全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % # % 年 # 月
林 业 科 学
&’()*+(, &(-.,) &(*(’,)
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2345，$ % # %
连作杨树人工林根际土壤中 $ 种酚酸的
吸附与解吸行为!
王延平# 6 杨6 阳# 6 王华田# 6 姜岳忠$ 6 王宗芹#
（#1 山东农业大学农业生态与环境重点实验室 6 山东农业大学林学院 6 泰安 $7#%#8；
$1 山东省林业科学研究院 6 济南 $9#%%%）
摘 6 要：6 采集不同代人工林林地杨树根际土壤样品，采用等温吸附和解吸试验结合 :;-’ 定量测定，研究杨树根
际土壤中 $ 种主要酚酸（对羟基苯甲酸和苯甲酸）的吸附和解吸附特性，探讨 $ 种酚酸在杨树根际土壤中的累积机
制。结果表明：杨树根际土壤对对羟基苯甲酸和苯甲酸均具有较强的吸附能力，对羟基苯甲酸的平均吸附率
"<1 <=> ? 7$1 $">，苯甲酸的吸附率较对羟基苯甲酸低，平均吸附率 <=1 9<> ? !71 !">；@ABC4D0EFG 等温吸附方程
能很好地描述这 $ 种酚酸在杨树根际土壤中的吸附过程，吸附平衡浓度 ! C 和吸附量 ! H 之间存在较好的线性关系。
$ 种酚酸的吸附作用属于物理吸附，但解吸特性差异较大，对羟基苯甲酸在不同连作代数林地根际土壤吸附平衡液
中的解吸能力均较强，平均解吸率 !"1 "$> ? 9$1 8=>；而苯甲酸解吸能力较弱，尤其在高浓度吸附平衡体系中很难
进行解吸附，此规律与 $ 种酚酸的吸附常数基本吻合。$ 种酚酸的吸附和解吸特性一定程度上反映酚酸在杨树根
际土壤中的环境行为学特征，并为进一步揭示其在杨树根际微域的累积机制提供理论依据。
关键词：6 杨树根际；对羟基苯甲酸；苯甲酸；吸附和解吸；环境行为；累积机制
中图分类号：&7#81 9#=6 6 6 文献标识码：,6 6 6 文章编号：#%%# I 7!88（$%#%）%# I %%!8 I %8
收稿日期：$%%8 I #% I $8。
基金项目：教育部博士点专项科研基金（ $%%"!L$%%8K%"）。
!王华田为通讯作者。
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M34N J34OE4N# 6 J34N J34N# 6 M34N :B3PE34# 6 2E34N JBCQG/4N$ 6 M34N R/4NSE4#
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3;+%#52%：6 &/AOPE/4 34D DCH/AOPE/4 FG3A3FPCAEHPEFH /T PU/ OGC4/0EF 3FEDH，OVGWDA/XWYC4Q/EF 3FED 34D YC4Q/EF 3FED，E4 PGC
AGEQ/HOGCAC H/E0 /T F/4PE4B/BH FA/OOE4N O/O03A O034P3PE/4H UCAC E4ZCHPEN3PCD E4 /ADCA P/ TE4D 3FFB[B03PE/4 [CFG34EH[ /T PGC
OGC4/0EF 3FEDH5 ,4 EH/PGCA[H 3DH/AOPE/4 34D DCH/AOPE/4 [CPG/D 34D :;-’ PCHP UCAC BHCD5 +GC ACHB0PH HG/UCD PG3P
AGEQ/HOGCAC H/E0 /T O/O03A O034P3PE/4 G3D HPA/4N 3DH/AOPEZC F3O3FEPW P/ OVGWDA/XWYC4Q/EF 3FED 34D YC4Q/EF 3FED5 +GC 3ZCA3NC
3DH/AOPE/4 A3PC /T YC4Q/EF 3FED E4 PGC AGEQ/HOGCAC H/E0 3FED U3H TA/[ <=1 9<> P/ !71 !">，UGEFG U3H 0/UCA PG34 PG3P /T OV
