有機酸鹽對土壤鋁活性和杉木苗生長及礦質(zhì)元素吸收的影響

楊慧琴　張金彪

摘要：為研究有機酸鹽對土壤鋁活性和杉木苗生長及礦質(zhì)元素吸收的影響，采用一年生杉木苗為材料進行土壤盆栽試驗，測定添加鋁和4種有機酸鹽后土壤酸度、土壤交換態(tài)鋁含量、杉木苗生長指標、鋁和礦質(zhì)元素含量的變化。結(jié)果表明：加入有機酸鹽土壤pH值升高，土壤交換態(tài)鋁含量明顯降低;有機酸鹽對杉木苗高和地徑生長均有抑制作用，鋁在杉木苗的積累和葉中的分配呈增加趨勢;有機酸鹽對杉木礦質(zhì)元素的吸收均有不同程度的影響，杉木苗鎂、鉀、磷、銅、鋅、錳等元素的含量降低，而檸檬酸鈉、草酸鈉和酒石酸鈉處理的杉木根和葉中鈣和鐵的含量增加。

關(guān)鍵詞：有機酸鈉;杉木苗;礦質(zhì)元素;土壤交換態(tài)鋁

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.06.007

Abstract： In order to study the effect of organic acid salts on soil aluminum activity and the growth and mineral element absorption of Chinese fir seedlings， the annual Chinese fir seedlings were used as the materials of soil pot experiment to determine the changes of soil acidity， soil exchangeable aluminum content， the growth index and the contents of aluminum and mineral element of Chinese fir seedlings. The results showed that： When the organic acid salts were added， the pH value of soil increased and the content of soil exchangeable aluminum decreased significantly. The organic acid salts inhibited the height and basal diameter growth of Chinese fir seedlings， and the accumulation of aluminum in Chinese fir seedlings and the distribution of aluminum in the leaves showed an increasing trend. The organic acid salts had different effects on the absorption of mineral elements in Chinese fir. The content of magnesium， potassium， phosphorus， copper， zinc and manganese in Chinese fir seedlings decreased， while the content of calcium and iron in the roots and leaves of Chinese fir treated with sodium citrate， sodium oxalate and sodium tartrate increased.

Key words： Organic acid salt; Chinese fir seedling; Mineral elements; Soil exchangeable aluminum

杉木是我國南方主要的速生木材樹種， 因其材質(zhì)優(yōu)良、速生豐產(chǎn)等特點被廣泛栽培，具有重要的經(jīng)濟價值。杉木人工林衰退與鋁毒問題也引起廣大研究者的關(guān)注，已有研究表明，有機酸在植物抗逆和減緩鋁植物毒性方面具有重要作用，鋁脅迫下植物分泌的有機酸被認為是植物抗鋁毒害的重要機制之一[1]。外源有機酸對植物鋁毒害的影響有諸多報道，研究表明，外源有機酸對鋁脅迫下植物的生長[2-3]、生理生化指標等均有改善作用[4-5]，還能夠增加根系有機酸的分泌，從而抑制鋁進入根細胞， 使得植物鋁毒得到緩解[6]。但另一方面，外源有機酸的酸性引起土壤pH值降低，導致鋁的活性反而增加，會造成營養(yǎng)成分的流失[7]。添加有機酸鹽可避免這個問題，還能降低土壤酸度，但這方面的研究尚少[8]。我國南方土壤類型主要為富鐵鋁的酸性土壤， 土壤中的鋁易于溶出而使活性鋁含量增加[9-11]。本研究考察有機酸鹽對杉木苗鋁毒及相關(guān)營養(yǎng)成分的影響，明確幾種有機酸鹽對土壤鋁活性和杉木苗生長及元素吸收的影響。

