土壤—植物根际磷的生物有效性研究

土壤－植物根际磷的生物有效性研究李法云高子勤（辽宁大学生物系,沈阳１１００３６）（中国科学院沈阳应用生态研究所,１１００１５）ＳｔｕｄｙｏｆＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＡｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅＳｏｉｌ＿ｐｌａｎｔＲｈｉｚｏｓｐｈ...     

毛竹根际与非根际土壤重金属、理化性质及酶活性特征

于2014年2月至2015年1月在浙江省衢州市铅锌矿附近毛竹林地采集土样,对土壤重金属含量、pH以及土壤酶活性等的动态变化特征进行了研究。结果表明:根际土与非根际土的p H在1a中变化均不明显,且变化范围都处在4.50—4.85之间;非根际土的土壤含水率大于根际土,两者的变化幅度较大,最低值均出现在6月和10月;根际土中Zn和Cd的有效态含量远高于非根际土,而Pb的有效态含量则表现出非根际土大于根际土的特点;过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶和脱氢酶在根际土中的活性明显高于非根际土;从土壤重金属有效态与土壤酶活性相关性来看,根际土中,除有效态Pb与过氧化氢酶呈显著负相关外,其余重金属元素有效态与土壤酶活性相关性均没有显著相关性,而在非根际土壤中,有效态Cd与过氧化氢酶呈极显著负相关,与脲酶呈显著负相关,Zn和Cd则与土壤酶活性之间没有显著相关性。综合研究结果表明,毛竹根际土壤质量总体上明显优于非根际土,这为毛竹今后作为植物修复的材料提供了一定的理论依据。     

落叶松根际土壤磷的有效性研究

野外用剥落法采集落叶松(Larixgmelini)根际土与非根际土,分析P浓度的变化,结果表明,落叶松根际土与非根际土全P浓度无明显差异,但根际土有效P却明显高于非根际土.12年生时根际土有效P增加12.6%,40年生时增加23.4%,表明落叶松根际对土壤中的P具有活化作用.落叶松根际土无机P各组分与非根际土亦有差异,表现出根际土OP低于非根际土,AlP、FeP、CaP和NH4ClP则高于非根际土的趋势.落叶松根际土的pH低于非根际土,但落叶松根际并未发生明显酸化.落叶松根际有效P与pH变化相关不显著.     

磷高效基因型小麦对缺磷胁迫的根际适应性反应

采用奶箱分隔栽培试验法,进行了磷高效与磷低效小麦基因型根际土壤ＰＨ与有效磷变化的研究,结果表明：小麦根际土壤ＰＨ和有效磷含量皆明显低于外围土壤,表现出明显的根际效应特征;磷高效基因型小麦的根际ＰＨ和有效磷含量明显低于磷低效基因型,ＰＨ变异范围和磷素亏缺区也表现明显较大。为了进一步验证磷高效小麦基因型这的这一根际特征,同时进行了施用水溶性,枸溶性磷肥的试验研究,结果表明,以水溶性磷肥对根际ＰＨ和有效     

磷空间有效性对拟南芥根形态构型的影响

磷空间有效性显著影响拟南芥主、侧根生长。在均一的磷处理下,极度磷胁迫或过量供磷均会导致拟南芥主根变短和侧根密度降低。在分层的磷处理下,上层高磷下层低磷能明显促进主根伸长生长,提高侧根在高磷区域的密度,说明植物根系在下层低磷区感受到磷胁迫信号后,可促进上层高磷区侧根的形成和发育。     

