野生長葉榧適生土壤條件探索

林春穆

(福建邵武將石省級自然保護區(qū)管理處，福建 邵武 354011)

長葉榧(TorreyajackiiChun)別名浙榧、加氏榧，隸屬于紅豆杉科(Taxaceae)榧樹屬(Torreya)[1]，是我國特有珍稀瀕危古植物，已被列為國家二級重點保護植物[2]。其分布范圍狹小，僅產于浙江省南部和西部、江西省資溪縣、湖北省北部等地區(qū)以及福建省邵武、泰寧等地，多生長于險峻的山地溝谷兩側，濕度高、溪水常年流動的區(qū)域[3]。長葉榧具有重要的研究價值及經濟價值，是研究第四紀冰期等氣溫問題的關鍵材料；其木材是制造業(yè)所需的優(yōu)良用材；種子營養(yǎng)價值高，具有一定的藥用價值[4]。然而，由于長葉榧資源不斷減少，人工馴化工作開展困難[5]，因此探究長葉榧適生條件對保護和利用長葉榧資源具有重要意義。目前對于長葉榧的研究主要集中于生物學特性[6]、光合生理生態(tài)特性[7]、次生代謝產物[8]和遺傳多樣性[9]以及資源保護[10]等方面，但是對其適生條件的研究至今尚未見報道。

植物的生長發(fā)育與外界環(huán)境密切相關[11]。土壤是環(huán)境因素的重要組成部分，是植物生長的物質基礎及生長所需營養(yǎng)的主要來源，對植物生長發(fā)育起關鍵作用，直接影響植物群落的組成和結構[12-15]。PAULI H等[16-17]研究表明土壤養(yǎng)分是反應土壤質量的重要指標，是植物生長和生態(tài)系統組成及功能不可或缺的一部分。除此之外，酶活性也是影響植物長勢的重要條件之一[18]。趙玉卉等[19]測定野生酶羊肚菌根際土的酶活性，為羊肚菌高效種植提供了理論基礎。長葉榧狹窄的地理分布與其自身的生長條件有關，目前對葉榧土壤理化性質方面的研究幾乎空白，進一步限制了長葉榧的保護與馴化工作。

本試驗以邵武將石省級自然保護區(qū)(東經117°14′11″—117°16′40″、北緯27°02′03″—27°05′21″)野生長葉榧林及對照區(qū)(長葉榧林區(qū)內伴生林)土壤為研究對象，分析其土壤理化性質及酶活性，探索野生長葉榧林的適生土壤條件，為長葉榧的生長發(fā)育及保護與開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

2020年10月，在邵武將石省級自然保護區(qū)利用大疆P4M無人機采集多光譜圖像，結合野外踏查，確定6個典型野生長葉榧分布地區(qū)(圖1)。采用對角線方法設置取樣點，定位技術協助取樣工作。在6個野生長葉榧的伴生樹生長區(qū)域內分別取樣，混為一組，設為對照。取樣時采用多點混合取樣，取樣深度為土壤深度0～20 cm，多點取到的樣品充分混合，揀去雜質。利用四分法保留約1.5 kg的混合土樣。土樣經登記編號后進行預處理，經過風干、磨細、過篩、混勻、裝瓶后備用[20]。另外，利用環(huán)刀法分別在0、20 cm處取樣，每層3個重復，用于測定土壤水分-物理性質[21]。本次研究共收集到代表性土壤樣品21份，包括保護區(qū)境內6塊野生長葉榧生長區(qū)域土壤(YD1～YD6)與對照區(qū)土壤(CK)各3份。以反映采樣地塊養(yǎng)分和供肥能力以及理化性質的本底狀況。

圖1 研究地區(qū)野生長葉榧的分布區(qū)域圖

1.2 土壤樣品分析

本次土壤樣品分析測定的項目包括土壤中鋁(Al)、鐵(Fe)、鉀(K)、碳(C)、鋅(Zn)、鈣(Ca)、氮(N)、鎂(Mg)、磷(P)、鈉(Na)、銅(Cu)、錳(Mn)含量、C/N值、土壤pH值、電導率、容重、總孔隙度、質量含水率和土壤酶活性(包括土壤過氧化氫酶S-CAT、土壤脲酶S-UE、土壤酸性磷酸酶S-ACP)。

