四川鹽亭野生白及生境土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性研究

閆秋潔, 呂保權(quán), 吳成強(qiáng), 胡進(jìn)耀

綿陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 四川 綿陽(yáng) 621000

白及(Bletilla striata)為蘭科白及屬多年生宿根草本植物，以塊莖供藥用，能收斂止血，消腫生肌[1]，可治療燒燙傷、手足皸裂[2]。近年來(lái)環(huán)境破壞嚴(yán)重，野生白及被過(guò)度采挖，造成白及資源日益枯竭，現(xiàn)已被列入《瀕危動(dòng)植物種國(guó)際貿(mào)易公約》[3]。而現(xiàn)代化工業(yè)制藥對(duì)白及原料藥材的需求量大，市場(chǎng)供需矛盾日趨突出[4]。可見(jiàn)，加大對(duì)野生白及生境的保護(hù)和利用，把白及由野生馴化為家種，對(duì)滿(mǎn)足當(dāng)代人們醫(yī)病用藥的需要，以及保護(hù)藥用植物資源免于滅絕，均具有深遠(yuǎn)意義[5]。

鹽亭的野生白及喜溫暖、陰涼及空氣濕度大的環(huán)境，不適應(yīng)群居，常零星生長(zhǎng)于林下陰濕處，或者常綠闊葉林、灌木林下。土壤是植物生境中重要的因子，其中的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[6]。尤其是對(duì)于以塊根鱗莖入藥的白及，土壤的理化性質(zhì)和土壤酶活性對(duì)其生長(zhǎng)繁殖的影響更大[7]。反之，白及根部淋出物所含有的次生代謝物也會(huì)對(duì)土壤生物和酶活性產(chǎn)生影響[8]。有研究表明，貴州野生白及土壤中脲酶、過(guò)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)性不顯著[9]，但土壤脲酶與過(guò)氧化氫酶活性對(duì)溫度十分敏感[10]，說(shuō)明土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性是白及根部生長(zhǎng)的重要生境因素。

野生白及在四川省鹽亭縣有較多的自然分布，但由于人們對(duì)野生資源的認(rèn)識(shí)不夠，加之種植、采收技術(shù)的匱乏，使鹽亭的白及生產(chǎn)仍處于未規(guī)?；_(kāi)發(fā)的初級(jí)階段，了解白及的生境條件和栽培技術(shù)是野生白及引種馴化中亟待解決的問(wèn)題。因此我們選取四川鹽亭野生白及的生境土壤，測(cè)定土壤的理化性質(zhì)，分析其生境土壤特征，并對(duì)比其根系土壤酶活性，綜合探究白及根系土壤酶的活性狀況以及對(duì)其生長(zhǎng)的影響，旨在為提高人工栽培高質(zhì)量白及的技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查取樣方法

在四川鹽亭野生白及生長(zhǎng)環(huán)境取樣。鹽亭位于盆中丘陵區(qū)，氣候溫和，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，主要有雍江、櫸溪、湍江、彌江、梓江五大水系。全縣森林覆蓋率56.93%，林地面積達(dá)937.07 km2[11]。選擇林下丘陵野生白及分布較平均的林地約500 m2作樣方（標(biāo)記為BS），對(duì)照組采樣點(diǎn)選擇同樣林下丘陵無(wú)白及生長(zhǎng)的地方（標(biāo)記為CK）。采用S形五點(diǎn)采樣法分別用環(huán)刀采集野生白及種植地和對(duì)照組土樣，即時(shí)封裝，編號(hào)，并于冰盒保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后立即分批測(cè)量并轉(zhuǎn)入冰箱。

1.2 分析測(cè)定方法

用酸度計(jì)測(cè)定土壤pH值，直接法測(cè)容重，烘干法測(cè)土壤自然含水量。土壤全氮的測(cè)定采用凱氏消煮法，水解性氮的測(cè)定用堿解擴(kuò)散法，全磷的測(cè)定用酸溶法，速效磷的測(cè)定采用碳酸氫鈉法。采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定土壤過(guò)氧化物酶[12]。磷酸苯二鈉比色法測(cè)定磷酸酶[12]，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)y=0.1581x+0.0625，R2=0.9959。用苯酚鈉比色法測(cè)定脲酶的活性[13]，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)y=0.0382x+0.0167，R2=0.9954。用3,5—二硝基水楊酸比色法測(cè)定轉(zhuǎn)化酶活性[12]，y=0.0098x+0.0059，R2=0.9940。BS組和CK組各指標(biāo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為5次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS13.0軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并進(jìn)行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)的分析，用EXCEL-2016作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH、容重和含水量