苗期化感水稻对根际土壤微生物群落及其功能多样性的影响

水稻化感潜力的田间表现受根际微生物间接调控。以不种水稻的土壤为对照,通过平板计数法、氯仿熏蒸法和BIOLOG分析,探讨了水稻PI312777、IAC47Iguape Cateto和Lemont苗期根际土壤微生物的群落特征及其功能多样性。结果表明,水稻品种显著地影响其根际微生物生物量碳,不同品种水稻根际微生物生物量碳大小为:Iguape Cateto(441.0mg.kg-1)>IAC47(389.7mg.kg-1)>PI312777(333.2mg.kg-1)>Lemont(283.8mg.kg-1),对照土壤为129.3mg.kg-1;PI312777、IguapeCateto、IAC47、Lemont土壤的呼吸作用强度依次为1.404、1.019、0.671、0.488μgC.g-.1h-1,对照土壤仅为0.304μgC.g-.1h-1。不同品种水稻根际土壤微生物均以细菌占优势,占微生物总数的58.4%~65.6%,放线菌占32.2%~39.4%,占2.2%~2.8%。BIOLOG分析显示,不同水稻根际土壤的平均颜色变化率(AWCD)显著不同,总以强化感水稻PI312777最高,弱化感水稻Lemont最小,各土壤的AWCD值在培养144h时均达到最大值,此时PI312777、IAC47、Iguape Cateto和Lemont的AWCD值依次为对照土壤的1.89、1.79、1.60倍和1.43倍。主成分分析表明,从31个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2和主成分3依次能够解释变量方差的70.08%、11.33%和7.02%;与3个主成分显著正相关的碳源有19种,其中与主成分1显著相关的是酚酸、糖类、氨基酸和胺类,与主成分2显著相关的是酚酸、糖类和脂肪酸类,而与主成分3显著相关的是糖类和羟基酸,对各主成分起分异作用的主要碳源分别是胺类和氨基酸。相关分析表明,土壤微生物总量与细菌数量、莴苣根长抑制率IR、AWCD、MBC、MBR及Shannon指数间存在显著的正相关;土壤微生物总量与莴苣根长抑制率IR间的显著正相关与水稻品种有关。可见,水稻根际土壤微生物群落、活性和功能多样性与水稻品种密切相关,这些变化可能对水稻田间化感潜力起到重要的调节作用。     

三峡库区消落带典型植物根际土壤磷形态特征

三峡库区消落带生态系统演变对水库安全具有重要影响,其中植物群落演变与土壤氮磷形态转化及释放等广受关注。然而,消落带植物根际效应与土壤磷形态关系及潜在影响并不清楚。选择三峡库区澎溪河消落带为研究对象,分别在冲积潮土、紫色土和水稻土分布的消落区采集典型草本植物(狗牙根、香附子、苍耳)和农作物(玉米)根际、非根际土壤,分析无机磷和有机磷的形态特征,探讨了消落带典型植物生长对土壤磷形态的根际效应及潜在影响。结果表明,土壤类型对土壤磷含量及磷赋存形态具有显著影响,紫色土磷含量最高,且活性磷含量低于冲积潮土和水稻土,表现出磷库稳定性较高;4种植物根际土壤全磷、有效磷及不同形态无机、有机磷(弱吸附态磷WA-P、潜在活性磷PA-P、铁铝结合态磷Fe/Al-P、钙结合态磷Ca-P、残渣态磷R-P)含量均高于非根际,表现出明显的根际富集效应;不同植物根际土壤全磷和有效磷表现为狗牙根>苍耳>香附子>玉米,但磷形态在不同植物根际富集水平不同:活性较高的WA-P、PA-P含量在玉米和苍耳覆盖区均高于狗牙根和香附子,而较稳定Ca-P_i、R-P_i、Fe/...     

紫色土外源砷的形态分配与化学、生物有效性

采用盆栽试验与化学分析相结合的方法研究了外源As在酸性、中性、钙质紫色土中的形态分配及其化学、生物有效性特征.结果表明,土壤本底As68%～86%为残留态,外源As加入10d后50.2%～61.1%转化为残留态,至收获期(60d)仅增1%～2%.酸性紫色土中活性态As分配为:A(交换态)As>Al As>Fe As>Ca As;中性紫色土:A As>Al As>Ca As>Fe As;石灰性紫色土:A As>Ca As>Al As>Fe As.浸提剂HCl、NaHCO₃、NH₄Cl对土壤As的提取能力不同,与植物吸收As的相关性也有差异.NH₄Cl主要提取交换态As,对土壤As的原有形态影响最小,与植株吸收量呈极显著相关,可作为不同土壤有效As的通用浸提剂.多元回归表明,酸性紫色土决定植株吸As量的是Al As和Fe As,中性、石灰性紫色土为A As和Ca As.试验发现,Al As分级时存在F^-的干扰,1mol·L^-1H₃BO₃可有效掩蔽.     

