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1、含硼氧化物对根际土壤性质和油菜根系形态的影响摘 要：通过根箱试验，将含硼氧化物加入到黄棕壤中，观察它们对根际土壤性质的影响。结果表明，含硼氧化物的加入对土壤酸度起到改善作用，提高了土壤pH 值，降低了土壤中交换性酸含量。与对照相比，含硼针铁矿提高了土壤中交换性钾、钙、镁的含量。其中，交换性酸、交换性钙和交换性镁的含量均表现出正根际效应，而根际土壤pH值和交换性钾的含量却比非根际低。通过WinRHIZO 2.0根系扫描仪对油菜根系形态进行了分析，结果发现，含硼氧化物的加入使油菜根长、根尖数、根体积以及根表面积增加，促进了油菜根系的生长。关键词：含硼氧化物；根际；土壤酸度；根系形态中图分类号： S
2、153.6+1 文献标识码： A DOI 编码：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硼是世界上应用最广泛的微量元素之一。硼在土壤中的化学行为及硼与植物相互作用的研究一直在进行1 。除了直接提供作物所需要的营养外2-5 ，研究发现，硼对于土壤酸化的缓解起到一定的作用，陈秀红 6 研究发现，硼在土壤上的吸附可以促进土壤胶体对电
7、位 H+离子的吸附，酸性土壤施硼处理上的作物受酸化毒害比未施硼处理轻。 Ruiz7 也指出酸性土壤上硼的应用对铝的毒害产生抵抗作用，进而促进作物生长。铁、锰氧化物是黄棕壤中常见的氧化物之一，它们具有较大的比表面积和较强的吸附能力8-10 。在土壤中锰和铁氧化物是硼吸附的重要位点，在硼吸附中起重要作用11 。无论是晶型或非晶型铁锰氧化物， 它们对硼的吸附都随着 pH 的增高而增加 12 。前期对含硼铁锰氧化物的结构特性以及它们在土壤中的作用进行了研究，发现含硼铁锰氧化物对土壤性质有很大的影响 13-15 。为深入研究含硼铁锰氧化物在土壤中的作用，笔者通过根箱试验，模拟含硼氧化物对根际土壤性质的影
8、响，探讨其与土壤酸及交换性阳离子的作用行为，及其对油菜根系形态的影响，以丰富含硼氧化物改良酸性土壤的理论依据。1 材料和方法1.1 试验材料供试油菜品种为华双四号，油菜种子由华中农业大学国家油菜工程技术研究中心提供。供试土壤为黄棕壤，取样点为武昌市华中农业大学的狮子山(E 114° 20，N 30 ° 28)。其基本农化性状为： pH 值4.73，碱解氮132.0 mg?kg-1 ，速效磷4.85 mg?kg-1 ，速效钾69.9 mg?kg-1 ，粘粒含量13.7%，交换性酸5.12 cmol?kg-1 ，有机质20.97 g kg-1 ， 热水溶性硼0.28 mg?kg
9、-1 ， 阳离子交换量（CEC ）9.94 cmol?kg-1 。1.2 铁锰氧化物的合成 13针铁矿样品合成： 将 50 g Fe(NO3)3?9H2O溶于 825 mL去离子水中，在剧烈搅拌下，以5 mL?min-1 的速度向溶液中滴加 2.5 mol L-1 的 NaOH 溶液，直至悬液 pH 值达到11.9，然后储于塑料容器中，在60 恒温箱中老化48 h，用去离子水洗净。水锰矿样品合成： 将 277 g MnCl2?4H2O 溶于1 907 mL去离子后， 加入893 mL 36% HAc ，持续剧烈搅拌下， 以 200mL?min-1 的速度加入溶于2 800 mL 水中的177
10、g KMnO4溶液，反应结束后，抽滤，弃去上清液，用去离子水洗净。硼吸附态氧化物合成：取5 g氧化物（针铁矿或水锰矿），加入25 mL 0.01 mol?L-1硼砂，室温下震荡24 h。抽滤，弃去上清液，用去离子水洗净。硼包被态氧化物合成：以0.75 mol?L-1硼酸与2.5mol?L-1 KOH混合液代替合成针铁矿时的碱溶液，其他步骤与针铁矿合成相同，此法合成的针铁矿称为硼包被态针铁矿。以 0.75 mol?L-1 硼酸和溶于 2 800 mL 去离子中的 177 gKMnO4 的混合液代替合成水锰矿时的KMnO4 溶液，其他步骤同水锰矿合成。此法合成的水锰矿称为硼包被态水锰矿。1.3根箱
