史艷芙，宗良綱，張艷萍，沈碧云珠，楊雨菡

（南京農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，南京 210095）

茶樹是一種天然富硒能力較強的植物，在富硒土壤上開發(fā)生產富硒茶葉具有很大潛力。茶樹根際效應影響土壤的化學組成及特性，關系到土壤中硒素的利用。通常將距離根系幾毫米范圍內的土壤視為根際土壤，這是土壤受根系自身新陳代謝活動影響最直接、最強烈的區(qū)域[1]。所謂根際效應就是在根際范圍內由于土壤微生物種類與數量、pH及氧化還原條件、根系分泌物等因素使植物根系產生對外界環(huán)境適應性的反應[2]，由此導致根際與非根際土壤中土壤理化性質與元素分布存在一定差異[3]，這種差異又間接影響根際土壤硒的有效性與遷移性。硒的化學特性與土壤pH、有機質、磷含量等因素的關系已有報道[4-5]，但在根際土壤中這些因素對硒的影響研究較少。茶樹是典型的喜酸性聚鋁植物[5]，根際與非根際不同形態(tài)鋁含量的變化對土壤鋁氧化物的吸附能力具有重要意義[6]，而土壤中亞硒酸鹽易受鋁氧化物吸附[7]，鋁的含量與活性很大程度上決定著土壤硒的有效性。此外，活性鋁影響茶樹根系低分子有機酸的分泌[8]，也可能間接影響硒的有效性。

目前國內外對土壤硒特性研究進展較快[9-12]，但對于植物尤其是茶樹根際微環(huán)境中的硒特性研究很少。本研究通過對江蘇宜興南部丘陵山區(qū)富硒茶園根際與非根際土壤采樣調查，比較茶樹根際與非根際土壤硒特性，并探討其與土壤化學性質的相關性，分析茶樹根際土壤硒特性的影響因素，旨在為進一步研究茶樹根際微環(huán)境中硒的環(huán)境行為及其生物有效性提供基礎，并為生產中提高茶樹對土壤硒素資源利用率提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

根據文獻[13]及本課題組[12]前期對江蘇較大規(guī)模茶場進行實地調查結果：江蘇宜興地區(qū)茶園土壤普遍富硒，土壤全硒平均含量為0.88 mg·kg-1，明顯高于江蘇其他地區(qū)平均值0.25 mg·kg-1。因此，本研究供試土壤均采自江蘇宜興境內的富硒茶場，包括無錫茶科所、長征茶場、大潮山茶場等8個茶場，選擇茶樹種植年限相對較長（20年左右）的茶園共10個。每個茶園中間選擇周圍較為開闊的茶壟，在離茶壟滴水線30～35 cm處，挖除0～20 cm表層土壤以去除雜草根系，在20～30 cm茶樹根系較為豐富的土層[14]挖取茶樹根系，輕輕抖去大土塊土粒，將剩余在根表幾毫米厚的土體用刷子刷下，收集起來。為凸顯茶樹根際效應，在遠離茶壟樹根部1 m左右挖取20～30 cm相對無根系土壤作為非根際土樣。每個茶園挖取3～5棵茶樹，混合樣品，收集根際與非根際土壤各500 g。將土樣帶回實驗室，風干，磨碎，根據檢測指標分別過10目、20目、60目和100目篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 分析測定方法

1.2.1 土壤常規(guī)化學指標的測定

參照《土壤農化分析》[15]，土壤pH值測定采用水浸提電位法（水土比2.5∶1）；有機質含量測定采用濃硫酸-重鉻酸鉀油浴-容量法；速效磷含量測定采用0.05 mol· L-1HCl-0.025 mol· L-1H2SO4（1/2H2SO4）浸提，鉬銻抗比色法；全磷含量測定采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗比色法。

1.2.2 土壤硒全量與有效態(tài)含量測定

土壤全硒和有效態(tài)硒的測定參照瞿建國等[16]的氫化物發(fā)生-原子熒光光度法。

全硒：稱取100目土樣0.500g于聚四氟乙烯坩堝中，采用HNO3-HClO4-HF消化，160℃蒸至白煙冒盡，溶液呈淡黃色黏稠狀，用5 mol·L-1HCl轉移至比色管中，定容至25 mL，取適量溶液沸水浴30 min，將六價硒還原成四價硒，冷卻后用原子熒光光度計測定。