1材料與方法

1.1供試土壤

供試土壤取自福建農(nóng)林大學林木試驗基地的黃心土，其理化性質(zhì)：pH 值3.92，堿解氮49.6 mg·kg-1、速效磷1.32 mg·kg-1、 速效鉀38.4 mg·kg-1、交換態(tài)鋁 269.3 mg·kg-1、有機質(zhì)6.6? g·kg-1。所取土壤風干過篩后用于盆栽試驗。

1.2試驗設計

采用一年生杉木苗進行土壤盆栽試驗，盆栽盆的規(guī)格為35 cm×25 cm×30 cm （上圓直徑×下圓直徑×高），每盆裝土壤13.5 kg。試驗設6個處理，分別是無鋁（對照）、單鋁、鋁+檸檬酸鈉、鋁+草酸鈉、鋁+酒石酸鈉和鋁+蘋果酸鈉， 鋁（以氯化鋁的形式）的添加量為200 mg·kg-1，各有機酸鹽的添加量均為20 mmol·kg-1。每處理3個重復，每重復3株。試驗從2018年5月開始，培養(yǎng)周期6個月。試驗結(jié)束后，測量各處理植株苗高和地徑。取各處理的土壤晾干過2 mm 篩，用于土壤pH值和交換態(tài)鋁含量的測定。取杉木根和葉，于105℃下殺青20 min后，轉(zhuǎn)75℃烘干，磨細。制備好的樣品用于測定鋁和礦質(zhì)元素含量。

楊慧琴等：有機酸鹽對土壤鋁活性和杉木苗生長及礦質(zhì)元素吸收的影響2019年第6期2019年第6期楊慧琴等：有機酸鹽對土壤鋁活性和杉木苗生長及礦質(zhì)元素吸收的影響1.3土壤交換態(tài)鋁含量的測定

參照崔朋輝等[12]的方法進行土壤交換態(tài)鋁的測定：稱取風干且過2 mm篩的土壤1 g到100 mL離心管中，加土壤浸提劑（1 mol·L-1 KCl）50 mL，置康式振蕩器上振蕩30 min，靜置5 min，以3000 r·min-1轉(zhuǎn)速離心10 min，過濾至塑料瓶中即為待測液。采用鋁試劑顯色法對待測液中的鋁含量進行測定。

1.4植株中鋁和礦質(zhì)元素含量測定

植株樣品采用硝酸高氯酸混合酸進行消解處理。杉木根和葉中的鋁含量采用鋁試劑比色法進行測定，鉀、鈣、鎂、銅、鋅、錳、鐵的含量采用原子吸收分光光度法進行測定，磷含量的測定則采用釩鉬黃分光光度法。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 表求各處理的平均值和偏差，在SPSS上采用turkey法比較各組處理間的差異。

2結(jié)果與分析

2.1有機酸鹽處理對土壤酸度和交換態(tài)鋁含量的影響

如圖1可見，與對照和單鋁處理相比，有機酸鹽處理的土壤pH值均有不同程度的增加，且都達到顯著水平。其中，以檸檬酸鈉處理后的土壤pH值的增加量最大，比單鋁增加了0.51個pH單位;而草酸鈉和酒石酸鈉處理的土壤pH值增加量較小。與土壤酸度變化相反，加入有機酸鈉土壤交換態(tài)鋁含量減少（圖2），其中降低最多的是檸檬酸鈉，降幅達69.6%，而酒石酸鈉只降低26.3%。統(tǒng)計分析表明，交換態(tài)鋁含量與土壤pH值之間呈顯著的負相關(guān)性。從圖2中還可以看出，與對照相比，單鋁處理土壤交換態(tài)鋁含量相應提高。

2.2有機酸鹽對杉木苗植株生長的影響

如表1所示，單鋁處理的杉木苗高有所增加，地徑變化不大。添加有機酸鈉處理后的杉木苗高均比單鋁處理的降低。其中，檸檬酸鈉對杉木苗高的影響最小，影響最大的是蘋果酸鈉，降低了25.5%。有機酸鈉處理杉木地徑均比單鋁處理的降低。其中，地徑受檸檬酸鈉影響最小，草酸鈉影響最大。方差分析結(jié)果表明，草酸鈉和蘋果酸鈉處理杉木苗高和地徑與單鋁處理差異達顯著水平，與其他處理則未達顯著差異。