氮素形态对专用小麦中后期根际土壤微生物和酶活性的影响

采用盆栽方法研究了酰胺态氮、铵态氮和硝态氮对强筋小麦(Triticum aestivum L.)"豫麦34"、中筋小麦"豫麦49"和弱筋小麦"豫麦50"生育中后期根际微生物和土壤酶活性的影响.结果表明,专用小麦根际真菌、细菌、放线菌数量和土壤脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶活性以及根际pH值对氮素形态的反应不同."豫麦34"施用硝态氮,对根际土壤真菌、细菌(除成熟期外)和放线菌数量均具有明显的促进作用;"豫麦49"施用铵态氮,根际土壤细菌和放线菌数量最大,根际真菌数量在孕穗期和开花期以酰胺态氮处理最大,而成熟期以硝态氮处理最大;"豫麦50"施用硝态氮,对根际土壤真菌、细菌和放线菌数量均具有明显的促进作用.不同专用小麦品种均表现为在酰胺态氮处理下,根际土壤脲酶活性最高;在铵态氮处理下,根际土壤蛋白酶活性最高;在硝态氮处理下,根际土壤硝酸还原酶活性和pH值最高.     

根际环境中铅的形态转化

用根际箱试验研究了红壤植麦和植稻后根际中Pb的形态转化,讨论了与Cd复合处理对Pb形态的影响.结果表明,Pb在红壤根际、非根际的主要形态为酸解态+碳酸盐态、交换态和铁锰氧化物结合态.交换态Pb都是根际>非根际;不同Pb处理浓度和PbCd交互作用都对Pb的形态分布产生影响,小麦根际随加入Cd浓度增大,根际交换态Pb和铁锰氧化物结合态Pb下降;水稻根际交换态Pb与Cd复合处理浓度密切相关,5mgCd·kg^-1复合处理,根际交换态Pb的活化较单元素弱,10mgCd·kg^-1复合处理,根际交换态Pb的活化较单元素要强.     

不同磷源对磷高效利用野生大麦根际土壤磷组分的影响

在土培盆栽条件下,以野生大麦磷高效利用基因型IS-22-30、IS-22-25和低效基因型IS-07-07为材料,研究不施磷(CK)、无机磷(KH₂PO₄,Pi)、有机磷(phytate,Po)及二者混合(KH₂PO₄+phytate,Pi+Po)的方式施磷30 mg·kg^-1时,磷高效基因型野生大麦对磷素吸收利用能力及土壤磷组分特征.结果表明： Pi处理野生大麦干物质量和磷素积累量最大,Pi+Po处理其次,Po处理最小,均显著高于CK处理,且磷高效基因型物质生产和磷素吸收能力显著高于磷低效基因型.土壤有效磷在不同磷源处理间差异显著,Pi处理时含量最高,Pi+Po处理次之,且磷高效基因型野生大麦根际有效磷含量显著高于磷低效基因型.磷高效基因型野生大麦根际有效磷呈现亏缺现象,在Pi和Pi+Po处理时亏缺程度较大.根际与非根际土壤无机磷组分含量为Ca₁₀-P>O-P>Fe-P>Al-P>Ca₂-P>Ca₈-P,且其含量随着Pi的增加而增加.各磷源处理下,磷高效基因型野生大麦根际土壤Ca₂-P、Ca₈-P出现亏缺;Pi处理磷高效基因型野生大麦根际土壤Al-P、Fe-P出现富集.土壤中有机磷各组分含量为中活性有机磷>中稳性有机磷、高稳性有机磷>活性有机磷.野生大麦根际土壤活性有机磷和中活性有机磷呈现富集,其富集量在Pi处理时最大;中稳性有机磷和高稳性有机磷呈现亏缺.各磷源处理下,磷高效基因型野生大麦根际土壤活性有机磷含量显著高于磷低效基因型,中稳性有机磷和高稳性有机磷在基因型间差异不显著.Pi缺乏时,磷高效基因型野生大麦活化吸收Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P和活性有机磷的能力较强.     