實(shí)驗(yàn)測(cè)得，野生白及土壤的pH值為7.198±0.077(表1)，經(jīng)t檢驗(yàn)與對(duì)照組有顯著差異(表2)，為偏堿性。野生白及土壤的容重為1.530±0.013 g/cm3，含水量18.000±1.488%，土樣容重較高，土體緊實(shí)，孔徑小，透氣透水性能不良，保肥保水能力較差，是屬于含礦物質(zhì)多而結(jié)構(gòu)差的未熟化的生土。這可能是采樣點(diǎn)的林地屬于較茂密的柏樹(shù)林地，從而使白及土樣容重偏高。

表1 野生白及土壤的pH值、容重和含水量Tab. 1 pH value, bulk density and water content of wild Bletilla striata habitat soil

表2 野生白及土壤理化指標(biāo)和土壤酶活性的t測(cè)驗(yàn)Tab. 2 T test of soil physical and chemical indexes and soil enzyme activities of wild Bletilla striata

2.2 土壤的氮含量

土壤中95%以上的氮都與有機(jī)質(zhì)結(jié)合，能反映土壤諸多性質(zhì)，是土壤肥效的重要方面。經(jīng)測(cè)定和t檢驗(yàn)分析，野生白及土壤的全氮含量為0.9856±0.047 g/kg(圖1)，低于對(duì)照組，但與對(duì)照組差異不顯著(表2)。從土壤肥力等級(jí)來(lái)看，土壤全氮含量在0.9 g/kg—1.3 g/kg的土壤為中等含量的土壤，故野生白及土壤全氮含量為中等。

圖1 野生白及土壤全氮和全磷含量Fig. 1 Total nitrogen and total phosphorus content of wild Bletilla striata habitat soil

土壤中水解氮含量小于100 mg/kg即為缺乏水解氮的土壤。水解氮易于礦化，占氮源的比例大，是緩效氮源，對(duì)野生物種意義較大。野生白及土壤的水解氮含量為60.87±1.85 mg/kg(圖2)，低于對(duì)照，且與對(duì)照組有顯著差異(表2)。結(jié)合全氮含量來(lái)看，發(fā)現(xiàn)野生白及土壤氮含量較為缺乏。

圖2 野生白及土壤水解氮和速效磷含量Fig. 2 Hydrolyzed nitrogen and available phosphorus content of wild Bletilla striata habitat soil

2.3 土壤的磷含量

土壤全磷含量是一個(gè)潛在的肥力指標(biāo)，而速效磷是土壤中可以直接利用的磷肥，其含量的高低直接表明土壤供應(yīng)磷素的能力。野生白及土壤的全磷含量為0.798±0.053 g/kg(圖1)，低于對(duì)照組，且與對(duì)照組土壤全磷含量存在顯著差異(表2)，其全磷含量屬于中等。土壤速效磷含量為18.4±1.4 mg/kg(圖2)，低于對(duì)照組，且與對(duì)照組也存在顯著差異(表2)。說(shuō)明野生白及土壤磷含量也較為缺乏。

2.4 土壤的磷酸酶活性

磷酸酶主要來(lái)源于植物根系和土壤微生物的分泌，是一類(lèi)催化土壤有機(jī)磷化合物礦化的酶，其活性高低直接影響土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性。從酸性磷酸酶、中性磷酸酶和堿性磷酸酶的活性來(lái)看，鹽亭野生白及根系土壤磷酸酶在0.426—0.473 mg/g之間，都遠(yuǎn)高于對(duì)照組(圖3)，且均與對(duì)照組呈極顯著差異(表2)。說(shuō)明野生白及土壤中的磷酸酶活性較高，能夠促進(jìn)土壤有機(jī)磷分解轉(zhuǎn)化發(fā)揮其生物有效性。

