貴州野生白及土壤物理性質(zhì)與酶活性及相關(guān)性特征

周 穎，李朝楨，鄭 聽，王 永，熊鵬飛，李 婧，張家春

(貴州省植物園，貴陽 550004)

【研究意義】白及是多年生蘭科草本植物[Bletillastriata(Thunb) Rchb. f.]，生于山坡草叢、森林及山谷陰濕處。具有止血、消腫、生肌、斂瘡等功效[1]。我國白及自然資源主要分布在貴州、廣西等地區(qū)[2]。隨著關(guān)于白及現(xiàn)代化科學研究的不斷深入，白及的功能特效愈發(fā)地被發(fā)掘出來，導致市場上白及的需求量逐漸增大，野生白及被無限制采挖，以至于白及野生資源量急劇下降[3]。為保護野生白及資源以及滿足市場需求，人工栽培白及的重要性日益凸顯，但目前人工栽培白及存在諸多問題，這些問題甚至影響了中藥材的質(zhì)量、安全與聲譽[4]。因此有必要對野生白及的生存環(huán)境進行相關(guān)研究?！厩叭搜芯窟M展】土壤是中藥材賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤物理性質(zhì)和土壤酶是評價土壤質(zhì)量和土壤肥力的重要指標[5]。土壤物理性質(zhì)和土壤酶活性的研究，不僅有助于了解土壤的結(jié)構(gòu)和功能，還有助于分析研究土壤—植物生態(tài)系統(tǒng)以及土壤侵蝕等生態(tài)過程[6]。類似于白及這樣的地下塊根和鱗莖的中藥材，其生長以土壤物理性質(zhì)為主導因子的較多[7]。而土壤酶是土壤微生物和植物有效吸收利用養(yǎng)分的關(guān)鍵因素，也是土壤功能多樣性最有效的指示劑[8-9]，同時因土壤酶對環(huán)境的改變十分敏感，且方便測定，被視為理想的土壤質(zhì)量的度量指標[10]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關(guān)于白及的研究主要集中于生物學特性、化學成分和藥理，關(guān)于野生白及生長的土壤特征研究較少[11]。因此，研究在大量的野外調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，選取8個具有代表性的野生白及土壤樣地，分析研究了8個取樣地的土壤物理性質(zhì)(比重、機械組成，水穩(wěn)性團聚體、微團聚體)和土壤酶(脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶)活性。【擬解決的關(guān)鍵問題】探討土壤物理性質(zhì)和土壤酶活性的相關(guān)性及土壤酶活性間的相關(guān)性，為科學利用貴州喀斯特地區(qū)野生白及的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)白及人工栽培高產(chǎn)高質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和處理

野生白及土壤采于貴州省8個主產(chǎn)區(qū)，采樣地概況具體地理條件如表1所示。土壤采集時GPS定位，每個樣地采取5點取樣，去除土壤中雜物，充分混合后經(jīng)“四分法”去除多余樣品，最后分為兩部分，每部分約1 kg，裝入干凈布袋后帶回實驗室。將土壤樣品在塑料膜上均勻鋪開，一部分土壤樣品自然風干后過2 mm尼龍篩備用，用于測定土壤比重、機械組成、微團聚體和酶活性，另一部分在稍陰干時將土壤沿自然結(jié)構(gòu)面掰開成直徑約為1 cm的小土塊，風干后用于測定土壤水穩(wěn)性團聚體。

表1 貴州野生白及樣地的地理概況

1.2 測定項目與方法

土壤比重采用比重瓶法測定，土壤機械組成采用比重計法測定，土壤水穩(wěn)性團聚體采用濕篩法測定，土壤微團聚體采用比重計法測定；土壤脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性分別采用靛藍比色法、高錳酸鉀容量法、磷酸苯二鈉比色法和3，5-二硝基水楊酸比色法測定。土壤酶活性變異強度評價參照薛正平等[12]的三級評價法進行分析，即變異系數(shù)(Cv)<0.1為弱變異，0.1≤Cv≤0.3為中等變異，Cv>0.3為強變異。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用Excel 2016用于整理數(shù)據(jù)，SPSS 23.0軟件統(tǒng)計分析，Origin 9.1軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤比重特征

貴州不同地區(qū)野生白及生長土壤的比重在2.06～2.55 g/cm3，平均為2.39 g/cm3，極差0.49 g/cm3，標準差(SD)0.17 g/cm3，土壤比重屬于弱變異程度(CV=0.07<0.1)。表明，貴州野生白及生長所在環(huán)境的土壤密度較為恒定，差異較小，白及如果進行人工種植，土壤比重在2.06～2.55 g/cm3較好。

