井大煒，王明友*，馬海林，杜振宇，劉方春，馬丙堯

（1 德州學(xué)院，山東德州 253023；2 山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014）

畦灌與保水劑配施對(duì)楊樹根際土壤微環(huán)境特征及生長(zhǎng)的影響

井大煒1，王明友1*，馬海林2，杜振宇2，劉方春2，馬丙堯2

（1 德州學(xué)院，山東德州 253023；2 山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014）

【目的】探討畦灌與保水劑組合對(duì)楊樹根際土壤微生態(tài)環(huán)境與生長(zhǎng)的作用效果。 【方法】通過兩年大田試驗(yàn)，研究了 CK (常規(guī)畦灌)、BI60(常規(guī)畦灌量 60%)、BI30(常規(guī)畦灌量 30%)、BI60S (60% 常規(guī)畦灌量配施保水劑) 和 BI30S (30% 常規(guī)畦灌量配施保水劑) 處理對(duì)歐美 I-107 楊樹根際土壤中根系分泌物、理化特征、微生物數(shù)量及生長(zhǎng)的影響。 【結(jié)果】同 CK 相比，BI60S 處理顯著提高了根際土壤中根系分泌物含量，其中有機(jī)酸總量和氨基酸總量分別高出 15.13% 和 9.23%；BI60和 BI30處理導(dǎo)致根際土壤 pH 值顯著升高，而 BI60S 和 BI30S 處理則使對(duì)應(yīng)的 pH 值呈下降趨勢(shì)，其中 BI60S 處理分別比 CK、BI60、BI30和 BI30S 處理顯著降低 0.21、0.48、0.66 和0.26 個(gè)單位。BI60S 處理顯著提高了根際土壤中速效氮、速效磷和速效鉀含量，分別較 CK 提高 16.72%、23.98%和 20.11%；同時(shí)，BI60和 BI30處理會(huì)導(dǎo)致中活性和低活性有機(jī)碳含量顯著降低，而 BI60S 和 BI30S 處理能顯著提高其活性。BI60S 處理亦能顯著提高根際土壤細(xì)菌數(shù)，放線菌數(shù)，真菌數(shù)和微生物量碳、氮含量，其中細(xì)菌數(shù)分別較 CK、BI60、BI30和 BI30S 處理高出 11.93%、62.74%、122.28% 和 16.33%。此外，該處理使歐美 I-107 楊林分的胸徑、樹高和材積平均生長(zhǎng)率分別達(dá)到了 25.37%、23.59% 和 64.06%，并顯著高于其他處理。與 BI60S 處理相比，BI30S 處理對(duì)楊樹根際土壤和生長(zhǎng)的影響效果不顯著。 【結(jié)論】60% 常規(guī)畦灌量配施保水劑更利于改善歐美 I-107 楊樹根區(qū)微域的生態(tài)環(huán)境，有助于促進(jìn)林分生長(zhǎng)。