2.3有機酸鹽對杉木苗鋁吸收的影響

從表2可見，鋁處理后的杉木根和葉中的鋁含量均有所增加。添加檸檬酸鈉、草酸鈉和酒石酸鈉后，鋁在杉木根中的積累均比單鋁的高，而蘋果酸鈉處理后根中的鋁含量稍降低，但均未達顯著水平。受有機酸鹽影響，鋁在杉木葉中的積累有不同程度的增加，增加量依次為蘋果酸鈉>酒石酸鈉>檸檬酸鈉>草酸鈉，添加蘋果酸鈉處理的杉木葉片鋁含量顯著高于其他處理。添加有機酸鹽對鋁在根和葉中的分配也有所影響，表現(xiàn)為葉根比增加，以蘋果酸鈉的影響為最大。

2.4有機酸鹽處理對杉木苗礦質(zhì)元素吸收和積累的影響

2.4.1有機酸鹽對杉木中大量元素含量的影響如表3所示，單鋁處理對杉木根和葉中的鉀、鈣、鎂、磷含量有不同程度的影響，但均未達顯著水平。加入有機酸鹽后，杉木苗根鉀的積累顯著降低，依次為蘋果酸鈉<檸檬酸鈉<酒石酸鈉<草酸鈉。杉木苗葉鉀含量同樣降低，但降幅較小，其中蘋果酸鈉處理降低最明顯。不同有機酸鹽處理杉木苗和葉中的鈣積累均有所增加（蘋果酸鈉處理除外），但都未達顯著水平。在外源有機酸鹽作用下，杉木苗根的鎂含量降低，與單鋁處理差異均達顯著水平，其中以蘋果酸鈉降低最明顯。酒石酸鈉處理杉木葉鎂含量稍增加，檸檬酸鈉、草酸鈉和蘋果酸鈉處理杉木苗葉的鎂含量有所降低，其中蘋果酸鈉處理較對照降低達顯著水平。檸檬酸鈉和蘋果酸鈉處理杉木苗根和葉的磷含量減少，而草酸鈉處理杉木苗根和葉的磷含量均有所增加。

2.4.2有機酸鹽對杉木中微量元素含量的影響各處理杉木苗微量元素含量見表4。與對照相比，單鋁處理杉木苗根和葉中的微量元素呈降低趨勢，但均未達顯著水平。外源有機酸鹽處理杉木根和葉銅含量呈不同程度的降低趨勢，但只有蘋果酸鈉處理根銅含量與單鋁處理的差異達顯著水平。除酒石酸鈉外，其他有機酸鹽處理杉木根中鋅積累有顯著的抑制作用，依次為蘋果酸鈉>檸檬酸鈉>草酸鈉。有機酸鈉對杉木葉鋅含量的影響不顯著。有機酸鹽處理對杉木錳含量也有不同程度的影響，但總體變化不明顯。有機酸鹽處理杉木苗根鐵含量增加，其中草酸鈉和檸檬酸鈉的影響最顯著;草酸鈉和檸檬酸鈉處理杉木葉鐵含量增加，酒石酸鈉和蘋果酸鈉處理杉木葉鐵含量降低。

