含硼氧化物對根際土壤性質(zhì)和油菜根系形態(tài)的影響

1、含硼氧化物對根際土壤性質(zhì)和油菜根系形態(tài)的影響摘 要：通過根箱試驗(yàn)，將含硼氧化物加入到黃棕壤中，觀察它們對根際土壤性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，含硼氧化物的加入對土壤酸度起到改善作用，提高了土壤pH 值，降低了土壤中交換性酸含量。與對照相比，含硼針鐵礦提高了土壤中交換性鉀、鈣、鎂的含量。其中，交換性酸、交換性鈣和交換性鎂的含量均表現(xiàn)出正根際效應(yīng)，而根際土壤pH值和交換性鉀的含量卻比非根際低。通過WinRHIZO 2.0根系掃描儀對油菜根系形態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含硼氧化物的加入使油菜根長、根尖數(shù)、根體積以及根表面積增加，促進(jìn)了油菜根系的生長。關(guān)鍵詞：含硼氧化物；根際；土壤酸度；根系形態(tài)中圖分類號： S

2、153.6+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006 6500.2012.04.010Influence of Boron-containing Oxides on Rhizosphere Soil Properties and Root Morphology of Rape SeedlingZHANG Rui, REN Li-ying(Shandong Provincial Key Laboratory of Water and Soil Conservation and Environmental Protection, College of Resour

3、ces and Environment, Linyi University, Linyi,Shangdong 276000,China) : Rhizobox experiment was conducted to investigate the impact of boron-containing oxides on rhizosphere soil proprieties. Boron-containing oxides were found to be more effective in addressing soil acidosis by increasing soil pH and

4、 decreasing soil exchangeable acid than the oxide which was not doped boron. It was found that the exchangeable K, Ca and Mg content of the soil treated with boron-containing oxides was higher than that of control. The exchangeable acid and exchangeable Ca and exchangeable Mg all showed a positive r

5、hizosphere effect; whereas the soil pH and exchangeable K in the rhizosphere soil was lower than that in the bulk soil. Rape seedling root morphology were analyzed using a WinRHIZO 2.0 Scanner Instrument, it was showed that the rape roots growing on the boron-containing oxides treatments were more d

6、eveloped by increasing the total root length, root area, root tips, root volume and root surface area.Key words: boron-containing oxides; rhizosphere; soil acidity; root morphology硼是世界上應(yīng)用最廣泛的微量元素之一。硼在土壤中的化學(xué)行為及硼與植物相互作用的研究一直在進(jìn)行1 。除了直接提供作物所需要的營養(yǎng)外2-5 ，研究發(fā)現(xiàn)，硼對于土壤酸化的緩解起到一定的作用，陳秀紅 6 研究發(fā)現(xiàn)，硼在土壤上的吸附可以促進(jìn)土壤膠體對電

7、位 H+離子的吸附，酸性土壤施硼處理上的作物受酸化毒害比未施硼處理輕。 Ruiz7 也指出酸性土壤上硼的應(yīng)用對鋁的毒害產(chǎn)生抵抗作用，進(jìn)而促進(jìn)作物生長。鐵、錳氧化物是黃棕壤中常見的氧化物之一，它們具有較大的比表面積和較強(qiáng)的吸附能力8-10 。在土壤中錳和鐵氧化物是硼吸附的重要位點(diǎn)，在硼吸附中起重要作用11 。無論是晶型或非晶型鐵錳氧化物， 它們對硼的吸附都隨著 pH 的增高而增加 12 。前期對含硼鐵錳氧化物的結(jié)構(gòu)特性以及它們在土壤中的作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)含硼鐵錳氧化物對土壤性質(zhì)有很大的影響 13-15 。為深入研究含硼鐵錳氧化物在土壤中的作用，筆者通過根箱試驗(yàn)，模擬含硼氧化物對根際土壤性質(zhì)的影

8、響，探討其與土壤酸及交換性陽離子的作用行為，及其對油菜根系形態(tài)的影響，以豐富含硼氧化物改良酸性土壤的理論依據(jù)。1 材料和方法1.1 試驗(yàn)材料供試油菜品種為華雙四號，油菜種子由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)國家油菜工程技術(shù)研究中心提供。供試土壤為黃棕壤，取樣點(diǎn)為武昌市華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的獅子山(E 114° 20，N 30 ° 28)。其基本農(nóng)化性狀為： pH 值4.73，堿解氮132.0 mg?kg-1 ，速效磷4.85 mg?kg-1 ，速效鉀69.9 mg?kg-1 ，粘粒含量13.7%，交換性酸5.12 cmol?kg-1 ，有機(jī)質(zhì)20.97 g kg-1 ， 熱水溶性硼0.28 mg?kg