歐美 I-107 楊；畦灌；保水劑；根系分泌物；微環(huán)境特征

在目前楊樹的速生豐產(chǎn)林水分管理中，仍然大多以原始的漫灌方式為主，這不但容易造成土壤板結(jié)和通透性差等問題，進(jìn)而抑制林木的生長(zhǎng)，而且會(huì)造成水分嚴(yán)重浪費(fèi)，并引起養(yǎng)分及水土流失，且加劇硝態(tài)氮的深層淋溶，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境[1–2]。同時(shí)，我國作為世界上嚴(yán)重的缺水國家之一，不允許也不可能大量無節(jié)制地在林木上用水[3–4]。因此，為了確保水資源的可持續(xù)利用，必須采取節(jié)水灌溉技術(shù)模式。目前，節(jié)水灌溉技術(shù)在林木上得到了廣泛的應(yīng)用。美國、墨西哥與南非等國家已將地下滴灌、噴灌等技術(shù)應(yīng)用于苗木、經(jīng)濟(jì)林培育等領(lǐng)域，取得了顯著成效[5–6]。但將先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用于人工用材林培育則甚少。國內(nèi)也有諸多學(xué)者開展了關(guān)于改進(jìn)楊樹灌溉措施方面的探索研究。比如，馬建新等[7]關(guān)于俄羅斯楊的研究發(fā)現(xiàn)，溝灌的節(jié)水效果顯著優(yōu)于常規(guī)漫灌。賈黎明等[8]、傅建平等[9]和席本野等[10]研究表明，與傳統(tǒng)漫灌相比，地下滴灌可大幅度節(jié)約用水，且能顯著促進(jìn)樹木的生長(zhǎng)。但是，由于溝灌的深度、寬度直接影響灌溉效應(yīng)，同時(shí)挖溝的工作量大，并會(huì)對(duì)根系造成一定傷害；而地下滴灌的成本高和技術(shù)性強(qiáng)不易操作，使得這兩項(xiàng)節(jié)水灌溉措施并未在楊樹人工林的實(shí)際生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用[11]?？梢?，探索一種低成本、易操作且便于推廣的灌溉措施顯得尤為重要。

畦灌是一種簡(jiǎn)單易操作的灌溉措施，前期的研究發(fā)現(xiàn)[3,11–12]，畦灌在灌水量只占傳統(tǒng)漫灌 20% 的條件下，仍可獲得類似的增產(chǎn)效果。保水劑是近年來應(yīng)用很廣泛的化學(xué)節(jié)水措施之一，愈來愈受到國內(nèi)外學(xué)者的高度重視[13–14]。研究表明，保水劑有土壤“微型水庫”之稱，其吸持與釋放水分的脹縮性，能使周圍的土壤變疏松，減緩?fù)寥浪值尼尫潘俣?，顯著抑制水分的蒸發(fā)，具有抗旱保水、改良土壤、水土保持與促進(jìn)養(yǎng)分吸收等多重功能[15–16]。當(dāng)前，保水劑在節(jié)水農(nóng)業(yè)、生態(tài)恢復(fù)中得到了普遍應(yīng)用，但主要針對(duì)玉米[17]、小麥[18]、馬鈴薯[19]等作物；同時(shí)，也有關(guān)于灌溉與保水劑組合在燕麥[20]、棉花[21]等作物上的研究報(bào)道，而在林木上的研究則較少[3,22]，尤其是針對(duì)林木根際土壤微生態(tài)環(huán)境的研究更是罕見報(bào)道。為此，本研究結(jié)合畦灌模式，開展不同灌溉條件下，保水劑對(duì)楊樹人工林根際土壤微環(huán)境特征及生長(zhǎng)影響的研究，旨在探討畦灌與保水劑配施對(duì)楊樹根區(qū)微域的作用效果，為楊樹人工林節(jié)水灌溉模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)在山東省濟(jì)南市北郊林場(chǎng) (36°40'N、117°00'E)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫 14℃，年平均降雨量分別為 650～ 700 mm。供試土壤為潮土，土壤速效氮 19.39 mg/kg、速效磷 15.07 mg/kg、速效鉀 47.25 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量 7.82 g/kg。保水劑為 XL 型丙烯酰胺–丙烯酸鉀交聯(lián)共聚物，粒徑 1.6～ 4.0 mm，陰離子度 12.3%，含水率 9.7%，吸純水倍數(shù)為 350，吸 1000 mg/L NaCl 水溶液倍數(shù)為 180。化肥為尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀，肥料用量均為常規(guī)施肥量，其中 2014 年的施肥量相當(dāng)于 N 179.35 kg/hm2、P2O561.56 kg/hm2和 K2O 45.92 kg/hm2的施肥水平，2015 年隨林齡的增大按 10% 的遞增比例調(diào)整。楊樹為 4 a 生 I-107 歐美楊 (Populus euramericana cv. ‘Neva’) ，株行距 2.5 m × 5 m，南北行向，林木生長(zhǎng)均勻，平均樹高 10.18 m，平均胸徑 8.97 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)從 2014 年 4 月 8 日開始進(jìn)行，依據(jù)前期的研究，共設(shè) 5 個(gè)處理：1) CK (即常規(guī)畦灌)，根據(jù)楊樹根系的水平分布與灌溉水的側(cè)滲距離，設(shè)定畦寬1.0 m， 灌溉定額為 720 m3/hm2，4～ 9 月每月 120 m3/hm2；2) BI60，常規(guī)畦灌灌水量的 60%；3) BI30，常規(guī)畦灌灌水量的 30%；4) BI60S，在 BI60處理的基礎(chǔ)上配施保水劑 40 kg/hm2；5) BI30S，在 BI30處理的基礎(chǔ)上配施保水劑 40 kg/hm2。保水劑于 4 月份第一次灌溉時(shí)在距樹干 60 cm 處挖深度為 40 cm 的環(huán)狀溝，將保水劑 (50 g/tree) 和土按 1∶10 體積比混勻后分層裝在 20～ 40 cm 土層中，上層用浮土覆蓋。共有 15 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)有 30 株楊樹，重復(fù) 3 次，隨機(jī)區(qū)組排列。根據(jù)以往的研究[9]，以常規(guī)畦灌為基準(zhǔn)確定灌水時(shí)間。每次澆灌時(shí)，減量灌溉處理分別由對(duì)應(yīng)比例的時(shí)間來控制，灌水量用精確度為 0.001 m3的水表計(jì)量。2015 年的試驗(yàn)處理及灌溉量、灌溉方式與 2014 年保持一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

