根际一般是指根土界面数毫米范围内受根系影响的土壤区，它是水分和矿质养分进入根系、参与生物循环的门户，同时也是根系自身活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域(刘建军等, 1998；杨玉盛, 1998)。根际区具有许多不同于原土体的物理、化学和微生物学特性，如根际土壤微生物量及活性高于非根际区(焦如珍等, 1999)；根际养分离子浓度与非根际区不同(曾曙才等, 2003)；根际土壤pH值与非根际区不同(马健等, 1998)。因此可以认为根系、微生物、土壤在根际区共同构成了一个微生态系统(张福锁, 1992)。在半干旱的科尔沁沙地植被演替中，一些中生、中旱生的灌木、半灌木逐渐成为不同沙丘植被的优势种，这些灌木根系分泌物的产生改善了土壤养分状况，并且由于干旱区根际碳占据了土壤中很大的份额(苏永中等, 2002)，这一地区灌木根际养分的含量和变化对于退化区植被恢复和土壤质量改善具有重要的实践意义。本文拟通过对科尔沁沙地3种不同灌丛下的根际养分状况及其变化进行研究，期望能从根际微域角度揭示黄柳(Salix gordejevii)、盐蒿(Artemisia halodendron)和小叶锦鸡儿(Caragada microphylla)3种灌木在土壤恢复过程中的作用机理。

试验地位于中国科学院奈曼沙漠化研究站(铁路南流沙围栏)(120°43′N，42°55′ E)。属温带大陆性半干旱气候，年均气温6.1~6.4 ℃。极端最低气温-29.7 ℃，极端最高气温41 ℃，年均降水量366 mm，主要集中在6—8月，年蒸发量1 937 mm，干燥度3.9。地表承接了大量松散的第四纪沉积物，在风力作用下形成以沙丘和丘间低地、沙质平地相间分布为主要特征的地貌类型。地带性土壤为沙质栗钙土，在风的长期作用下退化为风沙土。试验区主要植物种有小叶杨(Populus simonii)、小叶锦鸡儿、盐蒿、冷蒿(Artemisia frigida)、黄柳、扁蓿豆(Mellissitus ruthenicus)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、狗尾草(Setaria viridis)和沙米(Agriophyllum squrrosum)等。

选择生长良好的黄柳、盐蒿、小叶锦鸡儿为研究对象(表 1)。

表 1 灌木形态特征和分布 Tab.1 Distribution and morphological traits of shrubs

表 1 灌木形态特征和分布 Tab.1 Distribution and morphological traits of shrubs

土样采集方法：对于每种类型灌木，选择地形特征、冠幅、株高和生长情况基本一致的灌丛各5丛，作为5次重复，取样灌丛的形态特征和分布列于表 1。于2005年生长季前期的5月和生长季末期的8月，对选好的每株灌木, 多点挖取0~20 cm土层内的根系，先抖落根系上的大块不含根系的土壤，装入塑料袋内混匀，作为非根际土壤；然后取近根系表面的细粒土壤，装入塑料袋内混匀，作为根际土壤(厉婉华, 1996；苏永中等, 2002)。

养分测定方法按照土壤养分常规分析方法进行：有机质用重铬酸钾外加热氧化法测定；全氮用凯氏法硝化，然后用自动定氮仪测定(意大利产DK6，UDK140分析仪)；全磷用HClO₄-H₂SO₄消化，钼锑比色法(日产UV-1601分光光度计)；碱解氮用碱解扩散法；速效磷用NaHCO₃法；pH值(土水比1:2.5悬液)和电导率(土水比1:5浸提液)用德国产Multiline F/SET23分析仪直接测定(鲍士旦, 2000)。

采用SPSS软件对数据进行处理。T检验用于各灌木根际和根外及生长季前、后土壤性状之间的比较和显著性检验(p=0.01)。

从土壤pH值分析结果来看(图 1)，3种灌丛下土壤的pH值均大于7，土壤偏碱性。5月和8月的数据都表明根际pH值要低于非根际，但是显著性检验结果表明两者没有显著差异(p>0.01)。通常，根系分泌有机酸和呼吸作用产生的CO₂形成H₂CO₃被认为是根际pH值降低的必然原因。不同植物种生物学特性差异大，天然降水的pH值和生长基质中离子的多少都决定了植物根际pH值的大小。另外，研究发现8月份pH值相对于5月份有所下降，说明根际pH值是一个动态变化的过程(陈有鑑等，2002)。

图 1 pH值和电导率在不同灌木根际和非根际的变化情况 Fig. 1 Changes of pH value and electric conductivity in the rhizosphere and non_rhizosphere with three shrubs 同种植物根际与非根际若字母相同表示差异不显著，p＜0.01。 The same letters of rhizosphere and non-rhizosphere indicated no significant differences at the 1% level.