9、-1 ， 陽離子交換量（CEC ）9.94 cmol?kg-1 。1.2 鐵錳氧化物的合成 13針鐵礦樣品合成： 將 50 g Fe(NO3)3?9H2O溶于 825 mL去離子水中，在劇烈攪拌下，以5 mL?min-1 的速度向溶液中滴加 2.5 mol L-1 的 NaOH 溶液，直至懸液 pH 值達(dá)到11.9，然后儲于塑料容器中，在60 恒溫箱中老化48 h，用去離子水洗凈。水錳礦樣品合成： 將 277 g MnCl2?4H2O 溶于1 907 mL去離子后， 加入893 mL 36% HAc ，持續(xù)劇烈攪拌下， 以 200mL?min-1 的速度加入溶于2 800 mL 水中的177

10、g KMnO4溶液，反應(yīng)結(jié)束后，抽濾，棄去上清液，用去離子水洗凈。硼吸附態(tài)氧化物合成：取5 g氧化物（針鐵礦或水錳礦），加入25 mL 0.01 mol?L-1硼砂，室溫下震蕩24 h。抽濾，棄去上清液，用去離子水洗凈。硼包被態(tài)氧化物合成：以0.75 mol?L-1硼酸與2.5mol?L-1 KOH混合液代替合成針鐵礦時(shí)的堿溶液，其他步驟與針鐵礦合成相同，此法合成的針鐵礦稱為硼包被態(tài)針鐵礦。以 0.75 mol?L-1 硼酸和溶于 2 800 mL 去離子中的 177 gKMnO4 的混合液代替合成水錳礦時(shí)的KMnO4 溶液，其他步驟同水錳礦合成。此法合成的水錳礦稱為硼包被態(tài)水錳礦。1.3根箱

11、試驗(yàn)設(shè)計(jì)將土樣風(fēng)干磨細(xì)過5 mm 篩，種植油菜幼苗。試驗(yàn)設(shè)NPK 、針鐵礦、 硼吸附態(tài)針鐵礦、硼包被態(tài)針鐵礦、 水錳礦、硼吸附態(tài)水錳礦、硼包被態(tài)水錳礦，共7 個(gè)處理，每個(gè)處理4 次重復(fù)。每箱裝2 kg土，氮磷鉀分別按0.15 g?kg-1（以硫酸銨為肥源）， 0.15 g?kg-1（以磷酸二氫鉀為肥源） ， 0.15g?kg-1（鉀不夠部分以KCl 補(bǔ)足）加入，針鐵礦及其硼負(fù)載體施入量為2.67 g?kg-1 ，水錳礦及其負(fù)載體的施入量為2.64g?kg-1 。根箱采用三室根箱，用0.05 mm 的尼龍網(wǎng)將各室割開，根箱長×寬×高：14 cm× 10 cm

12、5; 14 cm，根箱中室， 即油菜生長區(qū)域?qū)? cm，兩邊室各寬4 cm。種植油菜生長2 個(gè)月后取樣，沿根莖相接處，剪下油菜幼苗，將油菜生長室從根箱中小心拿出，輕輕抖動(dòng)粘在根系上的浮土，并將根系用去離子水沖洗干凈，用作油菜根系形態(tài)分析。1.4測定項(xiàng)目及方法1.4.1土壤酸度測定16土壤pH值用1:1水土比浸提，pH電極測定。交換性酸用1 mol L-1 Kcl淋洗，中和滴定法測定。1.4.2土壤中交換性陽離子測定土壤中的交換性陽離子采用1 mol L-1 NH4AC溶液淋洗的方法提取，提取液用原子吸收分光光度計(jì)法測定鈣、鎂的含量，用火焰光度計(jì)測定鉀的含量。1.4.3油菜根系形態(tài)分析將洗凈的油

