn. )根圈内,全 P 和有机P 严重耗竭,无机 P 累积。Bhat等 [ 2]
在低P 土壤上研究指出,根圈磷酸盐化合物含量显著低于根圈外土壤。作者[ 3, 5]先前的研究表
明,杉木( Cunninghamia lanceolata ( Lamb. ) Hook. )根圈土壤全 P、H2SO 4-P 和有机 P 都高于
根圈外土壤; 毛白杨( Pop ulus tomentosa Carr. )和刺槐( Robinia p seudoacacia L. )根圈土壤有
效 P 也有累积现象。
植物根圈磷酸酶能将土壤有机P 分解成无机P,对于植物吸收利用 P 素营养有重要意义。
Sharpley
[ 7]认为土壤有机 P 的矿化率与农作物 P 素营养和土壤磷酸酶活性有密切关系, 而
Hedley 等[ 8]表明,尽管油菜( Br assica campestri s L. )根圈磷酸酶活性很高, 但它只能活化大量
的无机 P。但目前对林木根圈酶活性的报道还不多。杉木是一个喜 P 树种,研究其根圈磷酸酶
活性、P 组分及其相互关系,对于合理利用 P 肥资源有积极的意义。
1　材料与方法
　　试验地为国营地连林场,位于雪峰山西南余脉山地云贵高原向南岭过渡地带湖南省通道
县境内, 109°42′E, 26°09′N ,属南亚热带气候, 年均气温 16. 3 ℃,无霜期 298 d,年降水量1 192
～1 744 mm。供试样地为1989年造林的杉木纯林,林木生长良好。前茬植被为阔叶杂木林,以
白栎( Quercus f abri Hance)和枫香( L iquidambar f ormosana Hance)为主, 林下植被多为大叶
苎麻( Boehmer ia grandif ol ia Wedd. )、杜鹃( Rhodod endron simssii Planch)、五节芒(Miscant-
林业科学研究　1997, 10( 5) : 458～463
Forest Research 　 　　
hus f loridulusWarb. )和胡枝子( L esp ed ez a bicolor Turcz. )等。林地海拔350～450 m, 东坡,坡
度 18～25°,林下土壤为板页岩母质发育的红壤, 土层深厚,土质疏松,砾石少。
1991年 7月,在供试区林地中坡沿等高线选择标准地 12块,每块面积 15 m×15 m。在每
个样地采用“之”字形路线采集 0～50 cm 土层土样, 混匀后作为根圈外土壤样品;采集样地 3
株平均木细根(直径< 2 mm)上粘附土壤, 混匀后作为根圈土壤样品。土样风干后,过 0. 25 mm
筛的样品供化学分析用,过 2 mm 筛的样品供酶活性分析用。同时对标准地进行每木检尺, 量
测树高、胸径和当年新梢生长量。
土壤 pH, 有机质,全 N,全P,有效N、P 和K,交换性 Ca 和Mg ,有效 Cu和Zn 用常规分析
方法[ 9, 10] ; H2SO 4-P 采用 0. 1 mol·L- 1H2SO 4 浸提—钼锑抗比色法, Al-P、Fe-P、O-P 和 Ca-P
采用Chang 和 Jackson改进法[ 9]。供试土壤基本性质见表 1。酸性、中性磷酸酶活性采用 G.
Hof fmann 法[ 11]测定,酶活性单位以酚 mg / g( 37℃, 12 h)表示。
表 1　供试杉木林地土壤性质
土壤 性质 根　　圈 根　圈　外平均值 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值
pH( H2O) 4. 54 4. 20 4. 76 4. 78 4. 52 4. 92
( KCl) 3. 46 3. 29 3. 65 3. 46 3. 20 3. 59
有机质( g/ kg) 41. 20 30. 20 56. 90 15. 40 7. 70 35. 00
全　N ( g/ kg) 1. 16 0. 62 1. 62 0. 59 0. 45 0. 98
全　P ( g/ kg) 0. 539 0. 365 0. 845 0. 336 0. 227 0. 467
有效 N( mg/ kg) 141. 00 67. 00 188. 00 61. 00 32. 00 142. 00
有效 K( mg/ kg) 70. 00 37. 00 98. 00 47. 00 34. 00 59. 00
有效 C u( mg/ kg) 0. 98 0. 60 1. 50 0. 69 0. 40 1. 00
有效 Zn( mg/ kg) 2. 75 1. 40 6. 40 1. 54 0. 90 3. 20
交换性C a( cmol/ kg) 3. 21 1. 76 5. 47 1. 89 1. 03 3. 17
交换性 Mg( cmol/ kg) 1. 04 0. 88 1. 22 0. 95 0. 84 1. 20
2　结果与分析
2. 1　杉木根圈磷酸酶活性
表 2表明, 杉木幼林地土壤酸性磷酸酶活性明显高于中性磷酸酶活性, 在根圈内,前者是
后者的 2. 39倍,在根圈外为 2. 61倍。
表 2　杉木根圈内外土壤酶活性 (单位:酚 mg/ g)
样地号 酸　性　磷　酸　酶 中　性　磷　酸　酶
S R R/ S S R R/ S
1 1. 26 3. 20 2. 54 0. 52 1. 25 2. 40
2 1. 75 3. 42 1. 95 0. 61 1. 59 2. 61