有效硒：稱取20目土樣4.000 g于100 mL離心管中，加入 60 mL 0.5 mol·L-1KH2PO4，30 ℃下 210 r·min-1振蕩90 min提取有效態(tài)硒，離心后取10 mL上清液于試管中，加入1 mL 5%K2S2O8沸水浴1 h分解有機硒，5 mol·L-1HCl條件下沸水浴30 min，將六價硒還原成四價硒，冷卻后定容至25 mL，用原子熒光光度計測定。

1.2.3 土壤全鋁與活性鋁含量測定

全鋁：參照范麗新等[17]的測定方法并改進。稱取100目土樣0.500 g于聚四氟乙烯坩堝中，采用HNO3-H2SO4-HF消化，視情況補加少量水和硝酸，蒸至白煙冒盡，溶液呈灰白色黏稠狀，冷卻后加水溶解，定容至100 mL，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定。

活性鋁：參照邵宗臣等[6]推薦的連續(xù)分級提取方法。①交換態(tài)鋁（Ex-Al）：稱取風干60目土壤樣品1.0 g于50 mL塑料離心管中，加入10 mL 1 mol·L-1KCl，25 ℃下 210 r·min-1振蕩 30 min，6000 r·min-1離心分離10 min；②無機態(tài)羥基鋁（Hy-Al）：10 mL 0.2 mol·L-1HCl溶液振蕩30 min，離心分離；③有機配合態(tài)鋁（Or-Al）：20 mL 0.1 mol·L-1Na4P2O7溶液，振蕩2 h，離心分離。

樣品溶液經電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定。

1.3 數據處理與分析

應用Excel進行數據處理計算，計算公式為：

應用SPSS軟件對單獨茶園根際與非根際土壤樣品進行單因素方差分析并進行t檢驗，對土壤硒特性與化學性質進行Pearson相關性分析。

2 結果與討論

2.1 茶樹根際與非根際土壤硒含量及活化率的差異

由于茶樹根際效應，根際與非根際土壤硒特性存在差異，結果如表1所示。本研究中10個茶園土壤均為天然富硒土壤，茶樹根際土壤全硒含量為0.511～1.029 mg·kg-1，非根際全硒含量為 0.261～1.019 mg·kg-1。10個茶園中，長征茶場1號根際全硒含量顯著低于非根際，新街茶場1號、紅嶺茶場根際全硒含量與非根際無顯著差異，其他茶園根際全硒均顯著高于非根際。茶樹根際土壤有效硒含量為17.46～106.31 μg·kg-1，非根際有效硒含量為4.78～97.37 μg·kg-1。其中，新街茶場1號、林場茶場茶樹根際土壤有效硒含量低于非根際土壤，其他茶園茶樹根際有效硒含量均顯著高于非根際，因此導致新街1號、林場茶場茶樹根際土壤硒活化率也低于非根際，其他茶園根際土壤硒活化率均高于非根際。綜上所述，大部分茶樹根際土壤全硒、有效硒含量及活化率均大于非根際，茶樹根際對土壤硒表現(xiàn)出一定程度的富集與活化效應，與秦恩華等[18]的研究結果相似。

2.2 硒的根際效應與土壤化學性質的關系

茶樹根際與非根際土壤化學性質差異可能是影響根際土壤硒富集與活化的重要因素（部分化學性質測定結果見圖1）。由于茶樹的泌酸特性，有7個茶園茶樹根際土壤pH顯著低于非根際土壤，pH低于4.5的茶園中茶樹根際與非根際土壤pH無明顯差異，如紅嶺茶場和林場茶場。本研究所調查區(qū)域茶園土壤酸化較為嚴重[19]，根際土壤pH的變化是茶園土壤酸化的內因表現(xiàn)。除長征茶場1號，其他茶園中茶樹根際土壤有機質含量顯著高于非根際，這是由于茶樹根系分解、根系分泌物以及根際微生物的作用[20]。除了靈谷茶場，大部分茶場的茶樹根際全磷含量顯著高于非根際，且除了林場茶場，速效磷含量也符合這一規(guī)律，與周牮君[21]的研究結果相似?？傮w來說，本研究中茶樹根際土壤pH低于非根際，根際土壤有機質、全磷、速效磷含量高于非根際。