圖3 野生白及土壤磷酸酶活性Fig. 3 Phosphatase activity of wild Bletilla striata habitat soil

2.5 土壤的過(guò)氧化氫酶、脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性

過(guò)氧化氫酶作為土壤中的氧化還原酶類(lèi)，其活性可以表征土壤腐殖質(zhì)化強(qiáng)度大小和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化速度，過(guò)氧化物酶在有機(jī)質(zhì)氧化和腐殖質(zhì)形成過(guò)程中起著重要作用。鹽亭野生白及根系土壤過(guò)氧化氫酶活性高于對(duì)照組(圖4)，且與對(duì)照組有極顯著差異(表2)。

圖4 野生白及土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶活性Fig. 4 Activities of catalase, urease and invertase of Bletilla striata habitat soil

土壤脲酶是土壤氮循環(huán)過(guò)程中重要的土壤酶。脲酶對(duì)土壤有機(jī)氮水解轉(zhuǎn)化起著重要作用，主要分解有機(jī)氮轉(zhuǎn)化過(guò)程中形成的尿素，使其轉(zhuǎn)化成礦物態(tài)的NH3，而礦物態(tài)NH3則是植物氮素營(yíng)養(yǎng)的直接來(lái)源。野生白及根系土壤酶活性顯著高于對(duì)照組(圖4，表2)，說(shuō)明分解尿素的能力較強(qiáng)，能夠較好地將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氮素營(yíng)養(yǎng)。

轉(zhuǎn)化酶廣泛存在于土壤中，主要來(lái)源于植物的根系和土壤微生物，是表征土壤微生物活性的重要的土壤酶。轉(zhuǎn)化酶能裂解蔗糖分子，使蔗糖水解成葡萄糖和果糖。鹽亭野生白及根系土壤轉(zhuǎn)化酶活性也顯著高于對(duì)照組(圖4，表2)，說(shuō)明土壤中能被植物和微生物利用的易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較多。

3 討論

通過(guò)對(duì)鹽亭野生白及生境土壤和非白及生境土壤理化性質(zhì)的比較，發(fā)現(xiàn)野生白及生境土壤與周?chē)荼就寥拉h(huán)境有著明顯差異。野生白及生境土壤容重較大，pH值較對(duì)照偏堿性，含水量稍高。土壤理化性質(zhì)與植物生長(zhǎng)相關(guān)，這種相關(guān)關(guān)系對(duì)于人工種植過(guò)程中土壤的選擇和養(yǎng)分管理有重要意義[14]。云南野生小白及的土壤容重在1.1 g/cm3左右[15]，而在貴州野生白及生長(zhǎng)的土壤中，土壤比重的范圍在2.06—2.55 g/cm3[7]，而鹽亭野生白及土壤的容重為1.5 g/cm3左右，介于二者之間。土壤比重越小則土壤的通氣性能和持水能力越好[16]，說(shuō)明鹽亭野生白及的生境土壤有較好的通氣性。但從含水量來(lái)看，鹽亭野生白及土壤遠(yuǎn)低于云南野生小白及土壤含水量[15]，說(shuō)明土壤持水性不好。pH值與云南小白及相當(dāng)[15]，均為弱堿性，這與白及宜生長(zhǎng)于弱堿性土壤的研究結(jié)果相似[17]。此外，在鹽亭野生白及所屬的川中丘陵區(qū)種植白及，還可采用松針土改土來(lái)改善土壤結(jié)構(gòu)，防止板結(jié)，為白及根系的生長(zhǎng)提供良好環(huán)境[18]。