3 1. 30 3. 40 2. 62 0. 53 1. 65 3. 11
4 1. 56 3. 16 2. 03 0. 50 0. 41 0. 80
5 1. 55 2. 64 1. 70 0. 65 1. 04 1. 60
6 1. 37 2. 80 2. 04 0. 64 1. 16 1. 81
7 2. 48 3. 42 1. 38 0. 88 1. 69 1. 92
8 1. 85 3. 43 1. 85 0. 70 1. 69 2. 41
9 1. 67 3. 28 1. 95 0. 81 1. 47 1. 82
10 2. 43 2. 92 1. 20 0. 83 1. 25 1. 51
11 1. 55 3. 11 2. 00 0. 69 1. 45 2. 10
12 1. 88 3. 13 1. 67 0. 60 1. 19 1. 98
平均数 1. 72 3. 16 1. 91 0. 66 1. 32 2. 01
X R- X S 1. 44* * 　　　　　　 0. 66* * 　　　　　　
　　注: S、R 分别表示根圈外、内土壤(下同) ; X R- X S 表示根圈内外平均数之差(下同)。
4595 期　　　　　　　陈 竣等: 杉木幼林根圈土壤磷酸酶活性、磷组分及其相互关系
　　另外,根圈内酸性、中性磷酸酶活性分别比根圈外提高 191%和 201% ,它们的 X R- X S 值
分别为 1. 44* * 和 0. 66* *酚 mg / g ,均达到极显著水平。
2. 2　杉木根圈内 P组分
表 3表明, 杉木林地上壤无机 P 占全 P 不到 25%, 可见有机 P 是林地土壤全 P 的最主要
的组分。根圈各P 组分所占百分数从大到小依次为 23. 9% ( I-P)、17. 9% ( O-P)、4. 1%( Fe-P)、
3. 2%( H 2SO 4-P)、1. 1%( Ca-P)、0. 8%( Al-P)和 0. 5% ( DA -P)。同根圈外P 组分相比, I-P、Fe-
P 和 H2SO 4-P 分别增加 2. 6%、2. 0%和 1. 1%; DA-P、Al-P、O-P 和 Ca-P 增加则不足 1%。
表 3　杉木根圈内外土壤 P 组分占全 P 百分数
项　　目 根　圈　内　各　P 根　圈　外　各　P组分(m g/ kg) 占全 P( % ) 组分( mg/ kg) 占全 P( % )
全 P 539. 12 100. 0 335. 67 100. 0
DA-P 2. 82 0. 5 0. 60 0. 1
H 2SO 4-P 17. 33 3. 2 7. 00 2. 1
I-P 129. 07 23. 9 114. 69 21. 3
A l-P 4. 22 0. 8 1. 17 0. 2
Fe-P 22. 20 4. 1 11. 27 2. 1
O-P 96. 43 17. 9 93. 69 17. 4
C a-P 6. 14 1. 1 8. 48 1. 6
表 4表明,根圈内 P 组分同根圈外有显著差异。全 P、DA-P、Al-P、Fe-P 和 H2SO 4-P 含量
极显著高于根圈外土壤, I-P 和 O-P 略高于根圈外土壤,而 Ca-P 含量则显著低于根圈外土壤。
表 4　杉木根圈内外土壤 P 组分差异
样地号 土壤 全 P DA-P I-P Al-P Fe-P O-P C a-P H2SO 4-P
1 S 325. 12 0. 323 145. 37 1. 24 6. 52 127. 68 9. 93 5. 45
R 402. 36 2. 415 155. 85 3. 55 21. 99 124. 04 6. 27 19. 15
2 S 380. 54 0. 323 137. 85 1. 02 6. 58 120. 40 9. 85 9. 70
R 552. 48 3. 385 142. 07 7. 65 22. 12 105. 12 7. 18 36. 20
3 S 327. 38 0. 259 108. 93 0. 89 5. 92 92. 53 9. 59 6. 20
R 564. 01 3. 127 128. 03 5. 39 20. 76 97. 51 4. 36 16. 05
4 S 288. 90 0. 453 84. 18 1. 25 4. 46 69. 17 9. 30 7. 80
R 365. 27 2. 803 83. 01 3. 90 20. 46 54. 11 4. 54 20. 60
5 S 260. 53 0. 474 87. 75 1. 25 9. 68 67. 62 9. 20 5. 40
R 508. 41 2. 695 120. 22 4. 41 19. 23 91. 11 4. 54 14. 55
6 S 226. 93 0. 126 105. 83 1. 24 5. 21 90. 48 8. 89 4. 30
R 430. 73 1. 121 131. 15 1. 25 11. 14 112. 96 5. 80 6. 25
7 S 308. 53 1. 013 110. 43 0. 45 11. 69 94. 66 3. 63 6. 85
R 474. 37 3. 019 125. 53 3. 68 23. 78 92. 74 5. 33 16. 10
8 S 302. 86 0. 604 120. 63 1. 78 16. 77 95. 46 6. 62 6. 25
R 660. 27 4. 313 122. 36 3. 99 27. 11 85. 53 5. 73 18. 80
