不同齡組南酸棗根際與非根際土壤養(yǎng)分特征研究

童 琪，陳玫婷，龍菁琦，童方平，李 貴，劉振華，陳 瑞，吳 敏

（1.貴州省植物園，貴州 貴陽 550004；2.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004）

土壤是人類生產(chǎn)和生活中重要的自然資源，也是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，決定著生物的種類、數(shù)量和生長狀況[1-2]。德國微生物學(xué)家Lorenz Hiltner 認為根際土是存在于根系周圍、會受到根系活動的影響并且能夠從微區(qū)域中吸取大量營養(yǎng)元素的土體[3]。根際是植物根系活動對土壤影響最強烈、最直接的微域環(huán)境，是影響植物、土壤、微生物之間關(guān)系的關(guān)鍵平臺[4-6]，是三者進行物質(zhì)與能量交換最為活躍的區(qū)域，對于生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)發(fā)揮著重要的作用[7-9]。目前對于植物根際土的研究報道較多，梁月明[10]對喀斯特地區(qū)不同坡位優(yōu)勢灌木的研究中發(fā)現(xiàn)凌蒲桃與火棘根際養(yǎng)分都存在富集現(xiàn)象，根際與非根際土壤養(yǎng)分含量在不同坡位下存在顯著性差異。唐立霞等[11]發(fā)現(xiàn)不同種植年限黃蜀葵根際土中常量元素氮、磷及有機質(zhì)含量逐年下降，中量元素鎂、鈉含量呈上升趨勢，微量元素猛、鋅含量逐年降低，但是對于植物根際土與非根際土之間土壤養(yǎng)分特征研究較少。

南酸棗Choerospondias axillaris是漆樹科南酸棗屬落葉大喬木，別名五眼果、山棗子[12]。樹高可達30 m 以上，胸徑可達1 m 以上，是我國林果兼用的優(yōu)良速生樹種。南酸棗樹體高大通直、枝葉茂盛、外形美觀，具有生長快，適應(yīng)性強等特點，其用途廣泛，在用材、食用、藥用等方面都有很高的經(jīng)濟價值，擁有良好的開發(fā)前景。而國內(nèi)對于南酸棗的研究主要集中在苗木培育、林分、食用價值和藥用價值等方面[13-16]。本研究對不同齡組南酸棗根際與非根際土壤全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷、速效鉀含量進行了分析，旨在探明南酸棗根際養(yǎng)分的差異及其對土壤養(yǎng)分的利用情況[17-18]，為培育南酸棗提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區(qū)Ⅰ位于湖南省株洲縣王十萬鄉(xiāng)楓仙橋林場，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，氣候宜人，光熱充足，該地位于113°13′ E、27°72′ N，海拔高度為120～180 m，全年日照時數(shù)1 677 h，年平均氣溫17.2 ℃，年平均降水量1 400～1 700 mm，無霜期286 d 以上，土壤為砂礫巖紅壤，土層厚度為80 cm 以上。

試驗區(qū)Ⅱ位于湖南省華容縣勝峰國有林場，屬北亞熱帶，為濕潤性大陸季風(fēng)氣候，該地位于112°18′ E、29°10′ N，海拔高度為20～120 m，具有氣候溫和，四季分明，熱量充足，雨水集中的特點，年降水量1 188.6 mm，日照1 516.8 h，無霜日262 d 以上，土壤為四紀網(wǎng)紋層紅壤，土層厚度為80 cm 以上。

試驗區(qū)Ⅲ位于湖南省瀘溪縣軍亭界國有林場，瀘溪縣屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，該地位于109°40′ E、27°54′ N，海拔高度為300～500 m，氣候溫和，雨量較充沛，無霜期長，年平均氣溫16.9 ℃，年平均降水量1 326 mm，無霜期285 d以上，日照1 432 h，土壤為石灰?guī)r紅壤，土層厚度為70 cm。

1.2 樣地設(shè)置、植物選擇及土壤樣品采集

樣地設(shè)置：2016年6月分別選擇3年生、15年生、30年生南酸棗人工林為3 個齡組采樣，在株洲縣楓仙橋林場選取2013年（3年生）種植南酸棗，在華容縣勝峰國有林場選取2001年（15年生）種植南酸棗，在瀘溪縣軍亭界國有林場選取1986年（30年生）種植南酸棗，每個齡組設(shè)置3塊樣地，每塊樣地20 m×20 m。

植物選擇：對每塊樣地內(nèi)南酸棗進行胸徑調(diào)查，胸徑在樹干1.3 m 處采用胸徑卷尺進行測量，依據(jù)胸徑選取優(yōu)勢木、平均木、被壓木3 種樣株，每個樣株3 個重復(fù)。