2015 年 11 月 8 日，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇 8 棵楊樹，在距離樹干 60 cm 處采用剝落分離法[10]采集根際土，每棵樹分別在東、南、西、北 4 個(gè)方向共取 4個(gè)點(diǎn)，并將土樣混合均勻，重復(fù) 3 次，然后將所取根際土樣品混勻后分為 2 份：一份用于土壤微生物數(shù)量與微生物量碳、氮的測(cè)定；另一份風(fēng)干，過 1 mm篩后供土壤理化性狀的測(cè)定。

根系分泌物采用層析濾紙定位收集法[23]，根系分泌物中有機(jī)酸總量用液相色譜儀法測(cè)定，氨基酸總量用甲醛滴定法測(cè)定，總糖用蒽酮比色法測(cè)定。土壤有效氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用醋酸銨浸提—火焰光度計(jì)法測(cè)定，pH 采用電位法測(cè)定 (水土比 2.5∶1)[24], 土壤活性有機(jī)碳含量參考安娟娟等[25]的方法測(cè)定，分別選擇 33、167 與 333 mmol/L KMnO4測(cè)定高活性、中活性與低活性有機(jī)碳含量。三大功能微生物數(shù)量的測(cè)定采用稀釋平板法，其中細(xì)菌、放線菌和真菌分別采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、改良高氏 1 號(hào)培養(yǎng)基+重鉻酸鉀和馬丁培養(yǎng)基+孟加拉紅+硫酸鏈霉素測(cè)定。微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸– K2SO4浸提法測(cè)定[24]。

分別于 2014 年 4 月 8 日和 2015 年 11 月 8 日，用胸徑尺、測(cè)高器測(cè)定所有試驗(yàn)林木的胸徑 (d) 與樹高 (h)，用公式 V = 3.14d2hf/4 (f = 0.42) 計(jì)算材積；然后用普雷斯勒公式[26]分別計(jì)算胸徑、樹高和材積平均生長(zhǎng)率。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

采用 Excel 2013 處理數(shù)據(jù)并制圖，采用 SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析與多重比較 (Least Significant Difference-LSD 法，P ＜ 0.05)。

2 結(jié)果與分析

表1 不同處理對(duì)楊樹根際土壤中根系分泌物含量的影響Table 1 Effect of different treatments on root exudate contents in the rhizosphere soil of poplar