9 S 433. 35 0. 518 111. 45 0. 68 15. 85 86. 34 8. 58 5. 40
R 563. 83 3. 127 131. 88 6. 19 28. 83 91. 24 5. 62 16. 60
10 S 466. 95 1. 617 120. 94 1. 55 16. 10 93. 56 7. 73 11. 20
R 623. 62 2. 911 121. 35 5. 20 26. 90 81. 37 7. 88 16. 15
11 S 392. 32 0. 755 126. 05 2. 35 20. 41 92. 21 11. 08 8. 05
R 844. 87 2. 846 151. 15 1. 99 22. 43 118. 14 8. 59 14. 35
12 S 314. 64 0. 690 116. 89 0. 34 14. 05 94. 12 7. 38 7. 35
R 479. 17 1. 941 136. 18 3. 40 21. 69 103. 26 7. 83 13. 10
X S 335. 67 0. 60 114. 69 1. 17 11. 27 93. 69 8. 48 7. 00
X R 539. 12 2. 81 129. 07 4. 22 22. 20 96. 43 6. 14 17. 33
X R- X S 203. 45* * 2. 21* * 14. 38 3. 05* * 10. 93* * 2. 74 - 2. 34* 10. 33* *
R / S 1. 61 4. 68 1. 13 3. 61 1. 97 1. 03 0. 72 2. 48
460 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
2. 3　杉木根圈磷酸酶活性与 P组分的关系
从表5可以看出,酸性、中性磷酸酶活性同 P 组分,特别是 DA-P 关系密切,但这种关系在
根圈内外有显著的差异。在根圈内,酸性磷酸酶活性与 DA-P 和 H2SO 4-P 显著相关,中性磷酸
酶活性与全 P、I-P 和 O-P 呈显著正相关;在根圈外,酸性磷酸酶活性与 DA -P 呈极显著正相
关,与 Ca-P 呈极显著负相关,中性磷酸酶活性与DA-P、Fe-P 分别呈显著、极显著正相关。
表 5　杉木根圈内外土壤磷酸酶活性与 P 组分的相关性
项　　目 酸　性　磷　酸　酶 中　性　磷　酸　酶
S R S R
全 P 0. 381 0. 133 0. 454 0. 594*
DA-P 0. 856* * 0. 584* 0. 696* 0. 240
I-P 0. 037 0. 106 0. 162 0. 773* *
Al-P - 0. 293 0. 428 0. 064 0. 137
Fe-P 0. 570 0. 525 0. 804* * 0. 266
O-P - 0. 036 - 0. 022 0. 041 0. 686*
Ca-P - 0. 738* * 0. 001 - 0. 428 0. 304
H 2SO 4-P 0. 537 0. 579* 0. 150 0. 017
　　* , * * 分别表示在 0. 05、0. 01水平下的显著性。
　　为了进一步阐明磷酸酶活性和 P 组分在土壤生态系统中的复杂关系,对这两组指标进行
了多元逐步回归分析, 结果列于表 6中。结果表明, 根圈酸性磷酸酶活性与 DA -P 关系最为密
切,且呈线性关系。R 为0. 584* *。中性磷酸酶活性与 I-P、DA -P 和H2SO4-P 呈密切的线性关
系, R 为 0. 893* * ,其中与 I-P 关系最为密切, R03为 0. 875* * ,其次是 DA-P, R 02为 0. 699* * , 与
H2SO 4-P 呈负相关, 但未达到显著水平。在根圈外酸性磷酸酶活性与 DA-P、Ca-P 和 H2SO4-P
呈极显著的线性关系, R 为 0. 950* * , 其中与 DA-P 呈极显著正相关, 与 Ca-P 呈极显著负相
关;中性磷酸酶活性只与 Fe-P 呈极显著正相关, R 为 0. 804* *。
表 6　杉木根圈内外土壤磷酸酶活性和 P 组分的逐步回归方程
土壤 逐 步回 归 方程 R R 0X
R APA= 1. 000 18+ 0. 148 61X 2 0. 584*
S
APA= 1. 034 73+ 0. 166 79 X 2
- 0. 374 29 X 7+ 0. 203 60 X 8
0. 950* *
R
NPA= - 8. 976 29+ 0. 846 20X 2
+ 1. 984 94 X 3- 0. 448 76 X 8
0. 893* *
S NPA= - 1. 111 73+ 0. 307 76 X 5 0. 804* *
R 02= 0. 692*
R 07= - 0. 795* *
R 08= 0. 564
R 02= 0. 699* *
R 03= 0. 875* *
R 08= - 0. 551
　　注: ( 1) X 1～X 8 分别代表全P、DA-P、I-P、Al-P、Fe-P、O-P, Ca-P 和H 2SO 4-P; ( 2) * 、* * 分别表示在 0. 05、0. 01水平下
的显著性; ( 3) R、R 0X分别表示复相关系数和偏相关系数; APA、NPA 分别表示酸性和中性磷酸酶活性。
3　讨　论
