马尾松根系及根际环境对施肥的响应

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根系直接与土壤接触,从根本上影响着养分从土壤进入植物体的过程。特别细根是森林生态系统中最活跃部分之一,对外界环境的反应较敏感。根际是土壤水分和矿物质进入根系参与生物循环的门户,同时也是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域。因此通过在马尾松苗木培育期、幼龄林、中龄林3个阶段的施肥试验,研究施肥对马尾松细根及根际环境的影响。初步得出如下研究结果:  1、在培育马尾松苗木过程中,(1)单施磷肥在三个时期(百日苗期、半年生苗期、1年生苗期)根长最长,主根长较短,根表面积最大,根尖数最多。其次是氮磷钾肥混合施用。单施氮肥则最差。(2)马尾松根际pH值从6.0降低到5.2,施磷肥、钾肥、磷钾肥根际土壤pH值变化较明显,范围较宽,施氮处理pH值变化范围最窄,根际土中水解氮、速效磷及速效钾含量均高于非根际土。除过氧化氢酶活性外,根际土壤酶活性均高于非根际土。(3)施磷肥后速效磷含量明显增加,磷酸酶活性增加,pH值降低,明显低于其他施肥处理,且变化范围较宽。速效磷含量、磷酸酶活性与针叶养分含量呈正相关,与全铝含量呈负相关性,针叶内磷酸酶活性增加,硝酸还原酶活性降低。而与根系呈正相关性,说明施用磷肥可以促进根系的生长,增强其吸收能力,有利于苗木地上部分的生长,马尾松苗木培育过程中单施磷肥更有利。其次是氮磷钾按照1.6:1:1混合施用效果好,而施氮肥则最差。因此,在相同土壤上培育马尾松苗可用磷肥及氮磷钾肥混合作基肥,能够提高苗木质量,为以后的造林及人工林培育做好基础。  2、在幼龄阶段,(1)施肥处理下细根的根长、表面积、体积、根尖数及生物量均大于对照。不同的生长时期细根存在显著差异(p<0.05)。施肥后夏末秋初细根生长最快,夏季、冬季生长较慢。(2)施肥除促进马尾松对该元素的吸收外,还能增加其他营养元素的吸收,抑制有毒元素在植物体内的积累。施磷肥对能够促进细根全氮、全铁含量,减少细根内全铝含量。(3)对照根际仅1mm范围内pH降低0.2个单位,而单施磷、钾肥pH值根际4mm范围内有明显变化,根际pH值仅在6、7、10月有变化,其他时期变化不明显。单施磷肥根际Eh(亚甲基兰显色法)在8月、9月变化范围最宽,为还原态。单施钾肥则是7、8月份变化最宽。根际土壤有效养分及有效铝含量均高于非根际土。根际土壤中蔗糖酶、淀粉酶、磷酸酶活性高于非根际土。根际土脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性则低于非根际土;施肥处理根际土壤酶活性高于对照。(4)施磷肥、钾肥能够提高马尾松苗木根际范围内速效养分的含量,一定程度内降低根际pH值,提高土壤酶活性,促进了苗木营养元素的吸收,针叶内磷酸酶活性提高,叶绿素含量增加,马尾松在体内固定及转化能量的能力增强,进一步促进根系的生长,根系表面积、体积及生物量增加,根系的吸收能力增加,细根内养分元素含量增加,特别是施磷肥处理对细根内铁元素的吸收有明显作用。而苗木的苗高、地径生长与根系存在负相关性。说明马尾松幼苗的地上与地下部分生长对土壤的营养元素产生竞争作用,使地下、地上部分生长不同期,苗木地上部分的生长高峰期在夏季,而根系的生长则滞后于地上部分的生长。因此,在幼龄期,施用一定量的磷肥(P3)或钾肥(K2)有利于马尾松根系的生长,增强其吸收能力,进一步促进马尾松的生长。  3、在中龄林阶段,(1)施肥量对中根及粗根的各参数影响不显著(p>0.05)。不同施肥处理下的根长密度(RLD)、表面积及根尖数均表现为细根>中根>粗根,而根体积及生物量则正好相反,且粗根、中根、粗根间存在显著差异。(2)土壤中亚表层(20-40cm)细根RLD、比表面积(SRL)、表面积、体积、根尖数及细根根生物量明显低于表层土壤(0-20cm)(p<0.05)。表层细根在整个生长过程中表现为双峰型,峰值出现在春末夏初及秋季,最低值出现在夏季(7月)。亚表层(20-40cm)细根无显著差异(p>0.05)。(3)土壤中碱解氮、速效磷、速效钾、有效铁、有效铝的含量均为根际土>非根际土壤,pH值及有效锰的含量为非根际>根际;根际及非根际土壤酶高于对照(除多酚氧化酶外)。(4)施肥通过对细根及根际环境的影响而影响马尾松的生长。磷肥能够促进细根的生长及细根对根际土壤养分吸收,特别是施磷肥能够明显促进细根对铁元素的吸收,降低植物内铝元素的积累,减少铝毒害,对细根的生长有明显促进作用。而钾肥对中龄林马尾松细根及细根养分的影响不明显。经过树高、胸径与细根的相关性分析表明,树高、胸径分别与细根RLD、SRL、表面积、体积、根尖数及生物量呈负相关关系,这进一步证明了林木生长过程中地上、地下部分对土壤中矿质元素的竞争,与幼龄林研究结果一致。因此,在中龄林阶段,单施磷肥根系生长最好,其次是氮磷钾混施,施钾肥效果不明显,施氮肥则会抑制根系的生长。  综上所述,(1)施肥对3个阶段细根及根际影响不显著,施一定量的磷肥能够促进细根的生长,施氮肥则会对细根生长产生抑制作用,而施钾肥则效果不明显。(2)细根生长表现为双峰型,在初春及夏末秋初生长较快,而夏季生长最慢,苗木培育过程与地上部分同期生长,而幼龄、中龄阶段则细根的生长滞后地上部分的生长。(3)施肥首先影响根际土壤的养分有效性,从而对细根形态、细根养分含量及针叶生理生化性质产生影响,对营养元素在马尾松内的吸收、运输及转化产生影响,最终决定马尾松地上部分的生长。
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