根-土界面(根际)一般是指根周围数毫米范围内的微域环境，该微区中物理、化学和生物学状况直接影响着土壤中水分、养分向根的迁移、转化和有效性，以及植物根的吸收和生理活性，因此对于该微区的研究在理论与实践上都具有极为重要的意义(刘芷宇等, 1997; Gregory, 2006)。在石灰性土壤中，由于土壤中存在着大量的碳酸钙和黏粒矿物，土壤pH值较高，土壤磷的化学有效性较低，成为植物生长的主要限制因子之一(沈仁芳等, 1992; 张富仓等, 2003; Lee et al., 2004; Alan, 2009)。因此，通过降低石灰性土壤的pH值以提高土壤中磷的生物有效性是研究者普遍关注的问题。Riley等通过NH₄⁺-N与NO₃^--N来调控根-土界面pH值，并籍此提高根际植物养分有效性(Silber et al., 1998)。以往研究中，有证据表明磷有效性或溶解性受制于不同氮素形态引起的根-土界面pH值(邹春琴等, 1993; Teng et al., 1995; Ruan et al., 2000; Li et al., 2003; Shen et al., 2004)。但以往有关研究多以农作物为研究对象，而针对林木方面的研究还很少。另外, 受试验条件的限制, 在研究方法上, 在林业上多采用从根系直接剥落分离土壤的方法以获得分析样品, 这样只能对根-土界面性质给出一个较粗放的评价, 而对距根面不同距离处养分梯度变化的详情并不了解(Rollwagen et al., 1988; Gijsman, 1990; 陈永亮等, 2006)。本文以荒山造林树种黑松(Pinus thunbergii)苗木为研究对象，采用根垫-冰冻切片法以获得根-土界面样品，揭示不同形态氮源处理后石灰性土壤中黑松幼苗根-土界面无机磷的形态转化及其有效性，为石灰性土壤上人工林营造及其根-土界面的养分调控提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 供试土壤与处理

供试土壤采自山东省定陶的石灰性潮土0~20 cm土层，供试土壤(原土)主要理化性质为全氮0.94 g·kg^-1，全磷1.41 g·kg^-1，有效磷6.36 mg·kg^-1，Ca₂-P 9.65 mg·kg^-1，Ca₈-P 52.85 mg·kg^-1，Ca₁₀-P 472.5 mg·kg^-1，Fe-P 31.63 mg·kg^-1，Al-P 45.60 mg·kg^-1，O-P 121.5 mg·kg^-1，pH(H₂O) 8.2，粘粒16.59%。将土壤风干后过2 mm筛，以备不同试剂处理。

采用2种氮源(NH₄Cl，KNO₃)处理土壤，设3个处理水平，N质量分数分别为100，200和400 mg·kg^-1。连同对照共7种处理，每处理5个重复。具体加入方法是将一定量分析纯试剂溶于100 mL蒸馏水中，然后与一定量风干土壤均匀混合。为防止发生硝化作用(NH₄⁺→NO₃^-)，在土壤处理过程中，同时以溶-液形式加入硝化抑制剂二氰二胺(dicyandiamide，DCD)，施入量为20 mg·kg^-1。苗木培育10天后，以溶液形式再次加入DCD，加入量为10 mg·kg^-1(Ruan, et al., 2000)。

1.2 苗木培育方法

试验采用1年生黑松幼苗，苗高平均11.4 cm。采用改进后的根垫-冰冻切片法试验装置进行模拟培育(Kuchenbuch et al., 1982)。自制的根际盒由大小相等的上下2个半室组成，每个半室分别为内径11.5 cm、高度6.5 cm的聚氯乙烯管。先将根际盒的下室装满经不同试剂处理的土壤，所装风干土质量为0.55 kg，并重新湿润到含水量为200 g·kg^-1，小心地合拢上下2个半室，上下室之间用孔径25 μm的尼龙筛网贴紧，以保证水分和养分可以通过，而根系不能穿透进入土壤。将冲洗后的3株生长正常、大小一致的黑松幼苗根系在尼龙筛网上排成平面，由于幼苗根系的生长，将在上下室之间的尼龙筛网上面形成根垫，在上下室之间形成根-土界面区。为防止蒸腾强度高时出现凋萎现象，在上室根垫区也添加3 cm厚的同样土壤。装好之盒置于智能植物生长箱(ZPW-350型)中，温度(25±2)℃，光照周期14 h光照/10 h黑暗，光照强度20 000 lx，空气湿度60%~70%。每2天称量1次，计算失水量并加水至初始土壤湿度。