11、试验设计将土样风干磨细过5 mm 筛，种植油菜幼苗。试验设NPK 、针铁矿、 硼吸附态针铁矿、硼包被态针铁矿、 水锰矿、硼吸附态水锰矿、硼包被态水锰矿，共7 个处理，每个处理4 次重复。每箱装2 kg土，氮磷钾分别按0.15 g?kg-1（以硫酸铵为肥源）， 0.15 g?kg-1（以磷酸二氢钾为肥源） ， 0.15g?kg-1（钾不够部分以KCl 补足）加入，针铁矿及其硼负载体施入量为2.67 g?kg-1 ，水锰矿及其负载体的施入量为2.64g?kg-1 。根箱采用三室根箱，用0.05 mm 的尼龙网将各室割开，根箱长×宽×高：14 cm× 10 cm
12、5; 14 cm，根箱中室， 即油菜生长区域宽2 cm，两边室各宽4 cm。种植油菜生长2 个月后取样，沿根茎相接处，剪下油菜幼苗，将油菜生长室从根箱中小心拿出，轻轻抖动粘在根系上的浮土，并将根系用去离子水冲洗干净，用作油菜根系形态分析。1.4测定项目及方法1.4.1土壤酸度测定16土壤pH值用1:1水土比浸提，pH电极测定。交换性酸用1 mol L-1 Kcl淋洗，中和滴定法测定。1.4.2土壤中交换性阳离子测定土壤中的交换性阳离子采用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计法测定钙、镁的含量，用火焰光度计测定钾的含量。1.4.3油菜根系形态分析将洗净的油
13、菜根系样品放置在 30 cm × 40 cm 树脂玻璃槽内，并注水至3 4mm 深使根系充分散开，通过数字化扫描仪将完整的根系图像存入计算机，油菜根系形态用WinRHIZO 2.0根系分析系统 (EPSON Expression 1680 1.0, Japan) 对根系总表面积、总根长、根体积、根系平均直径等进行定量分析17 。1.5数据分析数据用 SPSS 13.0 统计分析软件进行分析。采用单因素方差分析 LSD 法比较不同处理间的差异显著性（ P 0.05)。2结果与分析2.1含硼氧化物对根际土壤酸度的影响含硼铁锰氧化物的引入对土壤酸度起到很大的改善作用（图 1），它们均不同程
14、度地提高了土壤的pH 值。与对照相比，针铁矿、硼吸附态针铁矿、硼包被态针铁矿对根际土壤 pH 值分别提高了 0.04， 0.10， 0.12，对非根际土壤 pH 值分别提高了 0.07，0.16， 0.13。水锰矿及其含硼氧化物对土壤 pH 值的提高作用较针铁矿及其含硼氧化物要大。水锰矿、硼吸附态水锰矿和硼包被态水锰矿对根际土壤pH 值分别比对照提高了0.20，0.21，0.23，对非根际土壤pH 值分别比对照提高了0.21，0.27，0.31。土壤交换性酸与土壤pH 值处在一个动态平衡之中，从图 2 可以看出含硼氧化物的加入大大的降低了土壤交换性酸的含量。与对照相比，针铁矿、硼吸附态针铁矿和
15、硼包被态针铁矿使根际土壤交换性酸分别降低了0.13， 0.19， 0.14cmol ?kg-1 ，使非根际土壤交换性酸分别降低了0.21，0.42，0.33 cmol?kg-1 。水锰矿、 硼吸附态水锰矿和硼包被态水锰矿使根际土壤交换性酸分别降低了对非根际土壤交换性酸分别降低了1.27，1.10，1.29 cmol kg-11.24， 1.28，1.33 cmol，kg-1 。虽然含硼氧化物起到降低土壤中酸度的作用，但是根际土与非根际土相比在某种程度上有酸化的现象，这是由于植物根系在植物生长过程中，自身还要分泌一部分酸，根际土壤受此影响明显大于非根际土壤。关于矿物对土壤酸化缓解的现象也有类似的
16、研究。如郭和蓉 18以沸石和蒙脱石粉作为原材料的营养型土壤改良剂提高了土壤的pH 值，降低了土壤中交换性H+和 Al3+ 含量。酸性黄红壤施用白云石可以降低土壤交换性铝的含量，提高土壤pH 值和交换性钙、镁的含量，其降酸作用与白云石粉用量呈正相关19 。传统的酸性土壤改良的方法是运用石灰或石灰石粉，但是石灰的应用经常会导致碳的矿化，增加氮的流失，以及对根系形态产生不良影响 20 。施用石灰能明显降低酸性土壤的酸度，但同时也会使复酸化程度加强。矿物在土壤酸化改良上的显著效果无疑为土壤酸化改良提供了一个新的措施。2.2 含硼氧化物对土壤交换性阳离子含量的影响含硼氧化物的加入对土壤交换性阳离子的含量