采用元素分析儀(EA3000)測定土壤N、P、K、C、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu的含量。在土壤樣品中加入HCl 2.0 mol·L-1處理后加入過量NaOH，用標定的HCl滴定，發(fā)現土樣無無機碳的存在，可以認定土樣中總碳含量等于有機碳。土壤中Al含量用容量法測定[22]；Na含量用離子色譜分析法分析測定[23]；pH值采用玻璃電極法(土∶水=1∶2.5)測定[24]。采用環(huán)刀法測定土壤的水分-物理性質[25]；使用上海雷磁電導率儀測DDS-307樣地土壤的電導率[26]。

土壤酶活性的測定方法：脲酶(Urease，UE)活性，采用苯酚鈉比色法，酶活性表示：氨態(tài)氮mg·g-1(37 ℃，24 h)[20]；酸性磷酸酶(Acid phosphatase，ACP)活性，采用磷酸苯二鈉比色法[27]，酶活性表示：酚mg·g-1(37 ℃，24 h)；過氧化氫酶(Catalase，CAT)活性，采用高錳酸鉀滴定法測定，酶活性表示：0.1 N高錳酸鉀mg·g-1[28]。

1.3 數據分析

利用Excel 2010進行數據整理與分析，GraphPad Prism 5軟件進行雙因素方差分析、多重比較和相關性分析，試驗數據以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 野生長葉榧與伴生樹生長區(qū)土壤化學性質的差異

從表1可以看出，土壤C含量：YD1～YD6樣地均顯著(P<0.05)高于對照組，分別比CK增加16.8%、74.8%、95.0%、97.4%、79.3%、89.6%。土壤N含量：YD1～YD6樣地均顯著(P<0.05)高于對照組，分別比CK增加68.4%、146.0%、190.8%、161.7%、152.0%、165.9%。土壤P含量：YD1～YD6樣地均極顯著(P<0.01)高于對照，分別比CK增加300.0%、233.3%、600.0%、400.0%、400.0%、500.0%。土壤Zn含量：YD3、YD4樣地極顯著(P<0.01)低于對照組，分別比CK減少75.0%、80.0%；其余樣地Zn含量均極顯著(P<0.01)高于對照組，其中YD1、YD2、YD5、YD6樣地分別比CK增加50.0%、100.0%、100.0%、150.0%。土壤Fe含量：YD1～YD6樣地均極顯著(P<0.01)高于對照組，分別比CK增加92.8%、63.3%、105.4%、100.3%、86.7%、115.7%。土壤Mn含量：YD2、YD6樣地極顯著(P<0.01)高于對照組，分別比CK增加68.0%、36.0%；YD1、YD3、YD4、YD5樣地分別比CK增加8.0%、4.0%、12.0%、12.0%。土壤Mg含量：YD3、YD4、YD6樣地極顯著(P<0.01)低于對照組，分別比CK減少30.0%、26.8%、40.5%；YD1、YD2、YD5顯著(P<0.05)低于對照組，分別比CK減少17.7%、20.9%、19.1%。土壤Ca含量：除YD2樣地低于對照組，比CK減少33.3%外；其余樣地均高于對照組，其中YD1樣地顯著(P<0.05)高于對照，增加61.1%；YD3～YD5樣地分別比CK增加50%、33.3%、19.4%、13.9%。土壤Al含量：YD1～YD6樣地均極顯著(P<0.01)高于對照組，分別比CK增加72.1%、27.1%、58.2%、70.9%、62.1%、84.0%。土壤K含量：YD1、YD2、YD5樣地均極顯著(P<0.01)高于對照組，分別比CK增加51.6%、88.3%、68.5%；其余樣地與CK不存在顯著性差異，YD4比CK增加7.1%，YD3、YD6分別比CK減少8.6%、12.1%。C/N值：YD1樣地比對照組極顯著(P<0.01)減少54.1%。樣地中的Na含量無明顯差別。

表1 野生長葉榧及其伴生樹生長區(qū)域的化學性質

2.2 野生長葉榧與伴生樹生長區(qū)土壤物理性質的差異

由表2可知，野生長葉榧土壤中pH值范圍在4.65～5.02之間，呈酸性；電導率范圍在20.07～29.80 μs·cm-1之間；容重范圍在0.88～0.98 g·cm-3之間；總孔隙度范圍在0.37%～0.43%之間；含水率范圍在0.05%～0.16%之間。野生長葉榧生長區(qū)內的土壤容重、總孔隙度、pH值、電導率與對照組間均存在極顯著差異(P<0.01)，土壤質量含水率與對照組間無明顯差別。與CK相比，YD1～YD6樣地的土壤容重分別減少17.8%、15.9%、15.9%、10.3%、16.8%、8.4%，土壤總孔隙度分別減少12.2%、16.3%、18.3%、24.5%、16.3%、22.4%，pH值分別減少15.3%、13.7%、15.8%、15.8%、20.1%、14.9%，電導率分別增加99.9%、89.1%、85.7%、34.6%、52.9%、54.5%。

