喀斯特山區(qū)藥用植物栽培環(huán)境變化與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性

羅林，周應(yīng)書，畢寧，陳坤浩

(1.貴州省畢節(jié)市水土保持辦公室，貴州 畢節(jié) 551700；2.貴州省畢節(jié)市林業(yè)科學(xué)研究所，貴州 畢節(jié) 551700；3.貴州工程技術(shù)應(yīng)用學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700)

藥用植物的生長及品質(zhì)受溫度、光照、水分和土壤理化性質(zhì)的制約，并且藥用植物從土壤中吸取營養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)，因此土壤化學(xué)性質(zhì)影響著藥用植物根系營養(yǎng)及生理代謝活動。不僅對植物生長，同時也對中藥活性成分的形成和積累有作用，從而最終影響中藥品質(zhì)，且是影響中藥材品質(zhì)的關(guān)鍵性因素[1-10]。在藥用植物栽培土壤化學(xué)性質(zhì)研究方面，主要進(jìn)行了土壤酸堿度、土壤營養(yǎng)元素、重金屬與藥用植物品質(zhì)的關(guān)系研究[11-12]，藥用植物生長的土壤化學(xué)元素含量測定與特征研究[13-14]。對藥用植物栽培環(huán)境因子與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行分析，在生產(chǎn)實(shí)際中可以通過直觀性環(huán)境因子判斷栽培土壤的化學(xué)性質(zhì)。為選擇好喀斯特山區(qū)藥用植物栽培的土壤，提高其生長量和藥效，在地處滇黔桂喀斯特腹地的8個縣(區(qū))的藥用植物栽植地塊，按不同環(huán)境取土樣進(jìn)行檢測，對其環(huán)境因子與化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行分析，得出對土壤化學(xué)性質(zhì)有顯著影響的環(huán)境因子，通過環(huán)境因子組合的類型選擇好栽培的藥用植物。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處滇黔桂連片喀斯特腹地，滇東高原向黔中山低山丘陵過渡的斜坡地帶的貴州西北部，地處105°36′-106°43′E，26°21′-27°46′N之間，從東向西分布有低山、低中山、中山、高中山和高原等5種地貌，海撥457-2900m，土地面積26853km2，其中山地、丘陵占總土地面積的93%。分布巖石有石灰?guī)r、砂頁巖、泥巖等。土壤有黃壤、黃棕壤、石灰土、紫色土、水稻土、粗骨土。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，平均溫度在10-15℃之間，多年平均降雨量849-1399mm，平均徑流系數(shù)為0.47，形成的喀斯特發(fā)育區(qū)總土地面積為19693km2。種植藥用植物有半夏〔Pinelliaternata(Thunb.) Breit〕、天麻(GastrodiaelataBl.)、黃柏(PhellodendronchinenseSchneid.)、續(xù)斷(DipsacusasperWall.ex Henry)、龍膽(GentianarigescensFranch)、重樓(ParisyunnanensisFranch.)、木香〔Saussurealappa(Decne.) C.B.Clarke〕、虎耳草(SaxifragastoloniferaCurt.)、苦參(SophoraflavescensAlt.)、厚樸(MagnoliaofficinalisRehd.et Wils.)、杜仲(EucommiaulmoidesOliv.)等60余種[15]。藥用植物栽培已成為農(nóng)民群眾脫貧致富的一個重要產(chǎn)業(yè)。

1.2 采樣與分析

按不同海拔選定藥用植物栽培地，在同一地點(diǎn)內(nèi)，按坡度、坡位、坡向、土壤厚度、基巖裸露率的不同，樣地面積按藥用草本25m2、灌木100m2左右，設(shè)置成長方形或方形，選擇具有代表性和典型性的地段開展調(diào)查，共調(diào)查樣方數(shù)39個。在樣方內(nèi)用取土環(huán)刀或鏟子進(jìn)行土壤取樣，取樣深度1m以下為藥用植物根部中間位置，大于1m按0.5m深取樣，裝在土樣盒中，寫上樣方編號。根據(jù)土壤化學(xué)特性對中藥材生長與品質(zhì)影響的相關(guān)研究和藥用植物栽培對土壤化學(xué)特性的要求[1-14]，選擇pH值、有機(jī)質(zhì)、全N、有效P、速效K、有效態(tài)Fe、有效態(tài)Mn、有效態(tài)Cu、有效態(tài)Zn、有效B、有效Si、Ni、交換性Ca、交換性Mg和重金屬Hg、Cd、Cr、Pb、As等特性指標(biāo)，委托貴州分析測試研究院進(jìn)行檢測。

