【作物根际环境】
拼译：crop rhizosphere nviironment
根际是指受植物根系的影响，在物理、化学和生物学特性上不同于周围土体的根表面的微域土区。它是土壤水分、养分和微生物进入根系的门户。培育作物对贫瘠和含酸、碱、盐等有害物质的土壤的适应性，提高作物对肥料和水的利用率，合理的轮作和间作以及作物根病的生物学防治，是提高单位面积产量的重要途径，而这些都与作物根际环境的调控有着密切关系。
1904年，德国希尔纳(L．Hiltner)首先提出“根际”这一概念，早期的研究主要是根际微生物效应。1963年，詹尼(H．．Jenny)应用电子显微镜观察报道了根土界面的显微形态，初步明确了植物根系、微生物和土壤之间的存在关系。1964年，巴波(S．A．Barber)和奈(P．H．Nye)等人对土壤养分向植物根系的迁移机理进行了研究。同期，于天仁等用微电极法测定了距水稻根不同距离的土壤氧化还原状况。1969年，巴波等对植物根系吸收NO3－N后根际土壤
的变化进行了研究。1970年，米勒(M．H．Miller)等的研究资料表明，植物根系吸收
可以降低根际土壤的pH，从而提高植物对磷肥的利用率。1973年，巴波等应用放射自显影方法证明了不同作物根际土壤中Ca2+和
的累积和亏缺情况。1972年，奈等也对不同形态根的根际K+、
和水亏缺梯度变化、条件、范围进行了系统研究。作物根际环境，主要指作物根际的微观结构，根际土壤的pH及Eh状况，根际养分分布及有效性，根际微生物的特点及根分泌物的作用等。它涉及到土壤学、植物生理学、作物栽培及育种学等领域。人们通过电子显微镜观察证实，作物根与土壤之间有一粘液层，它是由新生根和根毛的根冠、表皮细胞分泌的粘液、根际微生物分泌物、脱落细胞的降解产物等组成的。此粘液层的厚度可达10～50μm粘液层的外沿最先吸附土壤中的粘粒，以后再伸展到土壤孔隙中与土壤相混合。粘液与土壤混合层可以扩展到离根表1～4mm。粘液层具有亲水性，土壤中的可溶性养分可以溶解于内而被根系吸收。粘液层中含有大量有机物质，是微生物繁殖生存的天然培养介质。土壤中植物所需许多养分的有效性都受土壤pH和Eh的影响，而根际土壤的pH和Eh环境与非根际土有很大区别。1983年马斯纳(H．Marschner)、1984年奈、1986年刘芷宇等的研究资料表明，根际的酸碱来源主要是因为根系吸收阴阳离子不平衡所致。例如，当植物以
为主要氮源时，由于阳离子的吸收占优势，为维持植物体内电荷平衡，根系溢泌出的H+多于
或OH－，致使根际土壤呈酸性。反之，当植物以NO3－－N为主要氮源时，根际土壤呈碱性；另外，根系呼吸以及根和根际微生物分泌物、植物种类、施肥等对根际土壤酸碱性也有重要影响。根际的Eh状况与非根际土也不同。对旱作来说，由于根际微生物活动的结果，根际土的Eh低于非根际土，这也能提高某些养分的有效性。由于水稻存在叶片向根的输氧组织，因而水田根际土Eh状况与旱田相反。另外，当植物N、P、K供应不足时，根际Eh也有下降的趋势。人们还发现，凡是耐瘠薄的作物品种都有酸化根际的现象，这对作物在养分逆境条件下能吸收P、Fe、Mn、Zn等难溶态养分大有益处。对作物在养分逆境条件下根际H+浓度及根分泌物的变化，人们做了大量研究。1976年，高荻从禾谷类作物缺铁胁迫中分离出麦根酸物质，这类有机化合物能与Fe3+形成专一性的络合物而被植物吸收，并把这种物质定名为植物高铁载体，这也是为什么在有效铁含量较低的石灰性土壤上，双子叶植物很容易出现缺铁失绿而禾本科作物却很少出现的原因。1980年克雷默(S．Kramer)、1982年兰兹伯格(J．J．Landsberg)还发现，禾谷类作物缺铁时根尖膨大，表皮层的细胞层次增加并形成许多转移细胞，根尖区分泌大量H+酸化根际土壤。1989年张福锁、1990年马斯纳等进一步对麦根酸与Cu、Mn、Zn的作用及其被植物吸收利用进行了研究。根际的养分环境也是人们研究的热点。1984年，巴波提出了土壤养分的生物有效性的概念并应用到根际环境对养分效应的各个方面。同时还建立了一系列根际养分浓度变化和植物吸收量的数学模型。1988年，刘芷宇测定了一些根际养分的分布规律；1989年钦绳武、1991年曹一平等也分别对根际氮和钾的分布做了研究。这些研究结果表明，根际土壤中的养分分布是不均一的。由于植物的吸收速率和土壤中各种养分移动性的大小不同，养分在根际出现亏缺或累积。以质流方式向根运输的养分，如Ca2+、Mg2+、
、NO3－等易在根际出现累积，而
、H2PO4－和金属微量元素等易在根际出现亏缺，它们的亏缺范围也大小不等。调节土壤的水分状况和养分浓度可以改变根际养分的亏缺或累积状况。根际效应有对作物有利的方面也有有害的地方。1982年马斯纳等发现，石灰性土壤上禾谷类作物缺铁时分泌的还原性物质有时会使过量的锰还原，使作物出现锰毒害。有些作物根分泌的有机化合物还能抑制另一种作物的种子萌发或根系生长，这就是轮作与间作障碍的根际效应。根际微生物是根际环境研究的另一方面。根际是土壤微生物活动特别旺盛的区域。1978年罗维拉(A．D．Rovira)等研究资料表明，在离根表面1～2mm的土壤中，细菌数量每克土达109个，放线菌达107个，真菌达106个，是非根际土的10～100倍。根际微生物与根系组成一个特殊的生态系统。许多根际微生物能分泌特定的物质，改变根的形态和结构。有些细菌还能分泌胞外酶，如酸性磷酸酶等，能促进根际难溶磷溶解，提高其有效性。植物根系与真菌共生的菌根，可以使根系吸收土壤养分能力显著提高。此外，根系与微生物之间还存在某种程度的专一性，可利用这种关系来防治有害生物对根的影响。由于根际微区范围很小，根际环境的研究在一定程度上取决于技术条件和方法的发展。目前研究根际环境的方法主要有放射性自显影法、微区土壤剥落分离法、冰冻切片法、微电极法和电子探针法等。各个方法在研究某个方面有其特点。结合生产实际中肥料的配合施用及轮、间、套作等，研究如何提高根际土壤难溶性养分的有效性、肥料利用率和作物耐不良环境的能力等，已成为根际研究的一个热点；并已从作物根分泌物、耐瘠薄等特性的遗传基因型方面进行研究。另外，研究根际环境与作物病害的关系，如何通过调控根际环境控制和防治植物病害以及如何防止有害物质进入植物体等，是根际环境研究的又一热点。【参考文献】：1 刘芷宇．土壤学进展，1980，(3)：1～112 Giddens·J．American Society of Agronomy，1984，(47)：51～683 Nye P H．Advances in plant Nutrition，1986，2：129～1534 刘芷宇．世界农业，1987，(8)：39～415 苏德纯．作物杂志，1991，(2)：36～376 刘芷宇．土壤，1993，25(5)：225～230(中国农业大学苏德纯硕士撰)