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科普 | 土壤与根的互动
栏目:科普知识 发布时间:2021-03-31
根际是集中体现土壤—作物系统互作的特殊微域。目前的研究显示,土壤-根系-微生物系统交互作用的强度和方向受到根际环境养分条件、微生物组成和根系状况的共同影响,并且受到多种信号物质的调控。
前言:面向自然界任何事物都要用“生态系统”的角度和思维方式,生态系统指在一定的空间内,生物与环境构成的统一整体。在这个统一整体中,生物与环境之间相互影响、相互制约,并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。我们谈论作物与土壤的相互影响,其实本质就是土壤系统与作物生理系统的相互影响。


一、根际

根际是集中体现土壤—作物系统互作的特殊微域。根际的定义是根据根系对土壤微生物的影响、水的耗竭、pH的变化、粘附土壤等来定义的(有学者将根际定义为受根影响的土壤),在这一区域,土壤、根系和微生物之间通过物质和信息的交换形成复杂的交互作用关系。目前的研究显示,土壤-根系-微生物系统交互作用的强度和方向受到根际环境养分条件、微生物组成和根系状况的共同影响,并且受到多种信号物质的调控。

二、根对土壤的影响


上面提到,根对附近土壤的养分、水分、pH、微生物等各个方面都有影响,我们可以分为以下三种:

1、根对土壤物理性状的影响

根系对土壤含水量有一定影响,根吸收土壤中的水分用于蒸腾和自身组成,从而减少了土壤含水量,但根系还可以通过改变土壤孔隙度等方式提高土壤保水能力。

土壤孔隙度综合的反映了土壤的通气性、透水性和持水能力等物理性能,水和空气就存在于土壤孔隙系统中,根可以提高土壤孔隙度,提高透气性与保水性能。

土壤容量是土壤的基本物理性质,反映了土壤的质地、结构和有机质含量等情况,容重较小,表明土质疏松、结构良好、有机质丰沛,根系的分布对土壤容重的减少有一定作用。

土壤渗透性即"土壤透水性",是土壤对地表水的渗透能力,一般质地较粗、结构性好、孔隙较大、湿度较小的土壤,渗水比较容易,透水性大,根系的分布有助于改善土壤渗透性。

2、根对土壤化学性质的影响

土壤pH是土壤理化性质的重要指标,一般根际土壤PH会低于非根际土壤,根的分泌物、呼吸作用、根对阳离子的吸收等都会造成土壤PH的下降。

根际土壤营养(全氮、水解性氮、有机质等)一般要高于非根际土壤,根的大量分泌物与表层脱落物会富集在根际土壤,并为微生物繁殖提供良好条件,因而会有更高的有机质,有机质、微生物的丰富也为矿物营养的释放提供便利。

3、根对土壤微生物的影响

根对附近土壤微生物多样性、空间分布、优势种群、功能表现都有影响。其中根际微生物是受植物影响最大的土壤微生物群体,与根外土壤相比,根系分泌物为微生物提供了丰富的物质,同时根际丰富的的微生物种群,也导致微生物之间产生协作与竞争关系,造成功能表现的变化。当然根与微生物的关系极为复杂,在此不能详述。

4、误解:可能会有人认为,既然作物的根对土壤利大于弊,为什么一块耕地经过种植土质会变差?这主要是人工干预影响,一是作物从土壤中吸收的物质会因收割无法回归土壤,二是人为向土壤投入了过量的化学肥料、农药等,这两种外力干预打破了土壤—根—微生物系统的平衡,引发一系列土壤问题和作物健康问题。

三、土壤对根(根系)的影响

土壤对根系的影响有利的一面众所周知,提供营养、水分、微生物、物理保护等,在此重点介绍主要的土壤问题对根的不利影响。

1、土壤化学性状恶化——土壤酸化:侠义的酸化是指土壤中无机酸含量逐渐增多,以pH的变小来判断,广义的酸化是以土壤是否有利于作物生长发育来判断。土壤酸化首先会导致土壤中的钾钙镁等营养元素淋溶,导致缺素,进而影响根系发育;其次会导致根际环境恶化,有益微生物活力丧失,部分有害微生物大量繁殖,产生多种根部病害。最后酸化的根际环境会直接破坏根部细胞的结构与代谢活动,甚至造成根部细胞的大量死亡,大量病原微生物侵入,诱发多种疾病。此外,土壤酸化还会促进有毒元素的释放和活化,土壤中的铝离子等物质使作物根系中毒、死亡。

2、土壤物理性状恶化——土壤板结:由于耕地土壤有机质缺乏以及不合理的耕作和灌溉,大量施用化肥,土壤酸化,土壤次生盐碱化,破坏了土壤团粒结,致使土壤板结。土壤板结直接导致土壤—植物系统缺氧、缺水、缺肥,进而导致根际质量难以维系,根—微生物—土壤系统会因为缺氧、缺水、缺营养元素而崩溃,土壤与植物的物质转化和能量交换不能正常进行或者终止,导致根系死亡或诱发大量疾病。

3、土壤生物性状恶化——根结线虫:根结线虫主要活动于土壤耕作层,并以3-15cm居多,作物单一、常年连作、大水漫灌、菌群失衡等容易感染根结线虫或使其加重失控。根结线虫常与病原微生物形成复合侵染,加重枯萎病、根腐病等土传病害的发生。根结线虫主要危害作物根部,受害植株侧根和须根比正常植株多,在根部形成球形或不规则形瘤状物,根茎腐烂、生长不良、沤根。作物还会出现枯枝枯叶、黄化或扭曲萎蔫、植株矮小、生长缓慢等现象。

结语:根是连接土壤与作物的关键桥梁,并对双方都有较大影响,从某种程度上讲,土壤问题或作物健康问题都可视为根部的问题。根部管理是种植管理的重要部分,其所涉及的土壤—根—微生物系统极其复杂,相关研究和健康管理都还任重道远。

文章来源:2021《特肥观察》春季刊——根际与土壤