3結(jié)論與討論

3.1有機酸鹽、土壤酸度和交換態(tài)鋁含量之間的關(guān)系

本試驗結(jié)果表明，鋁添加4種有機酸鈉鹽處理都不同程度提高土壤pH值。這是因為有機酸都屬于弱酸，其鈉鹽呈堿性，加入到土壤后土壤的pH值降低，這與前人的研究結(jié)果一致[8]。但與直接以有機酸形式加入土壤是不同，后者使得土壤酸度增加[7，13]。不同有機酸鹽堿性不同，所以本試驗各處理的土壤pH值也不同。其中，檸檬酸鈉處理影響最大，這與其堿性在4種有機酸鹽中最強（pKa最大）是一致的。有機酸鈉處理后，土壤中交換態(tài)鋁的含量均低于單鋁處理低，以檸檬酸鈉的影響為最大。土壤交換態(tài)鋁是土壤中活性最大的鋁形態(tài)，表明外源有機酸鹽可使土壤中鋁的活性降低。秦瑞君等[8]研究也表明，有機酸鹽能顯著降低土壤中水溶態(tài)鋁和交換態(tài)鋁的含量。相關(guān)分析表明，土壤交換態(tài)鋁含量的變化與土壤pH值之間有顯著的負相關(guān)，說明有機酸鹽加入后土壤鋁形態(tài)變化的重要原因是土壤pH值改變，兩者是對應的。此外，李九玉等[14]指出，有機酸陰離子可以通過自身的吸附增加土壤交換態(tài)鋁的含量。但本試驗有機酸陰離子的這種作用顯然并不是主要因素。

3.2有機酸鹽對杉木苗生長和鋁吸收的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，添加有機酸鹽對杉木苗高和地徑均有不利影響，但各有機酸鹽處理有所不同，檸檬酸鈉和酒石酸鈉處理的杉木苗所受的抑制小，而草酸鈉和蘋果酸鈉的影響較大。而前人研究發(fā)現(xiàn)，施用有機酸鈉則能促進玉米的生長[8]。這可能與植物的種類不同有關(guān)，有待后續(xù)研究。有機酸鈉使得土壤交換態(tài)鋁含量降低，但除了蘋果酸鈉處理的杉木根外，鋁在杉木根和葉中的積累并未減少，反而有不同程度的增加，說明有機酸鹽能促進杉木苗對鋁的積累。大多研究都表明，外源有機酸能使植物中鋁的含量降低，但也有促進吸收的報道。王月平等[3]研究表明，外源有機酸的加入能夠促進油菜地下部鋁的積累，且對鋁在植物體內(nèi)的運輸也有影響。本研究外源有機酸鹽處理后，鋁在杉木葉和根中的分配比也增加。說明有機酸離子能促進鋁在杉木中的遷移。這可能與鋁在植物體中的運輸方式有關(guān)，已有研究表明，鋁從根部到地上部的運輸是以有機酸絡合物的形式被運輸[15]。

3.3有機酸鈉對杉木苗礦質(zhì)營養(yǎng)元素吸收和積累的影響

礦質(zhì)營養(yǎng)元素對植物的生長、生理生化的正常進行有著至關(guān)重要的作用。本研究結(jié)果顯示，4種有機酸鹽基本上對杉木中鎂、鉀、磷、銅、鋅、錳、鐵等重要營養(yǎng)元素的積累都有不同程度的抑制作用，只有檸檬酸鈉和草酸鈉處理的杉木根和葉中鈣和鐵的含量增加。有機酸鹽加入后，礦質(zhì)元素積累水平的變化可能是導致杉木生長受抑的原因。其中，蘋果酸鈉處理杉木的礦質(zhì)元素含量在所有處理中最低，其生長因量也是最低。此外，宋金鳳等[16]報道，有機酸鹽可促進土壤中鐵的活化，這可以解釋檸檬酸鈉和草酸鈉處理后鐵含量增加的原因。

總之，外源有機酸鹽加入可提高土壤的pH值，進而降低土壤中鋁的活性和潛在毒性，但對杉木苗的生長和礦質(zhì)元素的積累有一定的抑制作用。有機酸鹽并未使杉木苗中鋁的含量降低，且會影響其在地上和地下部的分配。在本試驗條件下，所研究的有機酸鹽對杉木苗的生長不利，以蘋果酸鈉的影響為最大，其機理有待后續(xù)深入研究。

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（責任編輯：劉新永）