各特性指標(biāo)的檢測，用酸度計(jì)測定pH值，重鉻酸K-硫酸溶液氧化方法測定有機(jī)質(zhì)，半微量開氏法測定全N，紫外/可見光分光光度法測定有效P，1mol/L乙酸銨浸提測定速效K，用二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法測定有效態(tài)Fe、有效態(tài)Mn、有效態(tài)Cu、有效態(tài)Zn，甲亞胺—H比色法測定有效B，可見光分光光度法測定有效Si，原子吸收分光光度法測定交換性Ca、交換性Mg，原子熒光法測定Hg、As，石墨爐原子吸收分光光度法測定Cd、Pb，火焰原子吸收分光光度法測定Cr、Ni。對測定數(shù)據(jù)采用Excel軟件的數(shù)據(jù)分析模塊中的描述統(tǒng)計(jì)、相關(guān)系數(shù)、單因素方差分析等分析工具進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤化學(xué)特性的統(tǒng)計(jì)特征

所調(diào)查的藥用植物栽培土壤化學(xué)特性的統(tǒng)計(jì)特征見表1。

表1 土壤化學(xué)性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)特征

由表1可知，大部分化學(xué)特性指標(biāo)均具有中等變異性，沒有弱變異性指標(biāo)；具有強(qiáng)變異性的有重金屬Pb，營養(yǎng)元素有效P、有效態(tài)Fe、有效態(tài)Cu、有效態(tài)Zn和交換性Ca，其中以Pb的變異性最強(qiáng)，變化大，范圍廣，變異系數(shù)達(dá)2.39，主要由山區(qū)土壤成土母質(zhì)、環(huán)境多變所致。

2.2 環(huán)境因子與土壤化學(xué)特性的相關(guān)分析

用海拔、相對高差、坡度、土層厚度、石礫含量、巖石裸露率等環(huán)境因子的數(shù)量變化與pH值、Hg、Cd、Cr、Pb、As、有機(jī)質(zhì)、全N、有效P、速效K、有效態(tài)Fe、有效態(tài)Mn、有效態(tài)Cu、有效態(tài)Zn、有效B、有效Si、Ni、交換性Ca、交換性Mg的特性指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。由表2可知，海拔與有機(jī)質(zhì)和有效P具有顯著的正相關(guān)性；相對高差與Ni具有極顯著的正相關(guān)性；坡度與Cd具有顯著的負(fù)相關(guān)性、與有效態(tài)Cu具有極顯著的負(fù)相關(guān)性；土層厚度與Pb、有效態(tài)Cu、有效態(tài)Zn具有顯著的正相關(guān)性，與Cd具有極顯著的正相關(guān)性；石礫含量與Cd、有效態(tài)Cu具有顯著的負(fù)相關(guān)性；巖石裸露率與Cd、有效態(tài)Cu具有顯著的負(fù)相關(guān)性；與Ni具有極顯著的負(fù)相關(guān)性。即海拔、相對高差、坡度、土層厚度、石礫含量、巖石裸露率對土壤化學(xué)性質(zhì)均有影響，既對營養(yǎng)元素有影響，也對重金屬元素有影響。相關(guān)關(guān)系有正相關(guān)，也有負(fù)相關(guān)。其中海拔與有機(jī)質(zhì)、有效P，相對高差與重金屬Ni，土層厚度與重金屬Cd、Pb、有效態(tài)Cu、有效態(tài)Zn呈顯著正相關(guān)；坡度與重金屬Cd、有效態(tài)Cu，石礫含量與重金屬Cd、有效態(tài)Cu，巖石裸露率與重金屬Cd、Ni、有效態(tài)Cu呈顯著的負(fù)相關(guān)。而與環(huán)境因素的相關(guān)性沒有達(dá)到顯著水平的化學(xué)性質(zhì)有pH值、Hg、Cr、As、全N、速效K、有效態(tài)Fe、有效態(tài)Mn、有效B、有效Si、交換性Ca、交換性Mg等。

表2 環(huán)境因素與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

注：*表示有顯著相關(guān)性，**表示有極顯著相關(guān)性，下同。

對不同巖性、坡向、坡位、坡形、地類、土壤類型的pH值、Hg、Cd、Cr、Pb、As、有機(jī)質(zhì)、全N、有效P、速效K、有效態(tài)Fe、有效態(tài)Mn、有效態(tài)Cu、有效態(tài)Zn、有效B、有效Si、Ni、交換性Ca、交換性Mg的特性指標(biāo)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 環(huán)境因素與土壤化學(xué)性質(zhì)的方差分析F值