2.1 不同灌溉處理?xiàng)顦涓捣置谖锖?/p>

不同灌溉處理對(duì)楊樹根際土壤中根系分泌物含量產(chǎn)生了顯著的影響 (表 1) 。從表 1 可以看出，同CK 相比，BI60和 BI30處理的有機(jī)酸總量顯著降低，分別下降 14.05% 和 23.77%；施用保水劑后，有機(jī)酸總量顯著升高，其中 BI60S 處理最高，分別較CK、BI60、BI30處理高 15.13%、33.96%、51.04%，而 BI30S 處理與 CK 差異不顯著。各處理氨基酸總量的大小次序?yàn)?BI60S ＞ CK ＞ BI30S ＞ BI60＞ BI30，其中BI60S 處理分別比 CK、BI60、BI30和 BI30S 處理顯著提高 9.23%、30.27%、39.36% 和 15.74%。此外，BI60S處理的總糖含量顯著高于 BI60和 BI30處理，但與CK、BI30S 處理差異未達(dá)顯著水平。這表明隨灌水量的減少，楊樹根際土壤中根系分泌物含量顯著降低，而配施保水劑則能顯著提高其含量，其中 60%常規(guī)灌水量和保水劑配施的作用效果最顯著。

2.2 不同灌溉處理根際土壤理化特征

根際土壤的微環(huán)境特征對(duì)植物的生長(zhǎng)具有重要意義。各處理土壤的 pH 相對(duì)穩(wěn)定，但在外部干擾的情況下會(huì)發(fā)生顯著變化[27]。從表 2 可見，減少灌水量顯著提高了楊樹根際土壤的 pH 值，BI60和 BI30處理分別較 CK 高出 0.27 和 0.45 個(gè)單位；配施保水劑的BI60S 和 BI30S 處理則使 pH 值顯著下降，其中 BI60S處理顯著低于其他處理，分別比 CK、BI60、BI30和BI30S 處理降低 0.21、0.48、0.66 和 0.26 個(gè)單位，而BI30S 處理與 CK 無顯著性差異。減量灌溉未導(dǎo)致土壤中有效養(yǎng)分含量的降低，而配施保水劑能有效提高養(yǎng)分離子的有效性。與 CK 相比，BI60S 處理的速效氮含量顯著提高 16.72%，而 BI30S 處理的速效氮含量雖有升高但未達(dá)到差異顯著水平。同時(shí)可見，各處理的速效磷和速效鉀含量呈現(xiàn)出相似的變化規(guī)律：BI60S ＞ BI30S ＞ CK ≈ BI60≈ BI30，其中 BI60S 處理的速效磷和速效鉀含量較 CK 顯著高出 23.98% 和20.11%，BI30S 處理顯著高出 12.36% 和 9.48%。此外，減量灌溉還導(dǎo)致根際土壤的中活性、低活性有機(jī)碳含量下降，施用保水劑則使對(duì)應(yīng)的活性有機(jī)碳含量顯著升高，其中 BI60S 處理的中活性、低活性有機(jī)碳含量與 CK 差異不顯著；而減量灌溉或配施保水劑對(duì)高活性有機(jī)碳含量未表現(xiàn)出顯著的影響。由此可見，減少灌水量雖然對(duì)楊樹根際土壤養(yǎng)分的有效性影響不顯著，但顯著降低了有機(jī)碳活性，導(dǎo)致土壤 pH 值升高；而減量灌溉配施保水劑可有效改善楊樹根際土壤的生態(tài)環(huán)境。

表2 不同處理對(duì)楊樹根際土壤理化性狀的影響Table 2 Effect of different treatments on physical and chemical characteristics in the rhizosphere soil of poplar