1.3 样品采集与分析

于2011年5月初开始培育，苗木培育21天后，移走根垫与尼龙网纱，将植株称量分样，在60 ℃烘箱中烘干称量，研磨粉碎后备分析用。将根际盒中根垫下部的土环取出，自上而下用冰冻切片法切成1 mm厚的薄片，以获得距根面不同距离处的土壤样品薄片。为避免测试样品不足，对于同一处理，其各重复中同一距离处的土壤薄片混合成1个样品。将距根面不同距离的土样风干，全部过1 mm筛，备pH值测定用，测pH值后所剩土壤样品全部过0.25 mm筛，备无机磷分组测定用。

湿灰化法分析植株全磷，即用H₂SO₄-HNO₃-HClO₄混合液消解，待测液用钼锑抗比色法测定磷；电位法测定土壤pH值，土水比为1：2.5；采用石灰性土壤无机磷分组方法测定钙磷(Ca-P，包括Ca₂-P，Ca₈-P，Ca₁₀-P)、铁磷(Fe-P)、铝磷(Al-P)和氧磷(O-P)的质量分数(劳家柽, 1988; 顾益初等, 1990)。

采用Microsoft Excel 2003进行数据整理，用SPSS 10.0软件进行单因素方差分析，检验各测定指标在处理间的差异显著性(P= 0.05)。

2 结果与分析 2.1 不同氮源对黑松幼苗生长的影响

表 1为不同氮源处理条件下，黑松幼苗苗高、根干质量、茎干质量、叶干质量和植株总干质量。对于不同氮源处理，黑松幼苗的苗高表现出不同效果，主要表现在施用NH₄⁺-N时苗高较对照显著增加，但不同质量分数NH₄⁺-N处理时，苗高差异不显著；施用NO₃^--N时苗高较对照增加，但不显著。表明一定质量分数范围内NH₄⁺-N处理较NO₃^--N处理对黑松幼苗的苗高具有更好的促进作用。从不同处理的根干质量看，无论是NH₄⁺-N还是NO₃^--N处理，根干质量都未表现出显著增加，表明在幼苗生长初期(21天)，土壤养分基本能满足苗木有效生长的需要。从茎、叶干质量看，施用NH₄⁺-N与NO₃^--N后，黑松幼苗的茎、叶干质量均较对照显著增加，但NH₄⁺-N对幼苗茎、叶干质量的促进作用优于NO₃^--N。总之，2种氮源比较，施用NH₄⁺-N后黑松幼苗总干质量的增加明显大于施用NO₃^--N，这与不同氮源引起的石灰性土壤中黑松幼苗根-土界面pH值的改变有关，这种pH值的改变会引起根-土界面无机磷等的形态转化及生物有效性，进而改变苗木对磷等养分的吸收利用。

2.2 不同氮源对黑松幼苗根-土界面pH值梯度变化的影响

不同氮源对黑松幼苗根-土界面pH值的影响较大(图 1)。对照处理(N₀)中，受黑松幼苗根系活动的影响，根-土界面pH值较土体出现一定下降，距根面0~1 mm处pH值较原土约下降0.46，而距根面0~5 mm处pH值较原土平均下降约0.40，随着距根面距离的增加pH值逐渐接近于土体pH值。NH₄⁺-N处理后，根-土界面pH值较对照处理进一步降低，且随着NH₄⁺-N质量分数的增加，根-土界面pH值降低的幅度与范围也相应增大。100，200和400 mg·kg^-1的NH₄⁺-N处理后，根-土界面0~1 mm处pH值较土体分别降低约0.79，0.98和1.49。