GWDA/XWYC4Q/EF 3FED UEPG 34 3ZCA3NC 3DH/AOPE/4 A3PC TA/[ "<1 <=> P/ 7$1 $"> 5 @ABC4D0EFG EH/PGCA[H 3DH/AOPE/4 CSB3PE/4
UC00 DCHFAEYCD PGC 3DH/AOPE/4 OA/FCHH /T PG/HC PU/ OGC4/0EF 3FEDH E4 O/O03A AGEQ/HOGCAC H/E0，34D PGCAC CXEHPCD 3 HEN4ETEF34P
0E4C3A AC03PE/4 YCPUCC4 ! C（ 3DH/AOPE/4 CSBE0EYAEB[ F/4FC4PA3PE/4） 34D ! H（ 3YH/AY34FC）5 +GC 3DH/AOPE/4 /T PG/HC PU/
OGC4/0EF 3FEDH YC0/4NCD P/ OGWHEF30 3DH/AOPE/45 \BP，OVGWDA/XWYC4Q/EF 3FED G3D 3 HPA/4NCA DCH/AOPE/4 F3O3FEPW E4 DETTCAC4P
O/O03A O034P3PE/4 AGEQ/HOGCAC H/E0 34D PGC 3ZCA3NC DCH/AOPE/4 A3PC U3H TA/[ !"1 "$> P/ 9$1 8=> 5 (4 F/[O3AEH/4，PGC
DCH/AOPE/4 A3PC /T YC4Q/EF 3FED U3H 0/UCA，CHOCFE300W E4 Y3034FCD 3DH/AOPE/4 H/0BPE/4 3P GENG F/4FC4PA3PE/45 +GEH AB0C U3H
E4 3FF/AD34FC UEPG PGC 3DH/AOPE/4 F/4HP34P E4 PGC AGEQ/HOGCAC H/E0 /T DETTCAC4P O/O03A NC4CA3PE/45 +GC H/AOPE/4 34D
DCH/AOPE/4 /T PG/HC PU/ OGC4/0EF 3FEDH ACT0CFPCD PGC OA/OCAPW /T C4ZEA/4[C4P30 YCG3ZE/A E4 AGEQ/HOGCAC H/E0 34D F/B0D
E4PCAOACP 3FFB[B03PE/4 /T PGC OGC4/0EF 3FEDH E4 O/O03A AGEQ/HOGCAC H/E05
<*= ."#4+：6 O/O03A AGEQ/HOGCAC； OVGWDA/XWYC4Q/EF 3FED； YC4Q/EF 3FED； H/AOPE/4 34D DCH/AOPE/4； C4ZEA/4[C4P30
YCG3ZE/A；3FFB[B03PE/4 [CFG34EH[
! 第 " 期 王延平等：连作杨树人工林根际土壤中 # 种酚酸的吸附与解吸行为
! ! 自 $%&’()*（"+,-）首次提出植物化感作用以来，
化感问题受到广大学者的重视。迄今为止所发现的
化感物质中酚酸类物质具有较强的化感活性，成为
植物化感研究最多的一类物质（ ./0123’4，"++5；
6’78/0% !" #$9，#::"；;(<4%7<，#::"）。有学者认
为，酚酸物质在根际土壤中的逐渐累积可对林木产
生较强的自毒作用，并造成土壤微生态环境改变，进
而引发地力衰退（=’(*12，"+>:；?1@@21A !" #$9，#::B；
林思祖等，"+++；马祥庆等，#:::；梁文举等，
#::C；林文雄等，#::-）。在杉木（ %&’’(’)*#+(#
$#’,!-$#"#）、桉 树（ .&,#$/0"&1）、马 尾 松（ 2(’&1
+#11-’(#’#）等树种的连作人工林中酚酸物质的化
感效应问题已被有关研究证实（马越强等，"++>；
黄志群等，#:::；汪思龙等，#::#；陈龙池等，
#::#；#::,；曾任森等，"++-；李延茂等，#::C；曹
光球等，#::C；王晗光等，#::5）。但目前尚缺少它
们在人工林地产生和累积机制的有关研究。人工林
地土壤中酚酸物质的累积取决于林地内诱导这些物
质产生的土壤条件以及土壤对酚酸的吸附和降解能
力，其中酚酸在土壤胶体上的吸附和降解特性是决
定酚酸在土壤中归趋（ @841）的重要因素（D8&4%/ !"