2.3 不同灌溉處理根際土壤微生物數(shù)量

從表 3 可見，楊樹根際土壤微生物以細(xì)菌為主，放線菌次之，真菌最少，其所占微生物總量的比例分別為 78.48%～84.93%、13.83%～20.29% 和1.16%～1.30%。減量灌溉顯著降低了根際土壤微生物數(shù)量，同 CK 相比，BI60處理的細(xì)菌數(shù)、放線菌數(shù)與真菌數(shù)分別下降 31.22%、15.62% 和 25.00%，BI30處理分別下降 49.65%、20.08% 和 45.59%?？梢?，灌水量越少，微生物數(shù)量的下降幅度越大。當(dāng)配施保水劑后，對(duì)應(yīng)的微生物數(shù)量顯著增加，其中 BI60S處理的細(xì)菌數(shù)與放線菌數(shù)達(dá)最大值，并顯著高于其他處理，其細(xì)菌數(shù)分別比 CK、BI60、BI30和 BI30S 處理提高 11.93%、62.74%、122.28% 和 16.33%。微生物量碳、氮含量在減少灌溉量條件下顯著降低，而施用保水劑時(shí)顯著升高。BI60S 處理的 MBC 和 MBN含量亦顯著高于其他處理，分別較 CK 高出 7.80%和 15.76%。此外，各處理 MBC/MBN 比值分別為6.35、6.21、6.15、5.91 和 5.78。方差分析顯示，CK、BI60與 BI30處理間的 MBC/MBN 比值差異不顯著，但顯著高于 BI30S 與 BI60S 處理，而 BI30S 和BI60S 處理間差異未達(dá)顯著水平。綜合分析可知，60% 常規(guī)灌溉量配施保水劑能顯著增加楊樹根際土壤的微生物數(shù)量，并提高 MBC、MBN 含量，這對(duì)于提高微生物活性、增強(qiáng)土壤的供肥性具有重要的促進(jìn)作用。

2.4 不同灌溉處理?xiàng)顦湫貜?、樹高和材積生長(zhǎng)率

由表 4 可以看出，與 CK 相比，BI60和 BI30處理的胸徑、樹高和材積平均生長(zhǎng)率顯著降低，且灌水量越少，其下降幅度越大。而配施保水劑處理?xiàng)顦湫貜健涓吆筒姆e平均生長(zhǎng)率呈顯著升高趨勢(shì)。BI60S 處理的胸徑、樹高和材積平均生長(zhǎng)率分別達(dá)到了 25.37%、23.59% 和 64.06%，并顯著高于其他處理，其中材積平均生長(zhǎng)率分別較 CK、BI60、BI30和BI30S 處理高出 17.14%、58.14%、109.11% 和19.33%；BI30S 處理的樹高平均生長(zhǎng)率顯著低于CK，而胸徑、材積平均生長(zhǎng)率與 CK 無顯著性差異。以上分析可知，減量灌溉可顯著抑制楊樹胸徑、樹高和材積的生長(zhǎng)，而減量灌溉與保水劑組合措施能顯著促進(jìn)林木的生長(zhǎng)，其中 60% 常規(guī)灌溉量與保水劑搭配的增產(chǎn)效果最顯著。

表3 不同處理對(duì)楊樹根際土壤微生物數(shù)量和微生物量碳、氮含量的影響Table 3 Effect of different treatments on microbial population and contents of MBC and MBN in the rhizosphere soil of poplar

表4 不同處理對(duì)楊樹胸徑、樹高、材積生長(zhǎng)率 (%) 的影響Table 4 Effect of different treatments on DBH, tree height, volume and growth rates of poplar