增温对南亚热带森林土壤磷形态的影响及其对有效磷的贡献

磷(P)是森林生态系统生产力的重要限制性元素。土壤磷的有效性取决于磷的存在形态及其转化过程。目前有关增温如何调控磷形态转化过程, 从而促进土壤有效磷含量增加的机制尚未明确。该研究以南亚热带森林为研究对象, 采用沿海拔高度从300 m下降至30 m以模拟温度自然上升的方法, 采集该林型0-10、10-20、20-40 cm的土壤, 并用适用于酸性土壤的连续浸提方法分离不同形态磷, 研究增温对土壤不同形态磷含量的影响, 探讨土壤不同形态磷与有效磷的关系, 识别对土壤有效磷在增温背景下增加有重要贡献的磷组分。结果表明增温使0-10 cm的无机钙磷(Ca-Pi)及20-40 cm的无机铁磷(Fe-Pi)和总无机磷含量分别显著增加了65.5%、17.9%和18.5%, 但对总有机磷及各有机磷组分含量均无显著影响。土壤不同形态磷与有效磷含量的相关分析表明, 有效磷与无机态的不同形态磷及有机铝磷、有机铁磷含量均显著正相关, 其中与Fe-Pi含量的相关性最强。通过土壤不同形态磷与有效磷含量的通径分析进一步发现, 无机铝磷、Fe-Pi是土壤磷转化过程中的重要中间过渡性磷组分, 且Fe-Pi是促进有效磷含量增加最重要的直接贡献磷组分。结合前期研究结果, 增温可能增大了凋落物磷对土壤磷的输入, 还可能强化了土壤的吸附和沉淀过程, 使得更多进入到土壤的溶解态磷转化为Ca-Pi、Fe-Pi等缓效磷源, 其中Fe-Pi可能成为南亚热带森林在气候变暖背景下最重要的有效磷来源。     

磷高效利用野生大麦基因型筛选及其根际土壤无机磷组分特征

通过土培盆栽试验,研究了16份野生大麦种质资源在相同供磷水平下磷素吸收利用的基因型差异,探讨磷高效野生大麦根际土壤无机磷组分特征.结果表明：拔节期和扬花期磷素干物质生产效率（CV=11.6%、12.4%）、成熟期磷素籽粒生产效率（CV=13.7%）基因型间差异较大.不同生育时期磷高效基因型IS-22-30和IS-22-25生物量、磷积累量和磷素干物质生产效率均显著高于低效基因型IS-07-07,且高效基因型的籽粒产量分别是低效基因型的3.10和3.20倍.不施磷、施磷30 mg·kg^-1条件下,不同磷素利用效率野生大麦根际土壤有效磷和水溶性磷含量均显著低于非根际土壤,且高效基因型较低效基因型根际土壤水溶性磷亏缺量更大.根际与非根际土壤无机磷组分含量为Ca₁₀-P＞O-P＞Fe-P＞Al-P＞Ca₂-P＞Ca₈-P.在拔节期和扬花期,施磷30 mg·kg^-1条件下,磷高效基因型根际土壤Ca₈-P含量显著高于低效基因型,而Ca₂-P含量显著低于低效基因型;不施磷条件下,高效基因型根际土壤Ca₂-P和Ca₈-P含量均显著高于低效基因型,且根际土壤Ca₁₀-P均减少.施磷30 mg·kg^-1条件下,根际土壤Fe-P和O-P含量均表现为高效基因型显著高于低效基因型,Al-P含量则呈现相反的趋势;不施磷条件下,高效基因型根际土壤Al-P、Fe-P和O-P含量均显著低于低效基因型.低磷胁迫下,高效基因型活化吸收Ca₂-P、Al-P的能力强于低效基因型.     