#$9，"+>+；./0123’4，#::B），关于酚酸的环境行为学
问题也逐渐受到有关学者的重视。
杨树（2-0&$&1）生长迅速、木材优良、用途广泛，
是工业人工林定向培育最适宜的树种之一，目前已
成为我国长江流域及黄淮海地区最重要的速生丰产
林树种。迄今为止，我国的杨树人工林已经有连作
, 代林、B 代林，个别地方甚至出现连作 C 代林，地力
衰退现象非常严重（王华田等，#::-；刘福德等，
#::C）。为探讨杨树人工林地力衰退的实质，谭秀
梅等（#::>）采用 EFGH 对不同连作代数杨树根际土
进行分析，检测到强化感物质对羟基苯甲酸、苯甲酸
等酚酸物质在根际土中的累积。本研究在此基础
上，开展了对羟基苯甲酸和苯甲酸 # 种酚酸在杨树
根际土壤中的吸附和解吸附特性研究，以期为揭示
这 # 种化感物质在杨树根际微域的累积机制提供理
论依据。
"! 材料与方法
!" !# 材料与试剂
"）供试土壤 ! 取自山东省泰安市宁阳县高桥
林场 " 代（!）、# 代（"）、, 代（#）、B 代（$）美洲
黑杨（2-0&$&1 3!$"-(3!1）速生丰产林，试验样地位于
大汶河沿岸河滩阶地，土壤为粗沙质河潮土，颗粒较
粗，保肥保水性差，有机质含量较低。于 - 月采集土
样，在每种林分内设置 , 个标准地，在每个标准地内
随机抽取 , 株平均木，距树干基部 :I C 7 处呈梅花
形分布设置 C 个取样点，挖取 : J C: )7 土层中直径
小于 :I C )7 的杨树根系，采集细根上粘附的土壤，
充分混合后装入已消毒的密封塑料袋中带回实验
室。各林地根际土壤基本理化性质见表 "。
表 !# 不同林地杨树根际土壤理化性质!
$%&’ !# ()*+,-%. %/0 -)12,-%. -)%3%413,+4,-+ 56 3),75+8)131 +5,. ,/ 0,66131/4 858.%3 8.%/4%4,5/
林地
=%21(4
&8/0
有机质（4"）
K2L8/’) 784412 M
（ L·NL O "）
速效氮（4#）
PQ8’&8R&1 S M
（7L·NL O "）
有效磷（4,）
PQ8’&8R&1 F M
（7L·NL O "）
速效钾（4B）
PQ8’&8R&1 T M
（7L·NL O "）
UE 值
（4C）
微量元素
;28)1 1&171/4 M（7L·NL O "）
H<（45） V/（4-） =1（4>） $/（4+）
! "I 5: 8 #:I > 8 +I "C 8 ##I -5 8 5I ++ 8 :I ,# 8 #I ,# 8 "#I :: R) 5I B- R
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! ! %每组同列字母不相同表示在 2 W :I :C 水平经 GXD 多重比较后差异显著。D’@@121/4 &14412( ’/ (871 )%&<7/ (*%Y10 (’L/’@’)8/4 0’@@121/)1 84
:I :C &1Q1& 8@412 GXD9
! ! #）试剂 ! 对羟基苯甲酸、苯甲酸（色谱纯）购自
上海化学试剂公司，甲醇、冰乙酸、乙腈等试剂均选
用色谱纯。
!" 9# 方法
"）土壤处理 ! 将土壤样品风干后碾细，过 5:
目筛（孔径 :I #C 77），置于高压灭菌锅灭菌 " *。
#）酚酸标样制备 ! 分别准确称量 ":I :，#:I :，
,:I :，B:I :，C:I : 7L 对羟基苯甲酸和苯甲酸，混合
后置于烧杯，用甲醇溶解并定容于 ":: 7G 容量瓶
中，形成 # 种酚酸质量浓度梯度为 "::，#::，,::，
B::，C:: &L·7G O "的混合标准液。
,）色谱条件 ! 美国 ;*127% =’(*12 X)’1/4’@’) 高
效液相色谱仪，FDP 紫外检测器，色谱柱 D’87/(’&
H">，流动相乙腈（P）和双蒸水（Z）（用冰乙酸调 UE
值至 #I >），检测波长为 #>: /7，柱温 #C [，采用自
动连续梯度洗脱设置：: 7’/ 开始时 P \ Z 为
5] \ +B]，BC 7’/ 后为 -#] \ #>]；进样量 ": &G，流
速为"I : &G·7’/ O "。
+B
林 业 科 学 !" 卷 #
!）$ 种酚酸标样质量浓度与峰面积标准曲线
的绘制 # 采用外标法定量测度对羟基苯甲酸和苯甲
酸质量浓度与图谱峰面积的关系。将 $ 种酚酸混合
标样进行色谱分析，分别以 $ 种酚酸的峰面积和标
样质量浓度作图，通过线性回归得到 $ 种酚酸质量
浓度和图谱峰面积的线性方程：
对 羟 基 苯 甲 酸， ! % &’(! ()* +
,( "-,. ("，#$ %*. /-$；
苯甲酸，! % $)$ !’* + (! *-’. !"，#$ % *. /-!。
拟合方程中，! 表示色谱峰面积，" 表示酚酸标样质
量浓度（!0·12 & (）。
,）吸附和解吸附试验 # 等温吸附试验：各称取
,. ** 0 不同代数人工林林地灭菌干燥根际土样 !