17、产生了很大的影响（表 1 和 2）。首先，土壤交换性钾的变化，与对照相比硼吸附态针铁矿和硼包被态针铁矿对根际土壤交换性钾分别提高了 5.45%和 3.53%，对非根际土壤交换性钾分别提高了 8.60%和 3.19% 。硼吸附态水锰矿和硼包被态水锰矿分别对根际土壤交换性钾含量提高了 6.03%和 7.91% ，对非根际土壤交换性钾分别提高了 10.27%和 12.33%，并且差异均达到显著水平。含硼氧化物对土壤交换性钙镁的含量也有不同程度提高，与对照相比，硼吸附态针铁矿、硼包被态针铁矿、硼吸附态水锰矿和硼包被态水锰矿对根际土壤交换性钙分别提高了 10.73， 5.71， 8.80， 9.12，土
18、壤交换性镁分别提高了 2.93， 1.93， 7.34， 7.55，对非根际土壤交换性钙分别提高了 9.23，9.14， 8.66，9.67，交换性镁分别提高了 3.42， 1.41， 0.30， 0.98。从表 1 和表 2 可以看出，与交换性钙镁在根际中的含量高于非根际土壤的情况不同，交换性钾在根际中的含量低于非根际土壤，出现根际亏缺现象，这可能和作物对养分的吸收利用以及养分在土壤中的运移有关。油菜生长对土壤钾的快速吸收造成土壤本底有效钾难以快速补充钾在根际土壤被油菜吸收的缺口，表现出上述现象。即使如此，无论是根际还是非根际，含硼氧化物的加入，在一定程度上提高了土壤中交换性钾、钙、镁的水平
19、。当然，其作用机理还有待深入的研究。2.3 含硼氧化物对油菜根系形态的影响为了解含硼氧化物的引入对油菜生长的影响，在油菜收获后测定了它的根系形态。通过根系分析系统对不同处理油菜根系形态进行了分析， 结果如表 3 所示。从表中可以看出，含硼针铁矿和含硼水锰矿处理对油菜总根长、根表面积、根平均直径、根尖数和根体积均比对照有所提高。对于两种含硼铁氧化物处理，生长在硼吸附态针铁矿处理上的油菜的根系形态指标均高于生长在硼包被态针铁矿处理上的油菜根系指标。对于两种含硼锰氧化物，硼吸附态水锰矿和硼包被态水锰矿处理油菜根系形态除了油菜平均直径外，均比对照有显著的提高。硼吸附态水锰矿处理油菜根表面积和平均直径高
20、于硼包被态水锰矿，但是总根长、根尖数和根体积却比硼包被态水锰矿处理低，但是两种氧化物处理之间的差异并不显著。水分和养分的吸收效率很大程度上取决于根的生长和结构，含硼氧化物对油菜根系形态的改善作用，也是含硼氧化物在黄棕壤上的添加促进油菜对土壤养分吸收以及生物量累积的重要因素之一。3 结 论（ 1）针铁矿、水锰矿及其两种硼负载体引入土壤后，对土壤性质产生了很大的影响， 它们均能提高土壤的 pH 值，降低土壤交换性酸的含量，对土壤酸化起到一定的缓解作用。负载体对土壤酸化缓解作用的关系是：硼吸附态针铁矿 > 硼包被态针铁矿，硼吸附态水锰矿 < 硼包被态水锰矿，并且水锰矿及其负载体对土壤酸化
21、的缓解作用要优于针铁矿及其负载体。（ 2）含硼氧化物的引入提高了土壤中交换性阳离子的含量，它们对根际和非根际土壤中交换性钾、钙、镁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态，含硼针铁矿和水锰矿处理对油菜总根长、根表面积、 根平均直径、根尖数和根体积均比对照有所提高。对于根系所有指标，针铁矿间表现出硼吸附态针铁矿> 硼包被态针铁矿，而水锰矿两种负载体间高低有所波动。参考文献：1 Goldberg S. Inconsistency in the triple layer model description of ionic strength dependent b
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