烟蒜轮作与套作对烤烟产量及根际土壤磷组分的影响

通过大田小区试验,研究烟蒜轮作、套作对烤烟产量和土壤不同形态磷的影响.结果表明： 烟蒜轮作、套作下烤烟产量和上中等烟比例较烤烟单作显著提高,下部叶成熟期根际土壤有效磷含量分别是烤烟单作的1.3和1.7倍.不同种植方式根际和非根际土壤无机磷组分含量均以O-P和Fe-P含量最高,Ca₂-P和Al-P次之,Ca₈-P和Ca₁₀ -P含量最低.与烤烟单作和烟蒜套作处理相比,烟蒜轮作在上部叶成熟期根际土壤Ca₂-P含量最低,Ca₈-P在下部叶成熟期含量最低,Ca₁₀-P含量在中部叶成熟期最低.烟蒜轮作和套作在下部叶成熟期和中部叶成熟期根际土壤Al-P含量分别是烤烟单作的1.6和1.9倍、1.2和1.9倍.烟蒜轮作和套作根际土壤O-P含量均显著低于烤烟单作.烟蒜轮作较烟蒜套作更能活化土壤中难溶的O-P、Ca₁₀-P和高稳性有机磷,提高烤烟产量和中上等烟比例.     

施磷对川西北高寒草地土壤磷形态及有效性的影响

以川西北高寒草地为研究对象,采用随机区组设计,设置0、10、20、30、40、50、60 g/m²的过磷酸钙(P₂O₅,16%)施肥试验,分析土壤不同形态磷含量和有效磷(Olsen-P)含量变化特征,探究施磷对川西北高寒草地土壤磷形态及有效磷的影响。结果表明：(1)随施磷量增加,土壤总磷(TP)含量先增加后趋于平稳而Olsen-P含量减少。高水平(50、60 g/m²)施磷下氢氧化钠有机磷(NaOH-Po)及残留磷(Residual-P)是高寒草地主要的磷素累积形态,其含量显著高于不施磷处理;(2)树脂交换态磷(Resin-Pi)、碳酸氢钠无机磷(NaHCO₃-Pi)、碳酸氢钠有机磷(NaHCO₃-Po)和氢氧化钠无机磷(NaOH-Pi)含量随施磷量增加整体呈先增加后降低趋势,表层土壤30 g/m²磷肥用量下其值均为最高,分别为21.54、22.94、65.86、64.48 mg/kg。酸溶性无机磷(HCl-Pi)随施磷量增加整体呈下...     

Influence of phosphorus on the colonization of barley rhizosphere by microorganisms

The mineral phosphorus supply produced two outbreaks in the bacterial population of the barley rhizosphere and rhizoplane but inhibited the growth of fungal mycelium. The inhibition of mycelial growth might be due to the exudation of specific inhibitors by barley roots, since the most pronounced inhibition was observed at high doses of supplementary phosphorus.     