份，分别置于 ! 只 (** 12 锥形瓶中，分别加入 ,*
12 质量浓度为 (**，$**，’**，!** !0·12 & (的对羟
基苯甲酸和苯甲酸标准液，于 $, 3条件下恒温振荡
$! 4，静置 ’* 156 后，吸取上清液 $ 12 置于离心管，
室温以 ! *** 7·156 & (离心 (* 156，取清液用 *. $,
!1 滤膜过滤，后进行色谱分析。
等温解吸试验：吸附完成后的土壤样品溶液抽
取 (* 12 上清液，然后加入 (* 12 去离子水，使溶液
体积保持在 ,* 12，在 $, 3条件下恒温振荡 $! 4，
静置 ’* 156，吸取上清液 $ 12 置于离心管，离心
（条件同上），取清液用 *. $, !1 滤膜过滤，上液相
色谱测定。
!" #$ 数据处理
(）酚酸的吸附能力：根据加入标准液的初始质
量浓度和吸附平衡液中酚酸质量浓度之差计算土壤
对酚酸吸附量和吸附率。
吸附量：$ 8 % & ’ ( %
（$ 9 ) $ :）·*
+
， （(）
吸附率：# 8 %
（$ 9 ) $ :）
$ 9
， （$）
式 (，$ 中，$ 8 表示单位质量土壤吸附的酚酸量
（!0·0 & (）；$ 9 表 示 酚 酸 的 初 始 质 量 浓 度
（!0·12 & (）；$ : 表示吸附平衡液中酚酸的质量浓度
（!0·12 & (）；* 表示溶液的体积（12）；+ 表示土壤
样品的质量（ 0）；# 8 表示酚酸的吸附率。
$）酚酸的吸附热力学特征：为清晰表明对羟基苯
甲酸和苯甲酸在连作杨树根际土壤中的吸附行为，本
研究应用 ;7<:6=>5?4 吸附等温方程式模拟了 $ 种酚酸
在不同代数人工林根际土壤中吸附热力学特征。
$ 8 % , =·$ :
( ’ -，或 >0$ 8 % >0, = .
(
-
>0$ :，（’）
式 ’ 中，$ 8 意义同上；, = 是在一定温度下一定量化
感物质 &吸附剂结合常数，即吸附平衡常数；( ’ - 为
拟合方程系数。
’）酚酸的解吸附能力：用解吸率表示解吸的难
易程度，在数值上为解吸量占吸附量的百分数。
解吸率：# = %
（$ 8 ) $
!
8 ）
$ 8
， （!）
$!8 %
（$ : ) $
!
: ）·*
+
， （,）
式 !，, 中，# = 表示酚酸解吸率；$
!
8 表示解吸平衡后
土壤对酚酸的吸附量；$!: 表示解吸平衡后样品溶
液中酚酸的质量浓度；$ 8，$ : 意义同上。
!）土壤对酚酸吸附的自由能变化：
!/ % ) @A>6, 9?， （"）
式 " 中，+/ 表 示 土 壤 吸 附 时 的 自 由 能 变 化
（BC·19> & (），@ 为常数（-. ’*/ C·19> & (），A 为绝对温
度（$)’. (, D），, 9?为单位土壤有机质的吸附常数
（, 9? % , = E土壤有机质含量）。
$# 结果与分析
%" !$ 不同林地杨树根际土壤对 % 种酚酸的吸附
作用
从表 $ 中可以看出，不同代数杨树根际土壤对
苯甲酸和对羟基苯甲酸均具有较强的吸附能力，对
羟基苯甲酸的平均吸附率在 "’. ’/F G )$. $"F 之
间，苯甲酸的吸附率较对羟基苯甲酸低，平均吸附率
在 ’/. ,’F G !). !"F。因此，对羟基苯甲酸和苯甲
酸在杨树根际土壤中均较容易被吸附，且土壤对对
羟基苯甲酸的吸附能力高于苯甲酸。吸附量定量表
征了单位质量土壤对酚酸的吸附能力。随 $ 种酚酸
初始质量浓度的增加，其在不同代根际土壤中均出
现吸附量增加的现象，这是大多数分子型有机物被
土壤胶体吸附呈现的一致特点。不同代数杨树根际
土壤对 $ 种酚酸的吸附能力变化趋势基本一致，即
随连作代数的增加，土壤对酚酸的吸附量变大，这可
以很好解释随连作代数增加 $ 种酚酸在杨树根际土
壤中的含量亦明显增加的规律。
%" %$ % 种酚酸在不同林地杨树根际土壤中的等温
吸附特性
从表 ’ 中可以看出，对羟基苯甲酸和苯甲酸在
不同代数杨树根际土的等温吸附用 ;7<:6=>5?4 方程
拟合后，拟合方程系数 ( ’ - 大都在 *. -* G (. (* 之
间，相关系数 0 大都在 *. /) 以上，相关性显著或极
显著水平，说明此方程能很好地描述 $ 种酚酸在杨
树根际土中的吸附过程，吸附平衡质量浓度 $ : 和吸
附量 $ 8 之间存在较好线性关系（图 (）。
