植物根系對土壤中鉀、氮、鈣元素遷移強度的影響

植物根系對土壤中鉀、氮、鈣元素遷移強度的影響

巖屑——土壤——動植物系統(tǒng)的分布、遷移、轉(zhuǎn)化和積累的規(guī)律和特征一直是近年來生態(tài)和環(huán)境學科的研究熱點和前人。此外,土壤中營養(yǎng)元素對作物的持續(xù)平衡供應是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關鍵。不同類型植物的根系會使營養(yǎng)元素在土壤中的遷移狀況不同,而且老根的脫落也會使植物體內(nèi)的一些營養(yǎng)元素進入土壤中,所以,植物根系與土壤中營養(yǎng)元素遷移有重大的關系。國內(nèi)外對水分、氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素及鐵、錳等微量元素在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移和循環(huán)已進行了大量研究,特別是在機械遷移和物理化學遷移這兩方面的研究比較多。但對生物遷移,即植物的生命活動與土壤元素的遷移之間聯(lián)系的研究較少。本試驗以喀斯特地區(qū)含有不同植物根系的土壤為對象,研究不同植物根系對喀斯特地區(qū)土壤中大量元素鈣(Ca)及普遍缺乏的元素鉀(K)、氮(N)遷移的影響,并針對不同植物根系對元素遷移的影響進行定量分析。1樣品的采集和測定試驗地選在貴陽市烏當金華,以喀斯特地區(qū)廣泛分布的喬木、灌木、草本的根系土壤以及無根系土壤為對象,測樣區(qū)的土壤及植被狀況(表1)。取樣時,喬木選取馬尾松(Pinusmassoniana)的根系土壤;灌木選取白櫟(Quercusfabri)的根系土壤;草本選取芒(Miscanthussinensis)的根系土壤。土柱樣品:用土壤環(huán)刀(直徑7cm、高10cm)直接鉆取含有目標植被成體健康植株根系的土柱樣品。鉆取前先對地表進行處理,使地表裸露并局部水平,然后垂直向下鉆取樣品。用土壤環(huán)刀垂直向下連續(xù)鉆取3次,即獲得距土壤表層30cm的含目標物種根系的土柱試樣。每個試樣分為上表層(土層深度H)(0≤H<10cm)、中表層(10cm≤H<20cm)和下表層(20cm≤H<30cm)3部分。喬木地、灌木地、草本地以及無根系土壤上、中、下層各取4個土樣,共取48個土樣。取樣后立即把樣品放入內(nèi)徑為7cm、高為12cm的滲水采集器中,上下用塑料紙封口,橡皮筋固定。元素淋濾試驗:測定元素遷移能力的淋濾試驗設計和處理按石錦芹等方法。土柱經(jīng)預濕處理后,用去離子水計量淋洗。收集淋出液48份,測量收集液體積,加數(shù)滴甲醛液并搖勻,于冰箱中4℃保存?zhèn)錅y。根量測定:待元素淋濾試驗完成后,用沖洗法測量根量,以1m3土體中所含烘干根的質(zhì)量(g)表征根量的多少(單位:kg·m-3)來計算。元素濃度測定:用原子吸收光譜法測定鈣元素濃度;用中性醋酸銨浸提——火焰光度法測定鉀元素濃度;用凱氏定氮法測定氮元素濃度。2結(jié)果與分析2.1土壤表層土壤養(yǎng)分遷移規(guī)律植物的根系對土壤的各種性質(zhì)都會產(chǎn)生一定影響。根據(jù)已有的各種研究結(jié)果顯示,喬木、灌木及草本植物的根系主要集中在土壤表層的0~30cm。此外,水分對土壤侵蝕作用主要作用于土壤表層。所以,文中主要針對土壤表層0~30cm的根系對土壤營養(yǎng)元素遷移的影響進行討論。由表2可以看出各種植物根質(zhì)量在0~30cm土層中的變化。2.2不同植物根區(qū)的淋出量通過對不同植被的根系土壤以及無根系土壤各層共48份樣品的淋洗試驗,得到了鉀、氮、鈣3種元素在各個土樣中的淋出量,其結(jié)果見表3。由表3可知,各類植物的根系土壤對鉀、氮、鈣的淋出都有不同程度的增強作用。對于鉀元素來說,淋出量的90%以上來自土層0~20cm的土層,這與鉀元素主要分布在淺層土壤有關。氮元素和鈣元素的淋出量在各個土層之間相差不是很大,但也可看出下表層土壤的淋出量較少,這也主要與元素在土壤中的自然分布有關。2.3植物根系對土壤營養(yǎng)元素的活化活性不同植物根系對土壤元素遷移的活化效力有所不同,同種植物根系的不同部位對土壤元素遷移的活化效力也有所不同。為了比較不同植物根系影響土壤元素遷移能力的大小,文中提出“根系活化效力x”的概念,以簡單地分析根系對土壤營養(yǎng)的活化效力。x的物理意義是單位質(zhì)量的植物根能增加多少摩爾營養(yǎng)元素的淋出量。x的值越大,表示根系對營養(yǎng)元素遷移的活化效力越大,其表達式為:式中:Mr為單位體積含根系土壤營養(yǎng)元素的淋出量;M0為單位體積無根系土壤營養(yǎng)元素的淋出量;mr為單位體積植物根系的質(zhì)量。x的單位為:mol·g-1。根據(jù)(1)式,通過計算可以得出不同植被土壤的不同土層中的植物根系對土壤營養(yǎng)元素的活化效力x值(表4)。從表4中可以看出,對于鉀元素,喬木的根系對其遷移的活化效力在越深的土層中越強;而灌木與草本的根系對鉀元素遷移的活化效力在土層10cm≤H<20cm中最強,在土層0≤H<10cm處活化效力最弱。此外,總體而言,灌木對鉀元素遷移的活化效力最強,其次是喬木,而草本的活化效力最弱。對于氮元素,灌木根系對其遷移的活化效力在土層10cm≤H<20cm中最強,其次是在土層20cm≤H<30cm中,活化效力最弱的是在土層0≤H<10cm處;而喬木和草本的根系對氮元素遷移的活化效力隨著土層的加深越來越強。此外,喬木與灌木的根系對氮元素遷移的活化效力比較接近,而草本的根系對氮元素遷移的活化效力相對來說要弱一些。對于鈣元素,喬木根系對其遷移的活化效力隨著土層的加深而逐漸增強;而灌木和草本的根系對鈣元素遷移的活化效力在土層10cm≤H<20cm處最強,其次,是在土層20cm≤H<30cm中,活化效力最弱的是在土層0≤H<10cm中。此外,喬木與灌木的根系對鈣元素遷移的活化效力比較接近,而草本的根系對鈣元素遷移的活化效力相對來說也要弱一些。3對鉀、氮、鈣元素的遷移總體而言,不同植被類型土壤中鉀、鈣元素的淋出量隨著土層深度增加而遞減,而氮元素的淋出量在10cm≤H<20cm的土層中最強。不同植被的根系均能增強土壤中鉀、氮、鈣元素的淋出量。喬木與灌木的活化效力較強,而草本的活化效力較弱;不同植被單位質(zhì)量的根對鉀、氮、鈣元素遷移的活化效力在10cm≤H<20cm、20cm≤H<30cm兩個土層中較強,而在0≤H<10cm土層中較弱。根據(jù)