通過對茶樹根際與非根際土壤全硒、有效硒與化學性質的相關分析，探究土壤化學性質對茶樹根際與非根際硒特性的影響，結果見表2。無論茶樹根際還是非根際土壤，有效硒與pH均呈正相關但未達到顯著水平，說明隨著pH的降低土壤有效硒含量具有降低的趨勢，與戴慧敏等[22]的研究結果一致。本研究所選擇的供試茶園土壤本體pH值較低，一定程度上削弱了這種效應，在pH較高的土壤中，pH的降低對有效硒的抑制更為明顯[23]。根際土壤全硒與pH呈現(xiàn)弱正相關，有研究者[5，23]從吸附解吸的角度分析，pH 4.5～6.0范圍內，隨pH降低，SeO2-3與吸附質間的親和力越強，硒的遷移性越易受黏粒礦物與有機質固定的影響而降低，由此可能導致土壤硒由非根際向根際遷移積累呈現(xiàn)減少趨勢。在本研究條件下，pH未表現(xiàn)出對硒根際效應的主導作用，但茶園土壤酸化具有降低茶樹根際土壤全硒、有效硒含量的趨勢，導致根際土壤富集率降低，應予以重視。

表1 茶樹根際與非根際土壤全硒、有效硒含量及活化率Table 1 Total selenium，available selenium content and activation rate in rhizosphere and bulk soil of tea garden

圖1 茶樹根際與非根際土壤化學性質差異Figure 1 Chemical properties in rhizosphere and bulk soil of tea garden

表2 茶樹根際與非根際土壤全硒、有效硒與土壤性質相關性分析Table 2 Correlation analysis of total selenium，available selenium and soil properties in rhizosphere and bulk soil of tea garden

茶樹非根際土壤全硒與有機質呈顯著正相關關系，相關系數為0.636，而在根際土壤中二者未呈現(xiàn)相關性，可能是由于有機質組分不同所致。有機質對硒的作用具有二重性，一方面通過吸附和絡合作用表現(xiàn)出對硒的固定，另一方面，土壤有機質可促進有機硒的形成，增加硒的有效性[24]。本研究中茶樹根際與非根際土壤有效硒與有機質幾乎沒有相關性，有機質主要表現(xiàn)出對非根際土壤硒的固持作用，長征茶場1號非根際土壤有機質含量顯著高于根際，或許這正是其非根際全硒高于根際的原因之一。

非根際土壤硒與磷未呈現(xiàn)相關關系，而根際土壤有效硒與全磷、速效磷含量呈負相關但未達到顯著水平。研究表明[25]，土壤中PO3-4可以通過與Se（Ⅳ）競爭土壤膠體表面的吸附位點而減少對Se（Ⅳ）的吸附，增加硒的有效性，但本研究中茶樹根際磷與硒的相互關系具有相反趨勢，相關系數未通過顯著性檢驗，其原因有待進一步探究。新街茶場1號根際與非根際全磷、速效磷含量差異均最大，可能這是導致其根際有效硒低于非根際的原因。

土壤有效硒與全硒呈極顯著正相關，并在根際土壤中達到極顯著水平，相關系數為0.938，說明茶樹根際土壤有效硒含量主要取決于全硒含量。這與王玉榮等[26]的結果一致，土壤全硒是有效硒的來源和基礎。研究表明[27]根際土壤營養(yǎng)元素含量取決于非根際土壤溶液中離子濃度以及向根遷移速率，而土壤溶液中離子濃度又很大程度上受元素全量的影響。實際上，本研究中茶樹根際土壤全硒與非根際全硒也具有極顯著的正相關性，相關系數為0.919。

2.3 硒的根際效應與土壤鋁特性的關系

圖2為茶樹根際與非根際土壤活性鋁、全鋁含量差異。除長征1號茶園根際Hy-Al和Or-Al顯著低于非根際，林場茶場根際Or-Al顯著低于非根際，其他茶園根際活性鋁和全鋁含量均明顯高于非根際或無顯著差異，與苗宵霖[28]的研究結果相似。土壤pH影響土壤溶液中鋁的形態(tài)，隨著pH降低，Ex-Al的比例增加，而羥基態(tài)鋁和腐植酸鋁所占比例減少[29]，其中Ex-Al決定著土壤的交換性酸度，同時制約土壤pH值。除此之外，土壤有機質的增加也會增加Or-Al的含量[30]，根際土壤中根系分泌物可促進土壤中鋁向腐植酸態(tài)鋁轉化[28]，由此導致茶樹根際土壤鋁的富集，Ex-Al、Hy-Al、Or-Al三種活性鋁含量也具有一定程度的增加。