表2 野生長葉榧及其伴生樹生長區(qū)域的物理性質

2.3 野生長葉榧與伴生樹生長區(qū)土壤的酶活性差異

由表3可知，野生長葉榧土壤中S-CAT酶活性范圍在1.12～1.90 μmol·d-1·g-1之間，S-ACP酶活性范圍在0.21～0.41 μmol·d-1·g-1之間，S-UE酶活性范圍在0.01～0.10 μg·d-1·g-1之間。野生長葉榧生長區(qū)土壤的S-CAT酶活性均高于對照組，其中YD3、YD4、YD6分別比CK顯著(P<0.05)增加95.8%、97.9%、89.5%；YD1、YD2、YD5分別比CK增加16.7%、75.0%、80.2%。野生長葉榧生長區(qū)土壤S-ACP酶活性均極顯著(P<0.01)高于對照組，YD1～YD6樣地分別比CK增加300.0%、250.0%、583.3%、400.0%、366.7%、516.7%。野生長葉榧生長區(qū)土壤S-UE酶活性，YD1、YD2、YD5、YD6樣地高于對照組，分別比CK增加20.0%、60.0%、40.0%、100%；YD3、YD4樣地低于對照組，分別比CK減少80.0%、80.0%；其中YD3、YD4、YD6與CK之間存在極顯著性差異(P<0.01)。

表3 野生長葉榧與伴生樹生長區(qū)土壤的酶活性

3 討論

土壤養(yǎng)分與土壤質地、有機質含量有關，直接影響土壤的質量[29]。P、K、N等元素在土壤中含量的高低與存在形式對植物生長具有重要意義[30]。土壤酶是土壤生化反應中一類具有高度催化作用的物質，是土壤進行物質交換與能量流動的動力[31]。其中，P元素可以提高植物的抗病、抗旱和抗寒能力[32]，而Fe元素參與葉綠素的合成以及與植物體內氧化還原反應、電子的傳遞和植物呼吸作用需要有關[33]，K元素可促進植物體內酶的活化、光合作用和光合產物的運輸，有利于蛋白質的合成[34]。本研究結果表明，野生長葉榧生長區(qū)內土壤的C、N、P、Fe、Ca、Al、K元素的含量顯著高于對照區(qū)，說明土壤中P、Fe、K含量較高的立地環(huán)境更有利于長葉榧生長。

野生長葉榧生長區(qū)內的土壤pH值、土壤的容重顯著低于對照，說明長葉榧可能更適合生長在較酸、較黏重的土壤中。野生長葉榧生長區(qū)土壤電導率顯著高于對照，說明其生長區(qū)域的土壤總鹽量較高。

野生長葉榧生長區(qū)的土壤脲酶活性顯著高于對照，證明其生長需要大量的土壤微生物和土壤有機質。土壤中有機磷的分解轉化及其生物有效性好，土壤有機質含量高，土壤相對更偏酸性，造成野生長葉榧生長區(qū)土壤酸性磷酸酶活性高于對照。野生長葉榧生長區(qū)內土壤的過氧化氫酶活性顯著高于對照，說明野生長葉榧生長區(qū)域內土壤的有機質和微生物含量高于對照組[35]。

4 結論

根據以上分析可以得出適合長葉榧生長的土壤條件為：①土壤中的C、N、P、Fe、Ca、AL、K含量高；②酸性土壤；③土壤中的有機質和微生物含量多。土壤肥力水平不僅取決于土壤養(yǎng)分和作物吸收能力，還受各因子協調作用的影響。長葉榧主產區(qū)土壤養(yǎng)分失衡現象較為嚴重，在施肥過程中采用"穩(wěn)氮降磷控鉀"等方式，以調節(jié)長葉榧林地土壤養(yǎng)分，滿足長葉榧不同生長階段的養(yǎng)分需求。生產上，應根據長葉榧林地土壤肥力的實際狀況，采用測土配方施肥制定施肥結構和用量，建立合理有效的馴化方案，以滿足實際生產需要，最終實現長葉榧產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。