　　很显然, 杉木根圈土壤磷酸酶活性极显著高于根圈外土壤。由于它主要来源于植物和土壤
微生物的分泌物 [ 4, 12] ,根圈内根系和微生物活性的增加可能是导致磷酸酶活性提高的一个原
因。另外,磷酸酶是一个诱导酶[ 4] ,林地土壤低 P 水平可能刺激了根系和微生物分泌产生磷酸
酶, Silberbush 等[ 13]也表明,植物根系分泌磷酸酶的强度在一定程度上受植物对 P 需求的影
4615 期　　　　　　　陈 竣等: 杉木幼林根圈土壤磷酸酶活性、磷组分及其相互关系
响。
磷酸酶被土壤无机—有机复合体吸附着[ 4, 14] ,根圈有机质增加[ 3]导致土壤复合胶体大量
吸附磷酸酶, 许多研究表明磷酸酶活性与有机质呈极显著相关关系即可证明这一点[ 15～17]。
研究表明, Mg 2+ 能够提高磷酸酶活性[ 18] , 交换性 Mg 与磷酸酶活性有显著正相关关
系[ 15～17] ,杉木根圈交换性 Mg 的提高可能也是磷酸酶活性提高的一个原因。
由于根圈磷酸酶活性的提高(表 2) ,大量的无机 P, 包括 Al-P、Fe-P、O-P 和 Ca-P, 从有机
物中释放出来,累积在根圈中。Bhat 等[ 2]认为,有机态 P 加速分解成无机 P 释放于根圈,也会
引起无机P 累积。
酸性磷酸酶活性与 DA-P、Ca-P 和 H2SO4-P 之间以及中性磷酸酶活性与 DA-P、I-P 及
H2SO 4-P 之间的显著或极显著的相关关系表明,磷酸酶活性是评价土壤 P 素状况的一个有用
指标[ 19]。
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462 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
Soil Phosphatase Activity,P Fractions and Their Relationships
in the Rhizosphere of Chinese Fir Juvenile Plantation
Chen H ongj un 　 L i Chuanhan
　　Abstract　Acid and neutral pho sphatase act iv ity ( A PA and NPA ) , 8 P fractions and
their relat ionships in the rhizo sphere of Chinese f ir w ere studied. APA was higher than NPA
in soils o f the plantat ions. APA and NPA in the rhizosphere w ere increased by 1. 44, 0. 66
pheno l mg/ g ( 37℃, 12 h) compared w ith those in the bulk. T heir R / S values w ere 1. 91 and
2. 01, respect iv ely . T he contents of total P , DA -P, Al-P, Fe-P and H2SO 4-P w ere significant ly
higher in the rhizosphere than in the bulk. Their X R- X S values w ere 203. 45, 2. 21, 3. 05,
10. 93 and 10. 33 mg / kg , and their R / S values were 1. 61, 4. 68, 3. 61, 1. 97 and 2. 48, respec-
tiv ely . Ca-P w as markedly low er in the rhizosphere than in the bulk. It s X R- X S value w as
- 2. 34 and its R / S value w as 0. 72. T here were no signif icant dif ference in I-P and O-P be-
tw een rhizospher e and bulk soils. In the rhizosphere, APA was related to DA -P and H2SO4-P
( r= 0. 584 and 0. 579, respect ively) , and NPA was po sit iv ely related to total P , I-P and O-P
( r= 0. 594, 0. 773 and 0. 686, respect ively) .
　　Key words　Cunninghamia lanceolata 　rhizosphere 　 phosphatase act iv ity 　 P-frac-
tions
　　Chen Hon gjun, As sistant Profes sor( T he Research Inst itute of Forest ry, CAF　Beijin g　100091) ; L i Chuanh an (Depart-
men t of S oi l S cience, Cen tr al China Agricultural University) .
4635 期　　　　　　　陈 竣等: 杉木幼林根圈土壤磷酸酶活性、磷组分及其相互关系