2.2 土壤機械組成特征

從表2看出，貴州野生環(huán)境白及生長土壤機械組成以砂粒為主，表現(xiàn)為砂粒>粉粒>粘粒，參照土壤質(zhì)地國際制標準，土壤質(zhì)地為砂質(zhì)粘壤土。不同地區(qū)野生白及生長土壤機械組成存在一定的差異，樣地BJ02的土壤機械組成表現(xiàn)為粉粒>粘粒>砂粒，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)粘土；其余地區(qū)土壤機械組成均表現(xiàn)為砂粒>粉粒>粘粒，BJ01、BJ05、BJ06樣地的土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，BJ04、BJ07、BJ08樣地的土壤質(zhì)地為粘壤土，BJ03取樣地的土壤質(zhì)地為砂質(zhì)粘壤土。可知，貴州野生白及主要生長在土壤粘粒含量小于25%的砂土或粘土中，部分野生白及也可生長于土壤粘粒含量大于30%的粘土中，說明野生白及對不利環(huán)境有一定的適應(yīng)性。

表2 貴州野生白及不同取樣點的土壤顆粒組成及質(zhì)地

2.3 土壤水穩(wěn)性團聚體粒級分布特征

由表3可知，8個取樣地土壤的各粒級水穩(wěn)性團聚體比例差異較大。其中，土壤粒級在0.5～0.25 mm的土壤水穩(wěn)性團聚體含量較低，在0.68%～12.61%，平均為5.19%，除BJ01和BJ07外，其余取樣地此粒級含量均低于其他粒級含量。樣地BJ01、BJ05、BJ08的土壤水穩(wěn)性團聚體以<0.25 mm粒徑為優(yōu)勢粒級，含量在29.21%～60.63%；樣地BJ03、BJ04、BJ06、BJ07的土壤水穩(wěn)性團聚體以5～2 mm粒徑為優(yōu)勢粒級，含量在23.18%～47.84%；樣地BJ02的土壤水穩(wěn)性團聚體以1～0.5 mm粒徑為優(yōu)勢粒徑，含量為29.25%。可知，貴州省野生白及生長所在8個地點的土壤水穩(wěn)性團聚體粒級分布并無統(tǒng)一性分布規(guī)律，且各粒級含量差異性較大。

表3 貴州野生白及不同取樣點土壤水穩(wěn)定性各級土壤團聚體粒徑占比

此外，除取樣地BJ01和BJ05土壤中>0.25 mm粒徑的土壤水穩(wěn)性大團聚體所占比例分別為39.27%和48.81%外，其余6個樣地土壤中>0.25 mm粒徑的土壤水穩(wěn)性大團聚體所占比例在70.80%～94.89%?？芍?，貴州野生白及生長土壤中水穩(wěn)定性大團聚體含量多，表明貴州野生白及較多生長在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，抗蝕性能強的土壤中。

2.4 土壤微團聚體組成特征

由表4可知，粒徑>0.05、0.05～0.02、0.02～0.01、0.01～0.005、0.005～0.002、0.002～0.001和<0.001 mm土壤微團聚體的含量分別為65.38%～86.86%、3.70%～19.57%、2.13%～9.70%、1.09%～6.64%、1.03%～4.30%、0.00%～4.30%和0.43%～2.96%，以粒徑>0.05 mm土壤微團聚體含量最高，平均值為76.27%，<0.001 mm的土壤微團聚體含量最低，平均含量為1.59%。說明，貴州野生白及土壤微團聚體以0.25～0.05 mm粒級為主，且其含量遠高于其他較小粒級微團聚體含量。

表4 貴州野生白及不同取樣點各級土壤微團聚體粒徑占比

2.5 土壤酶活性特征

由圖1可知，土壤酶的活性因采樣地不同而各有差異。其中，BJ08的4種酶活性均最低，BJ04的脲酶和酸性磷酸酶活性最高，BJ06和BJ01分別以過氧化氫酶和蔗糖酶最高。不同樣地的脲酶活性在0.62～15.74 mg/g，均值為5.50 mg/g，變異系數(shù)為0.93，強變異，最高為最低的25.55倍。過氧化氫酶活性在8.90～10.10 mL/g，均值為9.46 mL/g，變異系數(shù)為0.05，弱變異。酸性磷酸酶活性在0.59～5.40 mg/g，均值為2.78 mg/g，變異系數(shù)為0.56，強變異，最高為最低的9.15倍。蔗糖酶活性在18.36～139.90 mg/g，均值為73.75 mg/g，變異系數(shù)為0.60，強變異，最高為最低的7.62倍。