*,
! 第 " 期 王延平等：连作杨树人工林根际土壤中 # 种酚酸的吸附与解吸行为
表 !" 不同林地杨树根际土壤对对羟基苯甲酸和苯甲酸的吸附能力
#$%& !" ’()*+,(- .$*$.,+/ (0 *12/3)(4/%5-6(,. $.,3 $-3 %5-6(,. $.,3 ,- )2,6(7*25)5 7(,8 (0 3,005)5-+ *(*8$) *8$-+$+,(-
酚酸种类
$%&’()*+ ,+*-.
林地
/(0&.1
),’-
初始质量浓度 ! (
2’*1*,) 3,..
+(’+&’10,1*(’ 4
（!5·36 7 "）
吸附平衡质量浓度 ! &
89:*)*;0*:3 3,..
+(’+&’10,1*(’ (<
.(0=1*(’ 4（!5·36 7"）
吸附量 ! .
>;.(0=1*(’ 4
（!5·5 7 "）
吸附率 " .
>;.(0=1*(’ 0,1*( 4 ?
平均吸附率
>@&0,5& 0,1*( 4 ?
对羟基苯甲酸
=A%B-0(CB;&’D(*+ ,+*-
"
#
$
%
"EE
#EE
FEE
GEE
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苯甲酸
N&’D(*+ ,+*-
"
#
$
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GEE
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GEE
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LEH L#
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GIH F#
GKH LF
GIH E#
GKH FF
LGH KJ
FMH JM
FKH JM
FGH JK
FMH LF
GIH GK
GKH JE
G"H LJ
表 9" 不同林地杨树根际土壤对 ! 种酚酸的等温吸附特性!
#$%& 9" :2$)$.+5),7+,.7 (0 ,7(+25);7 $37()*+,(- (0 +<( *25-(8,. $.,37 ,- )2,6(7*25)5 7(,8 (0 3,005)5-+ *(*8$) *8$-+$+,(-
酚酸种类
$%&’()*+ ,+*-.
林地
/(0&.1
),’-
吸附常数 #-
>;.(0=1*(’ +(’.1,’1
拟合方程系数 " 4 $
O&50&..*(’ +(&<<*+*&’1
相关系数 %
P(00&),1*(’ +(&<<*+*&’1
&
对羟基苯甲酸
=A%B-0(CB;&’D(*+ ,+*-
苯甲酸
N&’D(*+ ,+*-
" FIH "K EH J# EH MIK EH E#G!
# ""H MJ "H " EH MMM EH EE"!!
$ IMH LL EH #K EH JGM EH "L"
% "JH #L EH MM EH MMJ EH EE#!!
" "LJH IJ EH FG EH MGM EH EL"
# ##H FM EH J" EH MM" EH EEM!!
$ MH II EH MJ EH MMM EH EE"!!
% IEH #F EH LF EH MJK EH E"G!
! ! &!表示显著水平（& Q EH EL），!!表示极显著水平（& Q EH E"）。R*5’*<*+,’+& )&@&)，! & Q EH EL，!!& Q EH E"S
"L
林 业 科 学 !" 卷 #
图 $# % 种酚酸在不同代数林地根际土中的等温吸附曲线
&’() $# *+,-./01+ 23+,04-’,5 6708/ ,9 -:, 4./5,;’6 26’3+ ’5 0.’<,+4./0/ +,’; ,9 3’99/0/5- 4,4;20 4;25-2-’,5
# # 此外，从表 = 中可以看出，% 种酚酸的吸附常数
! 3 在不同根际土壤中差异较大，这可能与各自的土
壤性质存在关系。对 % 种酚酸的吸附常数 ! 3 与土
壤理化性质进行多元线性回归，回归方程如下：
对羟基苯甲酸："$ > ? @%!A "B C %A @D%#$ ?