13、菜根系樣品放置在 30 cm × 40 cm 樹脂玻璃槽內(nèi)，并注水至3 4mm 深使根系充分散開，通過數(shù)字化掃描儀將完整的根系圖像存入計(jì)算機(jī)，油菜根系形態(tài)用WinRHIZO 2.0根系分析系統(tǒng) (EPSON Expression 1680 1.0, Japan) 對根系總表面積、總根長、根體積、根系平均直徑等進(jìn)行定量分析17 。1.5數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)用 SPSS 13.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析。采用單因素方差分析 LSD 法比較不同處理間的差異顯著性（ P 0.05)。2結(jié)果與分析2.1含硼氧化物對根際土壤酸度的影響含硼鐵錳氧化物的引入對土壤酸度起到很大的改善作用（圖 1），它們均不同程

14、度地提高了土壤的pH 值。與對照相比，針鐵礦、硼吸附態(tài)針鐵礦、硼包被態(tài)針鐵礦對根際土壤 pH 值分別提高了 0.04， 0.10， 0.12，對非根際土壤 pH 值分別提高了 0.07，0.16， 0.13。水錳礦及其含硼氧化物對土壤 pH 值的提高作用較針鐵礦及其含硼氧化物要大。水錳礦、硼吸附態(tài)水錳礦和硼包被態(tài)水錳礦對根際土壤pH 值分別比對照提高了0.20，0.21，0.23，對非根際土壤pH 值分別比對照提高了0.21，0.27，0.31。土壤交換性酸與土壤pH 值處在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡之中，從圖 2 可以看出含硼氧化物的加入大大的降低了土壤交換性酸的含量。與對照相比，針鐵礦、硼吸附態(tài)針鐵礦和

15、硼包被態(tài)針鐵礦使根際土壤交換性酸分別降低了0.13， 0.19， 0.14cmol ?kg-1 ，使非根際土壤交換性酸分別降低了0.21，0.42，0.33 cmol?kg-1 。水錳礦、 硼吸附態(tài)水錳礦和硼包被態(tài)水錳礦使根際土壤交換性酸分別降低了對非根際土壤交換性酸分別降低了1.27，1.10，1.29 cmol kg-11.24， 1.28，1.33 cmol，kg-1 。雖然含硼氧化物起到降低土壤中酸度的作用，但是根際土與非根際土相比在某種程度上有酸化的現(xiàn)象，這是由于植物根系在植物生長過程中，自身還要分泌一部分酸，根際土壤受此影響明顯大于非根際土壤。關(guān)于礦物對土壤酸化緩解的現(xiàn)象也有類似的

16、研究。如郭和蓉 18以沸石和蒙脫石粉作為原材料的營養(yǎng)型土壤改良劑提高了土壤的pH 值，降低了土壤中交換性H+和 Al3+ 含量。酸性黃紅壤施用白云石可以降低土壤交換性鋁的含量，提高土壤pH 值和交換性鈣、鎂的含量，其降酸作用與白云石粉用量呈正相關(guān)19 。傳統(tǒng)的酸性土壤改良的方法是運(yùn)用石灰或石灰石粉，但是石灰的應(yīng)用經(jīng)常會導(dǎo)致碳的礦化，增加氮的流失，以及對根系形態(tài)產(chǎn)生不良影響 20 。施用石灰能明顯降低酸性土壤的酸度，但同時(shí)也會使復(fù)酸化程度加強(qiáng)。礦物在土壤酸化改良上的顯著效果無疑為土壤酸化改良提供了一個(gè)新的措施。2.2 含硼氧化物對土壤交換性陽離子含量的影響含硼氧化物的加入對土壤交換性陽離子的含量

17、產(chǎn)生了很大的影響（表 1 和 2）。首先，土壤交換性鉀的變化，與對照相比硼吸附態(tài)針鐵礦和硼包被態(tài)針鐵礦對根際土壤交換性鉀分別提高了 5.45%和 3.53%，對非根際土壤交換性鉀分別提高了 8.60%和 3.19% 。硼吸附態(tài)水錳礦和硼包被態(tài)水錳礦分別對根際土壤交換性鉀含量提高了 6.03%和 7.91% ，對非根際土壤交換性鉀分別提高了 10.27%和 12.33%，并且差異均達(dá)到顯著水平。含硼氧化物對土壤交換性鈣鎂的含量也有不同程度提高，與對照相比，硼吸附態(tài)針鐵礦、硼包被態(tài)針鐵礦、硼吸附態(tài)水錳礦和硼包被態(tài)水錳礦對根際土壤交換性鈣分別提高了 10.73， 5.71， 8.80， 9.12，土