3 討論

林木根際是由樹木細(xì)根–土壤–微生物組成的一個(gè)特殊微生態(tài)系統(tǒng)，也是各種養(yǎng)分、水分及各種物質(zhì)進(jìn)入根系參與能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán)的重要場(chǎng)所之一[27]。當(dāng)林木受到外在管理措施作用時(shí)，根系首先會(huì)感應(yīng)到根際土壤的變化[28]。因此，研究根際土壤的生物學(xué)特征對(duì)于探討林木在管理措施下的響應(yīng)機(jī)制具有重要指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)結(jié)果表明，減量灌溉導(dǎo)致楊樹根際土壤的 pH 值顯著升高，而配施保水劑可對(duì)pH 值的升高起到顯著抑制作用，這與馬海林等[13]在側(cè)柏容器苗上的研究結(jié)果相似。其原因可能是減少灌水量時(shí)，會(huì)使蒸發(fā)量大于水分供應(yīng)量，造成一些鹽基離子的濃縮累積，使得土壤 pH 值呈上升趨勢(shì)；而保水劑的施用可顯著增加土壤含水量，有效提高水分的供應(yīng)量[29]。在林木生長(zhǎng)過程中，根系在從土壤中吸收養(yǎng)分、水分的同時(shí)，也會(huì)向生長(zhǎng)介質(zhì)中分泌質(zhì)子、釋放無機(jī)離子或溢泌大量有機(jī)物[30]，即根系分泌物。本研究中，與對(duì)照相比，60% 常規(guī)灌溉量與保水劑組合顯著提高了根系分泌物中一些有機(jī)酸含量，這與王妮等[31]對(duì)側(cè)柏根際土壤的研究結(jié)論相一致。究其原因可能是由于施用保水劑能降低土壤容重，增加孔隙度，改善土壤的通透狀況[3,32]，為根系生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的物理環(huán)境，有助于增強(qiáng)楊樹的根系活性；而有機(jī)酸含量的增加可能是引起根際土壤pH 值降低的主要原因之一。有研究認(rèn)為，土壤中速效養(yǎng)分容易在根際土壤中累積，這對(duì)植物養(yǎng)分的吸收具有重要作用[33]。本研究表明，雖然減少灌水量對(duì)根際土壤養(yǎng)分離子的影響不顯著，但 60% 常規(guī)灌水量配施保水劑較對(duì)照可增加土壤速效氮含量，其原因可能是保水劑能將溶于水中的尿素固定其中，在一定程度上提高了氮素的利用效率，從而有效增強(qiáng)供氮性[34]，這說明保水劑具有節(jié)水節(jié)肥，提高水肥利用率的效果。同時(shí)可見，該配施措施亦顯著提高了速效磷和速效鉀含量，可能與土壤 pH 值的降低能提高磷、鉀離子的溶解性有關(guān)[35]，這也是根際土壤養(yǎng)分有效性增加的重要原因之一。磷在土壤中主要以螯合態(tài)難溶性磷的形式存在，植物快速生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致根系周圍磷元素的大量缺乏，從而會(huì)改變根系皮層細(xì)胞的膜電位滲透壓，這對(duì)植物的吸收水分很不利[35]。由此可見，60% 常規(guī)灌水量與保水劑搭配能提高根際土壤有效離子濃度，對(duì)于楊樹養(yǎng)分吸收和保持根系皮層細(xì)胞的膜電位滲透壓具有積極意義。本試驗(yàn)還得出，減量灌溉會(huì)導(dǎo)致根際土壤的中活性、低活性有機(jī)碳含量降低，而配施保水劑則可顯著提高對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳活性，這對(duì)于改善楊樹根際土壤的生態(tài)環(huán)境具有重要作用。同時(shí)，減少灌溉或施用保水劑均未對(duì)高活性有機(jī)碳含量產(chǎn)生顯著影響，這與劉方春等[36]在核桃根際土壤上的研究結(jié)論不一致，可能與林木種類、土壤質(zhì)地和試驗(yàn)周期等因素的差異有關(guān)。