%A "D$#% C D!A E!@#D，$
% > FA EDB；
苯 甲 酸："% > ? DB"A =F@ C @$DA @!E#$ C
$=A $D@#% C !A @=E#D，$
% > FA E"=。
式中，"$、"% 分别为对羟基苯甲酸和苯甲酸 ! 3 值，
因子 #$，#%，#D 指标同表 $。
从回归方程可以看出，虽然 % 种酚酸在杨树根
际土壤中的吸附高度依赖于土壤中有机质的含量，
但也受根际土壤中金属离子含量的影响。其中，对
羟基苯甲酸 ! 3 值变化规律与土壤中 G5 含量的变
化呈现一致规律，苯甲酸 ! 3 值变化与土壤中有机质
含量的变化呈现一致规律（图 %）。
图 %# 不同林地根际土有机质和 G5 含量与
% 种酚酸的吸附常数（!3）变化规律
&’() %# H.25(/ ,9 2I+,04-’,5 6,5+-25-（!3）,9 -:, 4./5,;’6
26’3+ 253 ,0(25’6 J G5 6,5-/5- ’5 3’99/0/5- 0.’<,+4./0/ +,’;+
!" #$ ! 种酚酸在不同林地杨树根际土壤上的吸附
自由能变化
土壤吸附时的自由能变化是反映土壤吸附特性
的重要参数，根据吸附自由能变化的大小，可以推断
土壤的吸附机制，当自由能变化小于 !$A E! KL·
1,; ? $时为物理吸附，反之为化学吸附（蔡道基，
$DDD）。从表 ! 中可以看出，对羟基苯甲酸和苯甲酸
在根际土中的吸附自由能变化范围分别为 ? DA %B
KL· 1,; ? $ M +% M ? !A D@ KL· 1,; ? $ 和 ? $FA !=
KL·1,; ? $ M+% M ? !A @$ KL·1,; ? $，% 种酚酸在杨
树不同林地根际土壤中的吸附均属于物理吸附。由
于物理吸附到达吸附平衡的速度较快，而且在某种
因素影响下该吸附是可逆的，因此 % 种酚酸在杨树
根际土壤中的吸附作用可能较为迅速，并同时伴有
解吸现象。
!" %$ ! 种酚酸在不同林地根际土壤中的解吸特性
为研究对羟基苯甲酸和苯甲酸在杨树根际土壤
中的解吸特性，本研究进行了 % 种酚酸在根际土壤
溶液中的等温解吸试验。从表 @ 中可以看出，对羟
基苯甲酸在各代根际土吸附平衡液中的解吸能力均
较强（平均解吸率 !"A "%N O @%A EDN），而苯甲酸解
吸能力较弱，尤其在高质量浓度吸附平衡体系中很
难进行解吸附，这一规律与 % 种酚酸在不同代数根
际土壤中的吸附常数基本一致。说明对羟基苯甲酸
淋溶后能增加土壤中自由态的含量，从而增加其在
土壤中的移动性，同时亦增加了其在土壤中的化感
潜能；苯甲酸则相反，一旦被土壤胶体吸附后很难进
行解吸附，这一方面限制了其在土壤中的移动，另一
方面使其在土壤中大多以束缚态形式存在。有研究
表明，化感物质进入土壤后，由于受土壤吸附作用的
影响通常形成自由态（ 90//）、可逆束缚态（ 0/8/0+’I;P
I,753）和完全束缚态（ I,753）= 种形式（ Q’6/，
$DE!），而自由态和可逆束缚态的化感物质是真正
具有化感活性（ I’,282’;2I’;’-P）的部分，处于可逆束
缚态的化感物质在外界因素的影响下将脱离土壤胶
体的结合位点而转变为自由态从而具备化感潜能。
%@
! 第 " 期 王延平等：连作杨树人工林根际土壤中 # 种酚酸的吸附与解吸行为
表 !" 不同林地杨树根际土壤对苯甲酸和对羟基苯甲酸的吸附自由能变化
#$%& !" ’($)*+ ,- -.++ +)+.*/ ,- 01(/2.,3/%+)4,56 $652 $)2 %+)4,56 $652 5) .(54,70(+.+
7,58 ,- 25--+.+)9 0,08$. 08$)9$95,)
酚酸种类
$%&’()*+ ,+*-.