与对照处理比较，NO₃^--N处理使根-土界面pH值增加，且随着NO₃^--N质量分数的增加，根-土界面pH值增幅也有所增大。100，200和400 mg·kg^-1的NO₃^--N处理后，根-土界面0~1 mm处pH值的增幅分别为0.12，0.28和0.49。另外，通过与NH₄⁺-N处理引起的根-土界面pH值的变化比较可知，受相同质量分数氮源处理后，NO₃^--N引起的根-土界面pH值较土体升高的幅度明显低于NH₄⁺-N处理引起的根-土界面pH值较土体下降的幅度。

根-土界面pH值改变的原因很复杂，一般认为由于根系吸收阴阳离子比率不同，通过体内生理调节机制向根外释放H⁺或OH^-，从而达到生理酸碱平衡是引起根-土界面pH值变化的主要原因(Gijsman, 1990; 张福锁, 1993)。因氮素是植物生长发育过程中通过根系吸收量较多的一种矿质元素，因此，根系以何种方式吸收氮素对阴阳离子平衡产生着直接的重要影响。一般认为，施用NH₄⁺-N时，由于总吸收量中阳离子量大于阴离子量，植物为了维持体内电荷平衡和细胞正常生长所需的pH值，根系分泌出质子，使根际pH值下降；而施用NO₃^--N时，在总吸收量中阴离子量大于阳离子量，根系分泌出OH^-或HCO₃^-，使根-土界面pH值上升(Gahoonia et al., 1992; Silber et al., 1998)。

NO₃^--N使根-土界面pH值上升的幅度一般低于NH₄⁺-N使根-土界面pH值下降的幅度，可能是由于NH₄⁺-N被吸收后主要在根部进行代谢，每吸收一定量的NH₄⁺-N，就会有等量的质子释出。NO₃^--N被吸收后所引起pH值上升的幅度较小，这主要与NO₃^--N进入体内后的还原位置有关。很多植物吸收的NO₃^--N，除一小部分存留在根部外，其余大部分则运输至地上部分进行还原，代谢过程中所产生的OH^-或HCO₃^-不易通过根系全部释出，且本身还需存留一部分供代谢之用，因此，根-土界面pH值上升的幅度也就较小(张福锁, 1993)。

施加不同氮源引起的石灰性潮土中黑松幼苗根-土界面pH值的变化，会影响其根-土界面范围内土壤无机磷的形态转化及其植物有效性，进而影响黑松幼苗对根-土界面处难溶性矿物磷的吸收利用。

2.3 不同氮源对黑松幼苗根-土界面Ca-P组分分布的影响

Ca-P在全部无机磷中占绝大多数，且Ca-P的3种组分中，又以Ca₁₀-P(钙灰石型)占绝大多数，其次为Ca₈-P(磷酸八钙型)，Ca₂-P(磷酸二钙型)在Ca-P中所占比例最小(图 2a，b，c)。

Ca₂-P是石灰性土壤Ca-P中活性较大的磷酸盐，对多数植物而言有效性较高。由图 2a可知，对照处理(N₀)时黑松幼苗根-土界面处Ca₂-P质量分数较土体出现较明显的亏缺，越靠近根表，亏缺率越大。在距根面0~1 mm范围内，Ca₂-P的亏缺率为25.1%，这主要与根系对Ca₂-P的吸收消耗有关。NH₄⁺-N处理后，黑松幼苗根-土界面Ca₂-P的亏缺程度较对照明显加大，且NH₄⁺-N质量分数越大，亏缺程度也越大。究其原因，NH₄⁺-N处理后，根系会向土壤中释放质子，使根-土界面酸化，Ca₂-P的溶解度也随之增大，促进幼苗根系对磷的吸收，表现为根-土界面处Ca₂-P亏缺程度加大。100，200和400 mg·kg^-1的NH₄⁺-N处理后，距根面0~1 mm处Ca₂-P较土体的亏缺率分别为37.1%，45.9%和57.7%。另一方面，受不同质量分数NO₃^--N处理后，幼苗根-土界面Ca₂-P的亏缺程度较对照处理减小，但不明显。