土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化循環(huán)的動(dòng)力，對(duì)土壤肥力的形成起著積極作用[37–38]。本試驗(yàn)中，不同處理下根際土壤中細(xì)菌數(shù)、放線菌數(shù)和真菌數(shù)所占微生物總量的比例分別為 78.48%～84.93%、13.83%～20.29% 和 1.16%～1.30%，配施保水劑并未顯著改變土壤中三大功能微生物的總體比例。這一結(jié)論在干旱山地新植核桃園土壤的研究中也得到了證實(shí)[39]。同對(duì)照相比，減量灌溉顯著降低了根際土壤微生物數(shù)量，而施用保水劑則可顯著提高對(duì)應(yīng)的微生物數(shù)量，其中 60% 常規(guī)灌水量配施保水劑的作用效果優(yōu)于 30% 常規(guī)灌水量配施保水劑。分析其原因：一方面在于保水劑可改善土壤結(jié)構(gòu)，并改變土壤中有機(jī)質(zhì)的分解礦化速率，從而促進(jìn)微生物的活動(dòng)與發(fā)育；另一方面，60% 常規(guī)灌量與保水劑組合能夠保證水分的充足供應(yīng)，更利于增強(qiáng)根系活力，刺激根系分泌大量的無機(jī)、有機(jī)物質(zhì)，從而增加了微生物生長(zhǎng)與繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)來源與能量來源[13,40]。因此，較強(qiáng)的根系活性促使根系分泌物質(zhì)的增加可能是施用保水劑條件下微生物數(shù)量增加的原因之一，而微生物數(shù)量的增加有利于提高土壤有機(jī)物的周轉(zhuǎn)利用效率，增強(qiáng)供肥性[41]。同時(shí)，60%常規(guī)灌量配施保水劑亦顯著增加了根際土壤微生物量碳、氮含量，而微生物量碳、氮是土壤中有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分的一種短暫而最有效的貯存形式，是土壤養(yǎng)分的源、庫[27,37]，其含量的提高也是導(dǎo)致根際土壤微生物數(shù)量增加的原因之一。這也表明保水劑的施用能促使較多的氮素通過同化作用轉(zhuǎn)入到微生物體內(nèi)被暫時(shí)固定，對(duì)于調(diào)節(jié)土壤氮素供應(yīng)、提高氮素利用率與保證林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有積極意義[27,42]。

楊樹的生長(zhǎng)發(fā)育受到諸多因素的影響，保水劑可改善根際土壤的微生態(tài)環(huán)境條件[3,13,43]，進(jìn)而促進(jìn)林木生長(zhǎng)。本研究中，60% 常規(guī)灌量配施保水劑使楊樹胸徑、樹高和材積平均生長(zhǎng)率顯著高于其他處理，原因有三點(diǎn)：1) 可能與該配施處理能顯著提高根際土壤中根系分泌物含量和養(yǎng)分離子的有效性，并顯著增加微生物數(shù)量有密切關(guān)聯(lián)；2) 保水劑能在楊樹根際形成水肥耦合微域，使根系的水肥吸持性能得到顯著提升，促使楊樹通過光合作用合成更多的干物質(zhì)；3) 保水劑可降低楊樹根系質(zhì)膜透性，增加根系活力，使根系質(zhì)量顯著增大，并在土壤內(nèi)的分布較合理，且使土壤深層根系的衰減變緩，從而有助于楊樹均衡生長(zhǎng)[15,29,43]。這進(jìn)一步表明根區(qū)微域生態(tài)環(huán)境的改善，有利于促進(jìn)林木的生長(zhǎng)。而 30%常規(guī)灌量和保水劑搭配對(duì)林木生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng)顯著小于 60% 常規(guī)灌量和保水劑搭配，說明適當(dāng)?shù)臏p量灌溉配施保水劑才能獲得較好的增產(chǎn)效果。此外，本研究還表明施用一次保水劑至少能保證兩年內(nèi)有顯著的增產(chǎn)作用?？梢?，在楊樹的節(jié)水高產(chǎn)栽培中施用保水劑還具有省工省力的優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)論

1) 與常規(guī)畦灌相比，60% 常規(guī)畦灌量配施保水劑處理能顯著提高根際土壤的根系分泌物和速效氮、速效磷、速效鉀以及中活性、低活性有機(jī)碳含量，并使根際土壤 pH 值呈下降趨勢(shì)；而 60% 常規(guī)畦灌量和 30% 常規(guī)畦灌量處理則使中活性、低活性有機(jī)碳含量顯著降低，且導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的 pH 值顯著升高。