土壤樣品采集：確定樣株后用土壤刀沿著植株基部慢慢挖出細根，采用抖落法采集植株根際土壤，一共有81 個根際土壤樣品。同時每個樣方內(nèi)沿“S”型采集10 個點0～20 cm 的表層土壤，將10 個點采集到的土壤充分混合作為一個樣方的非根際土，一共9 個非根際土壤樣品。采集后的新鮮土樣用自封袋裝好運回實驗室風(fēng)干，風(fēng)干粉碎后過100 目篩子，貯存于自封袋內(nèi)。

1.3 研究方法

全氮：用元素分析儀測定，儀器自動測算出樣品中的N（%）。

全磷、鉀：用混合酸消解，電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP）測定。

速效氮：用堿解-擴散法測定。

有效磷：用0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定。

速效鉀：用中性1 mol/L 乙酸銨溶液浸提，火焰光度計測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007、SPSS 20.0 對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，

差異顯著性分析采用LSD 多重比較法，根際和非根際間比較采用T-test 法，相關(guān)性分析采用Pearson 法。

根際富集率E（Enrichment ratio）反映養(yǎng)分的富集程度，E值的大小反映了植物根際效應(yīng)的強弱，計算公式如下：E＝［（根際含量－非根際含量）/ 非根際含量］×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同齡組南酸棗根際與非根際土壤氮素含量特征

2.1.1 全氮含量

土壤全氮含量是土壤養(yǎng)分的一個重要組成部分。由圖1可知，3年生南酸棗根際與非根際土壤全氮含量有顯著性差異（P＜0.05），但各根際土之間無顯著性差異（P＞0.05）。15年生南酸棗根際與非根際土壤全氮含量有顯著性差異 （P＜0.05）；除優(yōu)勢木與平均木根際土之間無顯著性差異（P＞0.05）外、其余根際土之間有顯著差異（P＜0.05）。30年生南酸棗根際與非根際土壤全氮含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異（P＜0.05）。

2.1.2 水解氮含量

由圖1可知，3年生南酸棗根際與非根際土壤水解氮含量無顯著性差異（P＞0.05）；平均木與劣勢木根際土之間有顯著性差異（P＜0.05），其余根際土之間無顯著性差異（P＞0.05）。15年生南酸棗根際與非根際土壤水解氮含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異 （P＜0.05）。30年生南酸棗根際與非根際土壤水解氮含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異（P＜0.05）。

圖1 不同齡組南酸棗根際與非根際土壤氮素特征Fig.1 Nitrogen characteristics of rhizosphere and non-rhizosphere soil in different age groups of Choerospondias axillaris

2.2 不同齡組南酸棗根際與非根際土壤磷素含量特征

2.2.1 全磷含量

由圖2單因素方差分析表明，3年生南酸棗根際與非根際土壤全磷含量無顯著性差異 （P＞0.05），各根際土之間無顯著性差異（P＞0.05）。15年生南酸棗根際與非根際土壤全磷含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異（P＜0.05）。30年生南酸棗根際與非根際土壤全磷含量有顯著性差異（P＜0.05），優(yōu)勢木與平均木根際土之間無顯著性差異（P＞0.05），其余根際土之間有顯著性差異（P＜0.05）。

2.2.2 有效磷含量

圖2 不同齡組南酸棗根際與非根際土壤磷素含量特征Fig.2 Phosphorus characteristics of rhizosphere and non-rhizosphere soil in different age groups of Choerospondias axillaris

由圖2單因素方差分析可知，3年生南酸棗根際與非根際土壤有效磷含量無顯著性差異（P＞0.05），各根際土之間無顯著性差異（P＞0.05）。15年生南酸棗根際與非根際土壤有效磷含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異（P＜0.05）。30年生南酸棗根際與非根際土壤有效磷含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異（P＜0.05）。

2.3 不同齡組南酸棗根際與非根際土壤鉀素含量特征

2.3.1 全鉀含量

由圖3單因素方差分析表明，3年生南酸棗根際與非根際土壤全鉀含量無顯著性差異（P＞0.05），各根際土之間無顯著性差異（P＞0.05）。15年生南酸棗根際與非根際土壤全鉀含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異 （P＜0.05）。30年生南酸棗根際與非根際土壤全鉀含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異（P＜0.05）。

2.3.2 速效鉀含量

由圖3單因素方差分析表明，3年生南酸棗根際與非根際土壤速效鉀含量無顯著性差異 （P＞0.05）；優(yōu)勢木與劣勢木根際土之間有顯著性差異（P＜0.05），其余各根際土之間無顯著性差異（P＞0.05）。15年生南酸棗根際與非根際土壤速效鉀含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異（P＜0.05）。30年生南酸棗根際與非根際土壤速效鉀含量有顯著性差異（P＜0.05），各根際土之間有顯著性差異 （P＜0.05）。