Ca₈-P是由Ca₂-P逐步转变成的一种较难溶解的无机磷组分。由图 2b可知，对照处理时Ca₈-P在黑松幼苗根-土界面处也出现亏缺，但亏缺程度明显小于Ca₂-P，表明根系对Ca₈-P的吸收消耗较少。NH₄⁺-N与NO₃^--N处理后，Ca₈-P在根-土界面的亏缺率较对照分别增加和降低，但均不明显。由于土壤中Ca₈-P质量分数明显多于Ca₂-P，因此经NH₄⁺-N处理后Ca₈-P的转化对于根系吸收利用无机磷仍具有重要的促进作用。

由图 2c可知，对照处理时黑松幼苗根-土界面Ca₁₀-P质量分数较土体亏缺率很小。受不同氮源处理后，根-土界面Ca₁₀-P质量分数较对照处理变化不大。100，200和400 mg·kg^-1的NH₄⁺-N处理后，Ca₁₀-P在根-土界面0~1 mm处的亏缺率较对照略有降低，分别为5.0%，5.9%和6.6%，表明NH₄⁺-N处理对Ca₁₀-P在根-土界面活化的影响很小，也进一步表明Ca₁₀-P是土壤中经长期转化而形成的一种难溶性的土壤无机磷形态(沈仁芳等, 1992; Mostashari, et al., 2008)。但由于Ca₁₀-P在土壤无机磷中所占比例较大，关于其在土壤中的形态转化及其植物有效性等问题有待进一步研究。

2.4 不同氮源对黑松幼苗根-土界面Fe-P，Al-P和O-P组分分布的影响

各无机磷组分质量分数中，除Ca-P外，其次为O-P，质量分数最低的为Al-P和Fe-P(图 2d，e，f)。

不同氮源处理后，黑松幼苗根-土界面Fe-P和Al-P均表现出不同程度的亏缺，且距根面越近亏缺率越大(图 2d，2e)。对照处理中，黑松幼苗根-土界面0~1 mm处，Fe-P较土体的亏缺率为17.4 %，Al-P较土体的亏缺率为17.9 %，表明石灰性潮土中Fe-P和Al-P在根系等的作用下被部分活化，被根系吸收后出现一定程度的亏缺。NH₄⁺-N处理后，幼苗根-土界面处Fe-P和Al-P的亏缺程度较对照加大，对于100，200和400 mg·kg^-1的NH₄⁺-N处理，Fe-P在根-土界面0~1 mm处的亏缺率分别为23.4%，29.1%和38.2%，Al-P在根-土界面0~1 mm处的亏缺率分别为25.1%，28.0%和33.2%。对于NO₃^--N处理，幼苗根-土界面处Fe-P或Al-P的亏缺率均较对照略有降低，且不同质量分数NO₃^--N处理时Fe-P或Al-P在根-土界面亏缺率的变化不大。

对照处理时黑松幼苗根-土界面O-P质量分数较土体变化很小(图 2f)，几乎没有出现其他无机磷组分所表现的亏缺现象。不同氮源处理后，幼苗根-土界面处O-P质量分数较对照处理的变化也很小，表明不同氮源处理没有对幼苗根-土界面处的O-P起到活化作用。一般认为，O-P是难溶性的铁铝氧化物或氢氧化物胶膜所包被的闭蓄态磷。O-P中被包被的磷酸盐一般以Fe-P和Al-P为主，因其外围的胶膜溶解度很小而难以被植物利用。但由于闭蓄态磷通常在土壤中所占比例较高，且其中所包被的Fe-P，Al-P在一定条件下可成为有效磷的来源。所以，闭蓄态磷对于土壤的有效性问题也是不容忽视的(Hinsinger, 2001; Gweyi-Onyango et al., 2010)。