通過分析茶樹根際與非根際土壤全硒、有效硒與土壤鋁的相關關系，探究土壤活性鋁形態(tài)及含量對根際土壤硒特性的影響，結果見表3。茶樹根際和非根際全硒與Ex-Al均呈負相關，在根際土壤中達到顯著水平，相關系數為-0.646，有效硒同樣與Ex-Al呈負相關，并且在根際土壤中達到顯著水平，相關系數為-0.659。這說明隨Ex-Al的增加，土壤全硒、有效硒含量均具有下降趨勢，并且在根際土壤中這種關系更為顯著。有研究表明[6]土壤中Ex-Al與黏土礦物存在負相關性，土壤Ex-Al的增加可能減少黏土礦物組分，導致土壤對硒的吸附能力減弱，從而造成全硒含量的下降。Ex-Al與土壤pH密切相關，其對土壤硒的影響與前文pH對土壤硒的影響一致，茶樹根際Ex-Al的增加相應加劇了這一影響。此外，研究表明[31]Al3+可能與 SeO2-3生成 Al2（SeO3）3難溶物，影響硒的有效性。與pH一樣，在酸性茶園土壤環(huán)境中Ex-Al未表現(xiàn)出對硒根際效應的主導作用，但具有降低根際土壤全硒與有效硒含量的趨勢。

Hy-Al主要是羥基鋁和氫氧化鋁，具有極強的吸附能力，非根際土壤中，Hy-Al與全硒含量呈顯著正相關，相關系數為0.635，而根際土壤中未呈現(xiàn)這一規(guī)律，可能是由于根系分泌物的影響，這一效應與前文中有機質對非根際硒的固持作用類似。Or-Al與土壤有機質含量密切相關，其與土壤硒的關系可看作是有機質的影響結果。實際生產中，茶園管理施用有機肥以及土壤酸化調控，以降低Ex-Al含量，促進鋁形態(tài)向Hy-Al和Or-Al轉化，將有助于提高茶園土壤對硒的固持作用，增加根際土壤全硒和有效硒含量，并緩解鋁毒。茶樹根際和非根際土壤全硒、有效硒與土壤全鋁未呈現(xiàn)相關性。這與童建川[24]對重慶紫色土壤硒的研究結果相似，土壤中金屬氧化物對硒的吸附受活性態(tài)金屬制約，而與金屬全量幾乎沒有相關性。

表3 茶樹根際與非根際土壤全硒、有效硒與鋁形態(tài)的相關性分析Table 3 Correlation analysis of total selenium，available selenium and forms of aluminum in rhizosphere and bulk soil of tea garden

圖2 茶樹根際與非根際土壤活性鋁、全鋁含量差異Figure 2 Content difference of aluminum in rhizosphere and bulk soil of tea garden

以全硒含量R/S值和硒活化率R/S值分別表征茶樹根際對硒的富集和活化效應，其與土壤鋁的相關分析見表4。其中，以非根際Hy-Al對硒根際效應的影響最為明顯，與根際富集效應呈現(xiàn)負相關，與活化效應呈現(xiàn)正相關，但均未達到顯著水平，非根際Hy-Al可能是通過影響非根際全硒含量而使根際表現(xiàn)出對硒的富集趨勢，同時具有降低活化效應的趨勢。由于研究樣本較少，相關系數未通過顯著性檢驗，存在不確定性，有待進一步探究。

3 結論

（1）茶樹根際土壤全硒、有效硒含量及硒的活化率高于非根際土壤，茶樹根際表現(xiàn)出對硒一定程度的富集與活化效應。

（2）根際土壤全硒含量與非根際土壤全硒含量有關，而茶樹非根際土壤有機質對土壤硒有一定的固持作用，所固持的硒可作為根際土壤硒的來源，有利于根際硒的積累。根際有效硒含量主要取決于根際全硒含量，但根際pH降低時，有效硒含量也有降低趨勢。

（3）土壤Ex-Al抑制土壤全硒與有效硒含量，根際Ex-Al的增加使這一影響更為顯著。Hy-Al、Or-Al主要與非根際全硒含量有關，間接影響土壤硒在根際的富集。增加土壤有機質含量，同時調控土壤pH，降低Ex-Al含量，促進土壤鋁向Hy-Al、Or-Al轉化，將有利于增加根際土壤全硒、有效硒含量，并緩解鋁毒。

表4 茶園土壤全硒含量R/S值、硒活化率R/S值與鋁形態(tài)的相關性分析Table 4 Correlation analysis of R/S value and forms of aluminum in rhizosphere and bulk soil of tea garden