18、壤交換性鎂分別提高了 2.93， 1.93， 7.34， 7.55，對非根際土壤交換性鈣分別提高了 9.23，9.14， 8.66，9.67，交換性鎂分別提高了 3.42， 1.41， 0.30， 0.98。從表 1 和表 2 可以看出，與交換性鈣鎂在根際中的含量高于非根際土壤的情況不同，交換性鉀在根際中的含量低于非根際土壤，出現(xiàn)根際虧缺現(xiàn)象，這可能和作物對養(yǎng)分的吸收利用以及養(yǎng)分在土壤中的運(yùn)移有關(guān)。油菜生長對土壤鉀的快速吸收造成土壤本底有效鉀難以快速補(bǔ)充鉀在根際土壤被油菜吸收的缺口，表現(xiàn)出上述現(xiàn)象。即使如此，無論是根際還是非根際，含硼氧化物的加入，在一定程度上提高了土壤中交換性鉀、鈣、鎂的水平

19、。當(dāng)然，其作用機(jī)理還有待深入的研究。2.3 含硼氧化物對油菜根系形態(tài)的影響為了解含硼氧化物的引入對油菜生長的影響，在油菜收獲后測定了它的根系形態(tài)。通過根系分析系統(tǒng)對不同處理油菜根系形態(tài)進(jìn)行了分析， 結(jié)果如表 3 所示。從表中可以看出，含硼針鐵礦和含硼水錳礦處理對油菜總根長、根表面積、根平均直徑、根尖數(shù)和根體積均比對照有所提高。對于兩種含硼鐵氧化物處理，生長在硼吸附態(tài)針鐵礦處理上的油菜的根系形態(tài)指標(biāo)均高于生長在硼包被態(tài)針鐵礦處理上的油菜根系指標(biāo)。對于兩種含硼錳氧化物，硼吸附態(tài)水錳礦和硼包被態(tài)水錳礦處理油菜根系形態(tài)除了油菜平均直徑外，均比對照有顯著的提高。硼吸附態(tài)水錳礦處理油菜根表面積和平均直徑高

20、于硼包被態(tài)水錳礦，但是總根長、根尖數(shù)和根體積卻比硼包被態(tài)水錳礦處理低，但是兩種氧化物處理之間的差異并不顯著。水分和養(yǎng)分的吸收效率很大程度上取決于根的生長和結(jié)構(gòu)，含硼氧化物對油菜根系形態(tài)的改善作用，也是含硼氧化物在黃棕壤上的添加促進(jìn)油菜對土壤養(yǎng)分吸收以及生物量累積的重要因素之一。3 結(jié) 論（ 1）針鐵礦、水錳礦及其兩種硼負(fù)載體引入土壤后，對土壤性質(zhì)產(chǎn)生了很大的影響， 它們均能提高土壤的 pH 值，降低土壤交換性酸的含量，對土壤酸化起到一定的緩解作用。負(fù)載體對土壤酸化緩解作用的關(guān)系是：硼吸附態(tài)針鐵礦 > 硼包被態(tài)針鐵礦，硼吸附態(tài)水錳礦 < 硼包被態(tài)水錳礦，并且水錳礦及其負(fù)載體對土壤酸化

21、的緩解作用要優(yōu)于針鐵礦及其負(fù)載體。（ 2）含硼氧化物的引入提高了土壤中交換性陽離子的含量，它們對根際和非根際土壤中交換性鉀、鈣、鎂的含量均有不用程度的提高。（ 3）含硼氧化物的引入改善了油菜的根系形態(tài)，含硼針鐵礦和水錳礦處理對油菜總根長、根表面積、 根平均直徑、根尖數(shù)和根體積均比對照有所提高。對于根系所有指標(biāo)，針鐵礦間表現(xiàn)出硼吸附態(tài)針鐵礦> 硼包被態(tài)針鐵礦，而水錳礦兩種負(fù)載體間高低有所波動(dòng)。參考文獻(xiàn)：1 Goldberg S. Inconsistency in the triple layer model description of ionic strength dependent b

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