2.5 不同形态氮源对黑松幼苗磷吸收的影响

不同形态氮源处理引起的石灰性潮土中黑松幼苗根-土界面的pH值变化，能够提高部分难溶性矿物磷的溶解性，影响其根-土界面范围内土壤无机磷的形态转化。为进一步了解根-土界面范围内无机磷的形态转化对苗木吸收利用磷的影响，对不同氮源处理后苗木根、茎、叶中的磷质量分数进行分析测定(表 2)。测定结果表明: NH₄⁺-N处理后，石灰性潮土中黑松苗木对磷的吸收较对照显著增加，且随着NH₄⁺-N质量分数水平的增加，苗木根、茎、叶中磷质量分数也随之增加，但NH₄⁺-N质量分数从200 mg·kg^-1增加到400 mg·kg^-1时，苗木根、茎、叶中磷质量分数增加不明显。100，200和400 mg·kg^-1的NH₄⁺-N处理后，苗木根中磷质量分数较对照处理分别增加19.72%，40.14%和45.67%；茎中磷质量分数较对照处理分别增加9.79%，37.87%和46.81%；叶中磷质量分数较对照处理分别增加20.92%，39.83%和44.99%，表明NH₄⁺-N处理引起的石灰性潮土中苗木根-土界面难溶性P的溶解，对苗木吸收利用磷具有重要促进作用。NO₃^--N处理后，黑松苗木根、茎、叶中磷质量分数较对照处理变化均不大。100 mg·kg^-1的NO₃^--N处理后，苗木根和叶中磷质量分数较对照有所增加，但茎中磷质量分数有所下降；200和400 mg·kg^-1的NO₃^--N处理后苗木根、茎、叶中磷质量分数较对照均有所下降，但差异不显著。表明NO₃^--N处理对苗木吸收利用磷促进作用不大。

3 结论

1) NH₄⁺-N较NO₃^--N处理对黑松幼苗的苗高具有更好的促进作用；无论是NH₄⁺-N还是NO₃^--N处理，根干质量都未表现出显著增加；施用NH₄⁺-N与NO₃^--N后，黑松幼苗的茎、叶干质量均较对照显著增加，但NH₄⁺-N对幼苗茎、叶干质量的促进作用优于NO₃^--N；2种氮源比较，施用NH₄⁺-N后黑松幼苗总干质量的增加明显大于施用NO₃^--N。

2) NH₄⁺-N处理使石灰性潮土中黑松幼苗根-土界面pH值较对照处理明显降低，NO₃^--N处理使黑松幼苗根-土界面pH值较对照处理增加，且随着NH₄⁺-N或NO₃^--N质量分数的增加，根-土界面pH值降低或增加的幅度与范围也有所增大。相同质量分数氮源处理后，NO₃^--N引起的根-土界面pH值升高的幅度，明显低于NH₄⁺-N处理引起的根-土界面pH值下降的幅度。

3) NH₄⁺-N处理后，黑松幼苗根-土界面Ca₂-P的亏缺程度与亏缺范围均较对照明显加大，且随着NH₄⁺-N质量分数的增加，Ca₂-P亏缺程度与亏缺范围也随之加大，表明NH₄⁺-N处理对Ca₂-P的吸收具有重要促进作用。NO₃^--N处理后，幼苗根-土界面Ca₂-P的亏缺程度较对照处理减小，但不明显。NH₄⁺-N与NO₃^--N处理后，幼苗根-土界面Ca₈-P的亏缺率较对照分别增加和降低，但均不明显。无论是NH₄⁺-N还是NO₃^--N处理，幼苗根-土界面Ca₁₀-P质量分数较对照处理变化很小。

4) NH₄⁺-N处理后，黑松幼苗根-土界面Fe-P和Al-P的亏缺程度与亏缺范围均较对照明显加大，且随着NH₄⁺-N质量分数的增加，亏缺程度与亏缺范围也随之加大。NO₃^--N处理后，幼苗根-土界面Fe-P和Al-P的亏缺程度较对照处理减小，但不明显。NH₄⁺-N或NO₃^--N处理后，黑松幼苗根-土界面O-P质量分数较对照处理变化均很小。

5) NH₄⁺-N处理引起的石灰性潮土中黑松幼苗根-土界面pH值的降低，能够活化根-土界面范围内的土壤难溶性矿物磷，且以Ca₂-P，Ca₈-P，Fe-P和Al-P为主，这种活化增加难溶性矿物磷的植物有效性，促进黑松苗木对磷的吸收利用。NO₃^--N处理对石灰性潮土中苗木吸收利用磷具有一定的抑制作用，但不显著。