2) 60% 常規(guī)畦灌量配施保水劑處理可顯著提高根際土壤細(xì)菌數(shù)、放線菌數(shù)、真菌數(shù)和微生物量碳、氮含量，并且胸徑、樹高和材積平均生長(zhǎng)率均顯著高于其他處理。同 60% 常規(guī)畦灌量配施保水劑處理相比，30% 常規(guī)畦灌量配施保水劑處理對(duì)歐美I-107 楊樹根際土壤與生長(zhǎng)的影響效果不顯著。

綜合分析認(rèn)為，60% 常規(guī)畦灌量配施保水劑措施更利于改善楊樹根區(qū)微域的生態(tài)環(huán)境，有助于促進(jìn)林分生長(zhǎng)。

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Effect of border irrigation co-applied with super absorbent polymers on micro-environment characteristics in the rhizosphere soil and growth of Populus euramericana cv. ‘Neva’

JING Da-wei1, WANG Ming-you1*, MA Hai-lin2, DU Zhen-yu2, LIU Fang-chun2, MA Bing-yao2
( 1 Dezhou University, Dezhou, Shandong 253023, China; 2 Shandong Forestry Academy, Jinan 250014, China )

【Objectives】To explore effect of border irrigation co-applied with super absorbent polymers (SAP) on micro-ecological environment characteristics in the rhizosphere soil and growth of Populus euramericana cv.‘Neva’. 【Methods】A field experiment with five treatments, i.e. CK (conventional border irrigation), BI60(60% conventional border irrigation quantity), BI30(30% conventional border irrigation quantity), BI60S (60% border irrigation quantity co-applied with SAP) and BI30S (30% border irrigation quantity co-applied with SAP) was conducted to determine effects of different treatments on root exudate, physico-chemical characteristics, microbial population in the rhizosphere soil and growth of Populus euramericana cv. ‘Neva’. 【Results】Compared with the CK treatment, the total organic acids and total amino acids in the root exudates in the BI60S treatment were significantly increased by 15.13% and 9.23%, respectively. The BI60and BI30treatments obviously increased pH values in the rhizosphere soil, while the pH values appeared a decreasing trend in the treatments of BI60S andBI30S, and the pH values in the BI60S treatment were decreased by 0.21, 0.48, 0.66 and 0.26, respectively, compared with the treatments of CK, BI60, BI30and BI30S. The contents of available nitrogen, available phosphate and available potassium were significantly increased by the BI60S treatment, showing 16.72%, 23.98% and 20.11% increases compared with the CK treatment. The contents of moderate-labile organic carbon and low-labile organic carbon in the treatments of BI60and BI30were notably decreased, while the BI60S and BI30S treatments could apparently increase the corresponding contents. The BI60S treatment also significantly increased the populations of bacteria, actinomyces and fungi, and the contents of microbial biomass carbon and microbial biomass nitrogen, with 11.93%, 62.74%, 122.28% and 16.33% increases in bacterial population compared to the treatments of CK, BI60, BI30and BI30S, respectively. Furthermore, the average growth rates of diameter at the breast height (DBH), tree height and volume in the BI60S treatment were 25.37%, 23.59% and 64.06%, respectively, which were also obviously higher than other treatments. However, in the BI30S treatment, fewer effects on rhizosphere soil and growth of poplar were observed compared with the BI60S treatment. 【Conclusions】The measure of 60% border irrigation quantity co-applied with super absorbent polymers was more beneficial to improving ecological environment in the rhizosphere soil and promoting growth of Populus euramericana cv. ‘Neva’.

Populus euramericana cv. ‘Neva’; border irrigation; super absorbent polymers; root exudates; micro-environment characteristics

2016–06–28接受日期：2016–09–30

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31500513）；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題“楊樹超高產(chǎn)栽培關(guān)鍵技術(shù)研究”；山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“山東省干旱瘠薄山地集雨造林關(guān)鍵技術(shù)研究”（2010GSF10621）；德州學(xué)院科技人才引進(jìn)項(xiàng)目（311890）資助。

井大煒（1982—），男，陜西省綏德縣人，博士，講師，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)機(jī)理與調(diào)控研究。

E-mail：jingdawei009@163.com 。*通信作者 E-mail：nwmy_sddz@163.com