2.4 不同齡組南酸棗根際與非根際土壤養(yǎng)分富集率

由表1可以看出，3年生南酸棗根際全氮富集，全磷富集率為零，水解氮、有效磷、全鉀、速效鉀則均出現(xiàn)虧欠，且呈現(xiàn)無規(guī)律狀態(tài)。15年生南酸棗根際全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀富集，富集率大小均為優(yōu)勢木＞平均木＞被壓木。30年生南酸棗根際全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀富集，富集率大小均為優(yōu)勢木＞平均木＞被壓木。30年生南酸棗根際富集率比15年生南酸棗根際富集率高，其中全氮高出16.42%、水解氮高出34.63%、全磷高出16.31%、有效磷高出0.63%、全鉀高出11.98%、速效鉀高出13.1%。

2.5 不同齡組南酸棗根際與非根際土壤養(yǎng)分的相關(guān)分析

根據(jù)表2相關(guān)性分析，根際全氮與水解氮、全磷具有極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）；全氮與全鉀有顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），全磷與有效磷、全鉀具有極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），全鉀與速效鉀有顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。非根際全氮與全鉀有極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）；全氮與水解氮有顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），水解氮與速效鉀有顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），全鉀與速效鉀有顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。

表2 不同齡組南酸棗根際與非根際土壤養(yǎng)分相關(guān)系數(shù)?Table2 The correlation coefficient of soil nutrients in rhizosphere and non-rhizosphere soil among different age groups of Choerospondias axillaris

3 結(jié)論與討論

1）不同齡組南酸棗根際與非根際土壤養(yǎng)分含量分析。本研究發(fā)現(xiàn)，3年生南酸棗除全氮含量以外，全磷、水解氮、有效磷、全鉀、速效鉀含量在根際與非根際土之間不存在顯著性差異；且優(yōu)勢木、平均木、被壓木之間無顯著性差異。15年生南酸棗與30年生南酸棗全氮、全磷、水解氮、有效磷、全鉀、速效鉀含量在根際與非根際土之間都存在顯著性差異；且優(yōu)勢木、平均木、被壓木之間也存在顯著性差異。說明隨著生長年份的增加，南酸棗個體間根際土壤的差異性也隨之變大。

2）不同齡組南酸棗根際與非根際土壤養(yǎng)分富集率分析。植物通過根系不斷從土壤中吸收大量養(yǎng)分，然而在不同植物的吸收速率不一致的情況下，根際土壤內(nèi)的養(yǎng)分容易出現(xiàn)富集或者是貧乏的現(xiàn)象[19-20]。本研究中，3年生南酸棗根際土壤全氮存在富集作用，全磷持平，水解氮、有效磷、全鉀、速效鉀均存在虧缺，但是數(shù)值差異不大，造成這種結(jié)果可能是由于南酸棗幼樹根系對土壤質(zhì)量的影響力較小，根際效應(yīng)不明顯的緣故。15年生南酸棗與30年生南酸棗根際土壤全氮、全磷、水解氮、有效磷、全鉀、速效鉀均存在富集作用，且富集率大小均為優(yōu)勢木＞平均木＞被壓木，30年生南酸棗根際富集率比15年生南酸棗根際富集率高，其中全氮高出16.42%、水解氮高出34.63%、全磷高出16.31%、有效磷高出0.63%、全鉀高出11.98%、速效鉀高出13.1%。說明隨著樹齡與胸徑的增加，南酸棗根系對土壤質(zhì)量、土壤肥力的影響力越大，根際效應(yīng)越明顯。宋鑫等[21]對不同株齡紫穗槐根際與非根際土壤養(yǎng)分進了分析，研究表明隨著種植年限的增加，紫穗槐根際效應(yīng)越明顯，對培肥土壤有明顯的實效，與本研究結(jié)果一致。

3）不同齡組南酸棗根際與非根際土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析。土壤中的營養(yǎng)元素通過根系被植物吸收，再以凋落物等形式歸還至地表，然后通過微生物等的分解作用進入土壤，從而實現(xiàn)養(yǎng)分的循環(huán)[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，根際全氮與水解氮、全磷均具有極顯著正相關(guān)關(guān)系；全氮與全鉀有顯著正相關(guān)關(guān)系，全磷與有效磷、全鉀均具有極顯著正相關(guān)關(guān)系，這種相關(guān)性說明根際土壤的全氮、全磷、全鉀含量是相互影響的，且三者同時增加或降低。而非根際全氮與全鉀有極顯著正相關(guān)關(guān)系，全氮與水解氮有顯著正相關(guān)關(guān)系，水解氮與速效鉀有顯著正相關(guān)關(guān)系，全鉀與速效鉀有顯著正相關(guān)關(guān)系，說明非根際土壤中全氮含量對全鉀含量影響很大，而水解氮受全氮的影響較大，速效鉀受全鉀的影響較大。但是根際土壤中有效磷與全磷相關(guān)性極顯著，而非根際土壤中有效磷與全磷相關(guān)性不顯著，出現(xiàn)了完全不同的結(jié)果，具體原因有待進一步研究。