不同有机类肥料对小麦和水稻根际土壤线虫的影响

国内外对土壤线虫的研究绝大部分都是基于旱地的非根际土壤,对水田土壤,尤其是水旱轮作下根际土壤线虫对有机肥的响应研究非常地有限。因此,探讨在稻麦轮作体系中以猪粪堆肥和秸秆为原料的不同有机类肥料,对水稻和小麦根际土壤线虫的影响。田间试验处理为:CK(不施肥)、F(100%化肥)、PF(猪粪堆肥+50%化肥)、SF(秸秆全量还田+100%化肥)、PSF(猪粪堆肥+秸秆全量还田+50%化肥)、PMF(猪粪商品有机无机复合肥)。结果表明:小麦根际主要线虫优势属为头叶属(Cephalobus)、拟丽突属(Acrobeloides)和丝尾垫刃属(Filenchus);水稻根际则为杆咽属(Rhabdolaimus)、潜根属(Hirschmanniella)和丝尾垫刃属(Filenchus)。小麦根际土壤线虫总数显著高于水稻根际;SF和PSF对两季土壤线虫总数的提高显著高于PF和PMF,F对线虫总数没有显著影响。线虫营养类群表现为小麦根际食真菌线虫相对丰度显著高于水稻根际,植食性线虫和杂食/捕食性线虫丰度显著低于水稻根际。有机肥对稻季线虫群落的影响远大于麦季,秸秆配施有机肥显著提高麦季瓦斯乐斯卡指数(WI);施肥均显著提高稻季的多样性指数(H'),降低优势度指数(λ)。土壤线虫对肥料的响应取决于作物及肥料的质量和养分含量;在稻麦轮作系统下,同时添加秸秆和猪粪对提高土壤线虫数量和食微线虫丰度更有益。     

Vegetation effects on phosphorus fractions in set-aside soils

As increasing amounts of arable land are being set aside, it is of importance to study the effect of vegetation on soil fertility. The fractionation of soil P under grassland, beech and spruce vegetation was investigated in sites previously fertilized with P by extracting sequentially with Resin, NaHCO₃, NaOH, HCl and finally NaOH after ultrasonic pretreatment. Under beech a large part of extractable P was found in inorganic fractions which are considered to be available for plants (Resin P₁ and Bicarbonate P₁). Under grass, a large part of the extractable P was found in potentially labile organic forms (Bicarbonate P_o and Fulvic acid P_o). After 25 years of permanent grass vegetation, the extractability of soil P was comparable to that from an adjacent arable plot. On spruce covered soils most of the added fertilizer P was rendered unextractable 20–30 years after application. However the available data does not allow a clear interpretation of this phenomena, as effects of soil parent material as well as vegetation may be taken into consideration. No decrease in P-extractability was found between beech and grass covered soils which had been fertilized for more than 200 years, when compared to less rich soils from the same area. On the basis of the current data it may be concluded that the vegetation affects the distribution of soil phosphorus fractions, and thus soil fertility. In the soils under investigation, grassland and beech vegetation conserved the phosphate availability to a high extent.     

The effects of root-induced pH changes on the depletion of inorganic and organic phosphorus in the rhizosphere

A new method allowing control of rhizosphere pH and mineral nutrition was applied to study depletion of various organic and inorganic phosphorus fractions extractable sequentially with 0.5M KHCO₃ (pH 8.5), 0.1M NaOH and residual P extractable with 6M H₂SO₄ from the rhizosphere soil.Soil pH was affected about 2 mm from the root mat. Depletion zones of inorganic P (KHCO₃-P_i) extractable with 0.5M KHCO₃ extended up to about 4 mm but the depletion zones of all other P fractions were about 1 mm only. The root-induced decrease of soil pH from 6.7 to 5.5 increased the depletion of total P from all fractions by 20% and depletion of KHCO₃-P_i and residual P by 34% and 43%, respectively. Depletion of organic P (KHCO₃-P_o) extractable with 0.5M KHCO₃ was not affected by a change in rhizosphere pH. With constant or increased pH, depletion of inorganic P (NaOH-P_i) was 17% and organic P (NaOH-P_o) was 22% higher than with decreased pH. Only 54–60% of total P withdrawn from all fractions was from KHCO₃-P_i. Substantial amounts of KHCO₃-P_o and NaOH-P_o were mineralized and withdrawn from the rhizosphere within 1 mm from the root mat, as 11–15% of total P withdrawn originated from the organic P fractions. A remaining 11–16% was derived from NaOH-P_i, and 15–18% from residual P fractions likely to be rather immobile. Thus, 40–46% of the P withdrawn near the root mat of rape originated from non-mobile P fractions normally not included in 0.5M NaHCO₃ extraction used to obtain an index of plant-available soil P.