电导率的变化是由于土壤中一些盐分离子(如K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-等)在灌丛下累积的原因。在5月，3种灌木电导率各有差异。黄柳、盐蒿根际土壤的电导率要略小于非根际土壤，没有显著的差异，小叶锦鸡儿根际土壤的电导率要显著高于非根际土壤。在8月，根际土壤电导率都显著高于非根际土壤(p＜0.01)，在3个月的生长过程中植物一方面通过根系分泌物质，一方面有大量细根死亡，增加了对土壤有机质的输入。无论是哪种情况，有机质的增加可以吸附大量的离子和电子，从而为根系离子富积及养分浓度的升高创造了条件。

在5月，黄柳根际土壤的有机质和全氮含量低于同期非根际土壤，小叶锦鸡儿根际土壤的各种养分都明显高于非根际土壤，盐蒿根际土壤的各种养分也高于非根际土壤，其中全氮和速效氮达到了显著水平(表 2)。在8月，黄柳根际土壤的全氮、全磷与速效磷含量都明显高于非根际土壤，小叶锦鸡儿根际土壤的各类养分都明显高于非根际土壤，盐蒿根际土壤养分含量也全都明显高于非根际土壤。由此可见，这3种灌木都具有富积养分的能力。这正是灌木在该区具有“肥岛”的原因所在。3种灌木根际与非根际土壤养分含量比值(R/S)不同；黄柳有机质R/S在1左右，盐蒿为1~2，而小叶锦鸡儿超过了4；黄柳全氮R/S在8月为1.47，在5月甚至＜1；小叶锦鸡儿为2~4，盐蒿在1.8左右；黄柳、小叶锦鸡儿全磷R/S都为1~2；速效磷、速效氮的R/S也都是小叶锦鸡儿＞盐蒿＞黄柳。不同灌木根际、根外土壤养分(R/S)的差异，说明由于灌木生物学特性不同，它们表现出不同的根际效应。这主要是由于不同植被根系与土壤及微生物之间长期形成的不同根际环境的结果。另外，全磷含量在根际、非根际土壤中的差异(R/S)不大，3种灌木根际与非根际土壤中全磷含量R/S值都在1左右，但根际土壤全磷含量都不低于根外。

表 2 3种灌木根际非根际营养变化^① Tab.2 Rhizosphere and non-rhizosphere soil nutrient dynamic of three shrubs

表 2 3种灌木根际非根际营养变化① Tab.2 Rhizosphere and non-rhizosphere soil nutrient dynamic of three shrubs

对比3种灌木5月和8月的根际和根外土壤养分，发现根际土壤养分含量的变化存在明显差异(表 2)。在8月，黄柳根际土壤的各种养分都有所提高，特别是全氮和速效磷含量提高了1倍；小叶锦鸡儿有机质、全氮含量略有增加，根际土壤中其余养分都有所降低；盐蒿根际土壤的速效养分都降低，有机质、全氮和全磷都增高。在8月，黄柳、小叶锦鸡儿、盐蒿根际土壤有机质较5月分别增加了0.28、0.689和1.549 g·kg^-1，而全氮含量分别增加了0.055、0.027和0.059 g·kg^-1。3种灌木根际土壤有机质、全氮含量的增加可能与植物生长过程中枯落物、根系、根毛及根表皮分解有关。3种灌木根际土壤中速效养分的富积并不明显。根际速效养分的变化主要取决于土壤中各种微生物的活动，微生物是土壤中氮转化的动力，氮在土壤中从不能被植物直接利用的有机氮转化为无机氮，难溶性磷转化为可溶性磷也是由土壤中溶磷微生物控制的。另外，一些研究证实在根际富氮时，在根际形成一个速效磷亏缺区(白尚斌等, 2001；张学利等, 2005)。

根际土壤pH值是目前根际特征研究最多的方面。一般认为，根际pH值的变化是由于根系呼吸作用释放CO₂以及在离子的主动吸收和根尖细胞伸长过程中分泌质子和有机酸所致(厉婉华等, 1996)。但是根据许多研究者对多种植物的研究证实，根际土壤pH值的变化是同植物生物学特性紧密相关的。本次研究的3种植物黄柳、小叶锦鸡儿、盐蒿的根际pH值都低于非根际土壤，但是对其进行显著性检验，并没有显著差异。进一步的结论需要在对3种灌木根际pH值进行连续的模拟动态观察后得出。

3种灌木的根际养分总体上表现出明显的正根际效应(R/S＞1)，3种灌木中小叶锦鸡儿的根际效应最大，盐蒿次之，黄柳最小。这与3种灌木的生物学特性不无关系。小叶锦鸡儿是豆科灌木，其根系深而庞大，侧根密集；另外根瘤菌与其共生，有利于根系碳的固定和营养吸收。盐蒿是生长在半流动与半固定沙丘的先锋固沙植物，在固定沙丘上生长周期缩短，枯落物、植株死亡部分增加，增加了向地下的有机质输送，因此盐蒿根际的养分含量也较高。黄柳主要生长在流沙落沙坡，土壤中原有养分含量就偏低，且黄柳根系纤维素含量高，因此尽管黄柳冠幅相对较大，但对土壤养分贡献较小。

在8月，3种灌木根际土壤有机质和全氮含量均高于5月，说明灌木在其生长发育过程中根际碳、氮会逐渐富集，从而有利于贫瘠沙地土壤养分的恢复。据有关研究，高达30%的植物光合产物以枯枝落叶，根系分泌物，死亡细根沉积于根际土壤(Lyuch, 1990；Norton, 1990；Martin, 1990)。它们不仅为根际微生物提供了丰富的C源，而且极大程度地改变了根际微区的物理和化学环境，从而对根际土壤养分产生重要影响(张福锁等, 1992)。对于速效养分，杨承栋等(1999)认为不同发育阶段杉木根际土壤和非根际土壤全磷含量差异较小，而根际土壤速效磷含量在不同发育阶段均高于非根际土壤；刘建军等(1998)对秦岭火地塘林区主要树种根际土壤速效磷含量的研究认为根际土壤速效磷含量均低于非根际土壤，且亏缺程度因树种不同而异；本研究发现，尽管3种灌木根际速效氮和速效磷都高于非根际，但在8月，小叶锦鸡儿、盐蒿2种灌木根际的速效养分在有机质和全效养分普遍增加的前提下都不同程度地降低。这些研究结果存在的差异，可能与土壤微生物活性和树种间存在差异有关。