圖1 貴州野生白及不同取樣點土壤的酶活性Fig.1 Enzyme activities of soils from different sampling sites of wild Bletilla striata in Guizhou

2.6 土壤酶活性與土壤物理性質(zhì)的相關(guān)性

從表5看出，土壤中脲酶和酸性磷酸酶活性與土壤比重呈極顯著負相關(guān)，與土壤團聚體呈顯著負相關(guān)，與土壤微團聚體呈顯著正相關(guān)，說明土壤比重低可極顯著提高貴州野生白及生長土壤中的脲酶和酸性磷酸酶活性；降低土壤團聚體(>0.25 mm)含量和增加土壤微團聚體(<0.25 mm)含量，可顯著提高貴州野生白及生長土壤中的脲酶和酸性磷酸酶活性。土壤中砂粒、粉粒和粘粒含量與土壤脲酶和酸性磷酸酶的相關(guān)性不顯著，即土壤機械組成不會影響貴州野生白及土壤中脲酶與酸性磷酸酶的活性。土壤中過氧化氫酶與蔗糖酶活性與土壤中物理性質(zhì)指標的相關(guān)性不顯著，即土壤物理性質(zhì)不會影響貴州野生白及土壤中過氧化氫酶與蔗糖酶活性。

表5 貴州野生白及土壤酶活性與土壤物理性質(zhì)的Pearson相關(guān)系數(shù)

2.7 土壤酶活性間的相關(guān)性

從表6看出，除脲酶與酸性磷酸酶之間呈極顯著正相關(guān)外，其余土壤酶活性之間的相關(guān)性不顯著，即脲酶活性與過氧化氫酶和蔗糖酶活性之間、過氧化氫酶活性與酸性磷酸酶和蔗糖酶活性之間、酸性磷酸酶活性與蔗糖酶活性間均不互相影響。

表6 貴州野生白及土壤酶活性間的Pearson相關(guān)系數(shù)

3 討 論

我國是白及的原產(chǎn)國，野生資源豐富，主要分布于我國長江流域以南的地區(qū)，如江蘇、安徽、貴州、云南等。白及喜生長于海拔230～2850 m濕潤的山谷環(huán)境，其適應(yīng)能力強，分布地帶廣，具有廣泛的生態(tài)適應(yīng)能力[3]。在貴州野生白及生長的土壤中，土壤比重的范圍在2.06～2.55 g/cm3時，變異程度弱，較為恒定。土壤比重受成土母質(zhì)影響的同時，也受土壤中根系狀況等因素的影響，土壤比重越小則土壤的通氣性能和持水能力越好[13-14]，本研究表明，貴州野生白及適宜生長在通氣性能和持水能力較好的土壤中。中藥材因生理需求有差異，最適宜生長的土壤質(zhì)地也不盡相同。如金銀花適合在砂質(zhì)土壤中生長，青蒿栽培于粉砂質(zhì)壤土和粘壤土中最佳，玄參則適宜生長在石灰?guī)r類重壤[7,15-16]。不同直徑土壤顆粒組成直接影響土壤水、肥、氣、熱，土壤機械組成決定著土壤物理、化學和生物學特性，直接影響植物的生長。本研究中，貴州野生白及主要生長在土壤粘粒含量小于25%的砂土或壤土中，為砂質(zhì)壤土和粘壤土，個別野生白及也能生長在土壤粘粒含量大于30%的壤質(zhì)粘土中。有研究指出，土壤中粘粒減少，粗大顆粒相對增多，土壤孔隙和滲透性能會逐漸改善。增加土壤的砂粘比能增加山銀花產(chǎn)量、提升品質(zhì)[17]。由此可知，雖然貴州野生白及具有極強的適應(yīng)性，能在粘土中生長，但更適合在粘土含量較低的砂土或壤土中生長，可以增加產(chǎn)量和提高品質(zhì)。