由表3可知，不同巖性土壤的重金屬Cd、有效Si含量有極顯著差異，有機(jī)質(zhì)、有效態(tài)Fe、有效態(tài)Mn有顯著差異；不同坡位的Cd、Cr，有效態(tài)Cu、交換性Mg有顯著差異；不同坡形的Hg、有效B、有效Si有極顯著差異，有機(jī)質(zhì)有顯著差異；不同類型土壤的Cd、有效態(tài)Mn、有效B有極顯著差異，Pb、有效態(tài)Cu、有效Si有顯著差異。即不同巖性、坡位、坡形、土壤類型的土壤營養(yǎng)元素或重金屬有顯著不同。其中不同巖性的土壤化學(xué)性質(zhì)變化最大，其次為坡位和坡形，而坡向、地類對土壤化學(xué)性質(zhì)沒有影響。不因環(huán)境因素差異而發(fā)生顯著性變化的土壤化學(xué)性質(zhì)有pH值、Ni、全N、速效K、有效態(tài)Zn和交換性Ca。

3 結(jié)論與討論

土壤化學(xué)性質(zhì)的分異基本上是由表生環(huán)境中的地球化學(xué)行為決定的，這些相關(guān)性是既有成土母質(zhì)方面的原因，也有風(fēng)化過程的原因。畢節(jié)喀斯特山區(qū)藥用植物栽培土壤，主要地處山區(qū)，成土母質(zhì)、環(huán)境多變，大部分化學(xué)特性指標(biāo)均具有中等變異性，沒有弱變異性指標(biāo)；具有強(qiáng)變異性的有重金屬，也有營養(yǎng)元素。

根據(jù)以上環(huán)境因子與土壤化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析，除不同坡向和地類的土壤化學(xué)特性指標(biāo)沒有顯著變化外，其它環(huán)境因子的土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)均隨環(huán)境因子變化有不同程度的顯著性變化，其中以不同類型土壤重金屬Cd元素的差異顯著性最大，其次為不同類型土壤的有效態(tài)Mn和不同巖性的土壤重金屬Cd。這些變化既有重金屬隨環(huán)境因子的顯著性變化,也有營養(yǎng)元素隨環(huán)境因子的顯著性變化，而基本不受環(huán)境因素影響的化學(xué)性質(zhì)有pH值、As、全N、速效K、交換性Ca等。

從各種環(huán)境因子的土壤化學(xué)性質(zhì)顯著性變化看，不同海拔與土壤的重金屬含量沒有顯著相關(guān)性，與有機(jī)質(zhì)、有效P有顯著正相關(guān)；不同相對高差的重金屬Ni有極顯著正相關(guān)性，有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素亦無顯著相關(guān)性；不同坡度與重金屬Cd和營養(yǎng)元素有效態(tài)Cu有極顯著負(fù)相關(guān)；不同土層厚度與重金屬Cd有極顯著正相關(guān)性，與Pb及營養(yǎng)元素有效態(tài)Cu、有效態(tài)Zn有顯著正相關(guān)；不同石礫含量與重金屬Cd和營養(yǎng)元素有效態(tài)Cu有顯著負(fù)相關(guān)；不同巖石裸露率與重金屬Ni有極顯著負(fù)相關(guān)，與Cd和營養(yǎng)元素有效態(tài)Cu亦有顯著負(fù)相關(guān)。不同巖性的重金屬Cd和營養(yǎng)元素有效Si含量均有極顯著差異，有機(jī)質(zhì)、有效態(tài)Fe、有效態(tài)Mn含量亦有顯著性差異；不同坡位的重金屬Cd、Cr含量和營養(yǎng)元素有效態(tài)Cu、交換性Mg含量均有顯著性差異；不同坡形的重金屬Hg含量及有效B、有效Si有極顯著差異，有機(jī)質(zhì)有顯著差異；不同類型土壤的重金屬Cd有極顯著差異，Pb及營養(yǎng)元素有效態(tài)Mn、有效B、有效態(tài)Cu有顯著差異。以巖性、土壤類型、土層厚度、坡位、坡形這5個因子對土壤化學(xué)特性的影響較廣，并且對一些元素的影響達(dá)到極顯著水平，是影響土壤化學(xué)特性的主要因子。這些結(jié)果也表明土壤化學(xué)特性是主要成土母質(zhì)和環(huán)境綜合作用的結(jié)果，并且成土母質(zhì)的作用較大。

針對以上環(huán)境因子與重金屬、營養(yǎng)元素的相關(guān)性變化，在藥用植物的栽培上，巖性、土壤類型、土層厚度、坡位、坡形這5個因子與土壤化學(xué)特性相關(guān)性極強(qiáng)，是影響化學(xué)元素的重要環(huán)境因子，可作為藥用植物栽培地類選擇的組合和評價主導(dǎo)因子。并按藥用植物對化學(xué)性質(zhì)的要求，充分利用其與重金屬、有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)元素的相關(guān)變化規(guī)律，從盡量減少重金屬，增加豐富營養(yǎng)元素方面，對藥用植物栽培土壤進(jìn)行評價和選擇，以使藥用植物栽培取得好的生長量和藥用品質(zhì)。

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