林地
/(0&.1
),’-
有机质含量
203,’*+ 4,11&0 5
（ 3·63 7 "）
吸附常数 ! -
89.(0:1*(’ +(’.1,’1
! (+
吸附自由能+"
/0&& &’&03; (< ,9.(0:1*(’ 5
（ 6=·4() 7 "）
对羟基苯甲酸
:>%;-0(?;9&’@(*+ ,+*-
苯甲酸
A&’@(*+ ,+*-
! "B CD EFB "C #EB #E 7 FB "G
" "B EH ""B IJ JB JF 7 GB IH
# "B EG FIB HH HIB EF 7 IB #F
$ "B GJ "JB #H "#B EE 7 HB FD
! "B CD "HJB FJ IIB #G 7 "DB GE
" "B EH ##B EI "CB HI 7 CB EF
# "B EG IB FF FB #I 7 GB H"
$ "B GJ FDB #E GFB GH 7 JB FC
表 :" 对羟基苯甲酸和苯甲酸在不同杨树根际土壤中的解吸特性!
#$%& :" ;+7,.095,) 6$0$659/ ,- 01(/2.,3/%+)4,56 $652 $)2 %+)4,56 $652 5) .(54,70(+.+ 7,58 ,- 25--+.+)9 0,08$. 08$)9$95,)
酚酸种类
$%&’()*+ ,+*-.
林地
/(0&.1
),’-
解吸平衡质量浓度 # &!
KLM*)*90*M4 4,..
+(’+&’10,1*(’ (<
-&.(0:1*(’ 5（%3·4N 7 "）
解吸量（# . 7 # .!）
O&.(0:1*(’ 5（%3·3 7 "）
解吸率 $-
O&.(0:1*(’ 0,1*( 5 P
平均解吸率
8Q&0,3& 0,1*( 5 P
对羟基苯甲酸
:>%;-0(?;9&’@(*+ ,+*-
苯甲酸
A&’@(*+ ,+*-
!
"
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EH
林 业 科 学 !" 卷 #
$ # 讨论
%）酚酸类物质在土壤中的累积与其吸附和解
吸行为关系密切。以往研究表明，自然状态下植物
根系分泌的化感物质极少，不足以发挥化感效应
（&’()*++ !" #$,，-..%）。此外，由于受土壤微生物降
解作用和土壤胶体吸附作用的影响，具有化感活性
的物质在土壤中的质量浓度是极其微小的，甚至其
存在是短暂的。化感效应发挥必须建立在化感物质
一定质量浓度基础之上，这在很多受控试验中都得
到证实。因此，化感效应发挥的前提是化感物质的
累积，这一过程不但与植物根系分泌化感物质的强
度有关，而且强烈地受到土壤中微生物活动（&/01
!" #$,，%233；张淑香等，-...）及土壤胶体吸附能
力的影响以及与化感物质本身的特性有关。化感物
质在土壤中的累积机制是化感效应研究中值得关注
的问题，化感物质在土壤中的环境行为特征研究成
为揭示化感物质累积机制的重要内容。其中，对化
感物质在土壤中的吸附和解吸附行为的研究可为这
个问题的解决提供重要的理论依据。本研究针对杨
树连作人工林根际土壤中呈明显累积的 - 种酚酸
（对羟基苯甲酸和苯甲酸），通过其在不同代数根际
土壤中的吸附特性研究，结果表明对苯甲酸和对羟
基苯甲酸在不同代数杨树根际土中均具有较强的吸
附能力，对羟基苯甲酸的平均吸附率在 "$4 $335 6
7-4 -835之间，苯甲酸在杨树根际土中的吸附率较
对羟 基 苯 甲 酸 低，平 均 吸 附 率 在 $24 8-85 6
!74 !"$5。等温吸附试验表明，- 种酚酸在不同代
数根际土壤中的吸附平衡浓度 % * 和吸附量 % 9 之间
存在较好线性关系，拟合方程系数大都在 .4 3. 6
%4 %. 之间，:(0*; 等温吸附方程能很好描述 -
种酚酸在杨树根际土中的吸附过程，并能很好解释
- 种酚酸在根际土壤中的吸附规律。- 种酚酸的解
吸附特性表明，对羟基苯甲酸在各代根际土的吸附
平衡溶液中的解吸能力均较强，平均解吸率在
!"4 "-5 6 8-4 325之间；而苯甲酸解吸能力较弱，尤
其在高质量浓度吸附平衡体系中很难进行解吸附，
此规律与 - 种酚酸在不同代数根际土壤中的吸附常
数变化规律基本一致。以上结论在一定程度上可以
较好解释 - 种酚酸在杨树根际微域的累积机制，即
对羟基苯甲酸在杨树根际土壤中较容易被吸附，且
该吸附属于可逆吸附，当遭受淋溶后能迅速增加土
壤中自由态的含量，同时增加了其在土壤中的化感
潜能；而苯甲酸被土壤胶体吸附后很难进行解吸附，
使其在土壤中大多以束缚态形式存在，降低了土壤
中具有化感潜能的自由态的含量。因此，应用常规
?@AB 法对不同代数杨树根际土进行检测时会发现
对羟基苯甲酸的累积量明显高于苯甲酸（谭秀梅
等，-..3）。虽然有学者针对某些酚酸类化感物质
在土壤中的吸附特征进行了一些探讨（ B*==>’ !"