土壤抵抗外力能力的大小可以按照水學、力學、酸堿度等層面劃分，因水的作用力較大，所以土壤水穩(wěn)定性團聚體一般為主要研究對象。水穩(wěn)定性團聚體根據(jù)粒級可分為>0.25 mm粒徑的水穩(wěn)定性大團聚體和<0.25 mm粒徑的水穩(wěn)性微團聚體。水穩(wěn)性大團聚體的含量可以反映土壤質(zhì)量的優(yōu)劣程度，水穩(wěn)定性大團聚體含量越大，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，抗侵蝕能力越好[18-21]。本研究中，貴州野生白及所生長的土壤水穩(wěn)性大團聚體有6個取樣點的含量高于70%；說明貴州野生白及生長的土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗侵蝕性強，部分白及能生長在土壤結(jié)構(gòu)和抗侵蝕性較差的土壤中，說明貴州野生白及且具有極強的適應(yīng)性；微團聚體作為土壤大團聚體形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，反應(yīng)土壤的質(zhì)量特征，用于預測土壤侵蝕和地表徑流[22-23]。陳恩鳳等[24]以0.01 mm為界，將土壤微團聚體分為小粒級微團聚和大粒級微團聚，分析發(fā)現(xiàn)小粒級微團聚體持水性能和養(yǎng)分儲備能力均較強；大粒級微團聚體則釋水能力較強，有較強的養(yǎng)分供應(yīng)能力。王晟強等[25-26]研究發(fā)現(xiàn)，茶園中土壤微團聚體以0.25～0.05 mm粒級為主，此粒級是微團聚體中主要的有機碳庫及養(yǎng)分庫，其穩(wěn)定性和有機碳質(zhì)量分數(shù)也用于定量表征土壤侵蝕程度。本研究中土壤微團聚體以0.25～0.05 mm粒級為主，說明貴州野生白及生長所在的土壤具有養(yǎng)分供應(yīng)能力強、釋放能力好、抗侵蝕能力強的特點。

土壤酶作為土壤一切生物化學過程的積極參與者，是物質(zhì)循環(huán)和能量流動等生態(tài)系統(tǒng)過程中最為活躍的生物活性物質(zhì)，土壤酶的活性大致反映了土壤生物化學過程的相對強度，也是判別土壤肥力與土壤質(zhì)量的重要指標之一，土壤理化性質(zhì)的變化則會影響土壤酶活性[27-29]。本研究中貴州野生白及不同樣地之間土壤中脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性差異顯著，過氧化氫酶差異不顯著，說明不同的生態(tài)地理環(huán)境和不同的土壤條件，土壤中脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性也會產(chǎn)生差異，而土壤中過氧化氫酶活性則較為穩(wěn)定。從總體看，貴州野生白及土壤中脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性與土壤物理性質(zhì)之間的相關(guān)不顯著，與馬劍等[30-31]的相關(guān)研究較為一致；而盧瑛等[32]的研究表明，土壤中粘粒含量與土壤酶活性之間相關(guān)性均達到顯著水平以上；王銳等[33]研究發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性與土壤各物理因素之間相關(guān)性達到極顯著。土壤是多酶體系，各個酶在同一土壤中酶促反應(yīng)相互影響且具有專一性。本研究中，除脲酶與酸性磷酸酶之間相關(guān)性呈極顯著外，其他酶活性之間無顯著關(guān)系，這與馬劍等[30,34]的研究結(jié)果一致，但與張鵬鵬等[35-36]的研究并不一致，土壤酶是一個復合體，上述兩個現(xiàn)象的發(fā)生可能與各個采樣地的地理條件、動植物、微生物、氣候以及土壤成土母質(zhì)的綜合作用相關(guān)，特別是土壤中的生物因素是土壤酶的重要來源，如土壤中所生長的植物不同，根系分泌物的種類和數(shù)量也不同。此外，土壤脲酶與過氧化氫酶活性對溫度十分敏感，這些都會影響土壤酶活性以及酶活性之間的相關(guān)性[37]。

4 結(jié) 論

貴州野生白及具有較強的適應(yīng)性，適宜生長在土壤比重為2.06～2.55 g/cm3的土壤中，不宜過高或過低。土壤質(zhì)地以壤土為最佳，選擇>0.25 mm粒級的土壤水穩(wěn)性大團聚體超過70%、且優(yōu)勢粒徑為2～5 mm或<0.25 mm粒徑，土壤微團聚體中0.25～0.05 mm粒級為優(yōu)勢粒級的土壤，這樣則更有利于白及生長以及品質(zhì)的提高。

各個取樣地土壤中的脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性變化差異較大，強變異，過氧化氫酶則差異較小，屬于弱變異性。貴州野生白及土壤酶活性與土壤物理性質(zhì)存在一定的相關(guān)性，其中土壤比重與脲酶和酸性磷酸酶呈極顯著負相關(guān)，與土壤團聚體和微團聚體呈顯著負相關(guān)和顯著正相關(guān)，其余則均不顯著(P>0.05)，說明土壤比重、土壤團聚體和微團聚體是影響土壤酶活性的重要因素。貴州野生白及不同土壤酶活性之間的相關(guān)性不一，除脲酶和酸性磷酸酶間存在極顯著正相關(guān)，能夠相互促進，其余土壤酶之間均無顯著關(guān)系，相互之間不影響。