#$,，-..!），但基于化感物质本身的性质以及研究
方法和技术的局限，对化感物质的环境行为学特征
及其影响因素认识不足，尚难形成对酚酸物质累积
机制的清晰认识。目前，在环境科学领域，针对农业
生产中的某些常用除草剂，如乐斯本（ =>/C(DE(’FC9，
又名毒死稗）、阿特拉津（ G+(GH’;*，又名莠去津）、草
甘磷（ I/ED>C9G+*， 又 名 镇 草 宁 ）、二 甲 戊 灵
（D*;<’1*+>G/’;，又名杀草通）等以及某些有毒重金
属元素（铜、铅、镉）在环境中的累积问题，从其在土
壤及水体中的环境行为角度开展研究较多（郭观林
等，-..8；王平等，-..7；刘松长等，-..7），由此形
成了较为完善的有毒物质环境化学行为的理论体系
和研究方法。因此，关于化感物质的累积机制研究
今后应该更加注重借鉴环境科学领域的研究方法。
-）酚酸类物质在土壤中吸附和解吸行为受多
种因素的影响。有研究表明，酚酸在土壤中的吸附
机理非常复杂，虽然现有的试验数据仅能够说明有
限的几个化感物质吸附位点，但试验结果均表明土
壤胶体对化感物质的吸附可能会通过静电吸附、离
子交换吸附、范德华力吸附、有机物之间的疏水结合
和氢键结合、配体交换等多种方式进行（ A*>1G;; !"
#$,，%237；J=&(’<*，%237），不同的吸附机制决定了
其吸附能力和解吸能力。土壤胶体性质与酚酸的吸
附密切相关，有研究发现锰氧化物能够增加土壤对
酚酸的吸附（A*>1G;; !" #$,，%233），铁氧化物也有
类似的促进作用（JG)’;C !" #$,，%22"），本研究的结
果也重现了这一结论。B*==>’ 等（-..!）的研究结
果表明对羟基香豆酸、阿魏酸、藜芦酸、香草酸以及
对羟基苯甲酸等 8 种酚酸在土壤中的吸附和解吸附
高度依赖于有机质含量、酸碱性（ D? 值）、金属氧化
物含量及黏粒含量等土壤特性，同样其吸附机制亦
非常复杂，不能仅仅从土壤的某一特性进行判断。
K;<*(L’+ 等（-..!）研究了沙壤土（ 9G;土 M壤质沙土（ /CG1E 9G;<）- 种土壤对苯甲酸的吸
附特性，结果表明土壤中的粒径组成、有机质含量、
D? 值、金属离子含量等很多因素都会影响苯甲酸的
吸附能力。此外，酚酸在土壤胶体上的吸附与其本
身的分子结构和性质有关，例如肉桂酸衍生物在土
壤中的吸附强于苯甲酸衍生物（NG/+C; !" #$,，%232；
?G’<*( !" #$,，%278；A*>1G;; !" #$,，%237），而酚酸
!8
! 第 " 期 王延平等：连作杨树人工林根际土壤中 # 种酚酸的吸附与解吸行为
环状结构上的甲基氧基团或丙烯酸侧链可以增强它
们在土壤中的吸附。
可见，化感物质在土壤中的环境行为受多种因
素的影响，关于对羟基苯甲酸和苯甲酸在不同代数
杨树根际土壤中的累积机制有待于进一步深入
研究。
参 考 文 献
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（责任编辑 ! 郭广荣）
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