與非白及生境土壤相比，鹽亭野生白及水解氮含量稍高，全氮、全磷和速效磷含量均顯著降低。自然生長(zhǎng)的野生白及是喜陰植物，鹽亭野生白及生長(zhǎng)環(huán)境中，茂密的樹(shù)木使得土體緊實(shí)，這影響了保水保肥效果和養(yǎng)分含量。有研究發(fā)現(xiàn)，在快速生長(zhǎng)時(shí)期，白及對(duì)氮的需求較大，而對(duì)磷的需求量較小[19]，鹽亭野生白及生境土壤的氮磷含量符合這一特征，也說(shuō)明野生白及對(duì)根系土壤中氮磷的利用較好。測(cè)定數(shù)據(jù)表明，鹽亭野生白及生境土壤是屬于含礦物質(zhì)多而結(jié)構(gòu)差的未熟化的生土，說(shuō)明白及對(duì)土壤自然肥力的要求不高。但也有研究發(fā)現(xiàn)，野生白及生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)肥料的需求較大，在由野生進(jìn)行家養(yǎng)馴化時(shí)，應(yīng)注意底肥和不同時(shí)期的氮磷肥配比，尤其是摸清氮磷鉀對(duì)白及林下栽培的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，才能有助于白及產(chǎn)量和品質(zhì)的提高[20-21]。

植物與土壤環(huán)境相互適應(yīng)，土壤酶在土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要作用[22]，尤其是土壤脲酶、磷酸酶活性與土壤肥力之間存在著密切的關(guān)系[23]。磷酸酶促進(jìn)有機(jī)磷向無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化，形成有利于植物吸收的無(wú)機(jī)磷。土壤磷酸酶的活性高低直接影響著土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性[24]。土壤脲酶是土壤氮循環(huán)的重要組成成分，脲酶能促進(jìn)土壤中有機(jī)化合物尿素分子酰胺碳氮鍵的水解生成氨，從而有利于植物的吸收，是植物氮素營(yíng)養(yǎng)來(lái)源之一[25]。磷酸酶和脲酶是評(píng)價(jià)土壤肥力狀況的重要水解酶[26]。在實(shí)驗(yàn)中，鹽亭野生白及根系土壤的磷酸酶活性較低，但脲酶的活性處于比較高的水平，且均高于對(duì)照。這說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化能力比較高，土壤的供氮能力和有機(jī)質(zhì)氧化能力也比較高。同時(shí)，過(guò)氧化氫酶作為土壤中的氧化還原酶類(lèi)，其活性可以表征土壤腐殖質(zhì)化強(qiáng)度大小和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化速度，因此在有機(jī)質(zhì)氧化和腐殖質(zhì)形成過(guò)程中起著重要作用。土壤轉(zhuǎn)化酶可以增加土壤中的易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其活性與有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化和呼吸強(qiáng)度有密切關(guān)系[24]。研究結(jié)果顯示，鹽亭野生白及根系土壤的過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶活性均顯著高于對(duì)照，活性也處于比較高的水平，說(shuō)明鹽亭野生白及通過(guò)根系分泌物及殘?bào)w脫落影響土壤肥力組分變化、酶活性及pH值，從而促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)。這與能夠適應(yīng)貧瘠環(huán)境條件的草麻黃研究結(jié)果相似[27]。

過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、酸性磷酸酶的活性與土壤肥力因素(有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、有效磷、有效鉀)密切相關(guān)，且酶彼此之間也密切相關(guān)，因此可以作為土壤肥力的參數(shù)[22]。研究發(fā)現(xiàn)，土壤磷酸酶及土壤pH之間呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤酶活性和土壤有機(jī)質(zhì)具有相關(guān)性[17]。對(duì)野生櫻桃李的研究證明，有機(jī)質(zhì)、全氮的升高不利于蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性的增加，但有利于磷酸酶和脲酶活性的增加[28]。此外，土壤酶活性與土壤中的有機(jī)質(zhì)含量、生物代謝過(guò)程、微生物活性以及土壤濕度等都有著密切的關(guān)系[29]，土壤微生物數(shù)量也影響了土壤生物化學(xué)活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化。因此，在鹽亭野生白及的人工栽培過(guò)程中，一定要控制好土壤pH值，容重、含水量以及氮磷含量，在白及不同生長(zhǎng)期調(diào)整各種營(yíng)養(yǎng)元素的使用量比例，并綜合考慮多種因素，創(chuàng)造適宜白及吸收營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境，這樣有利于高產(chǎn)高質(zhì)量白及的培育。

4 結(jié)論

壤pH值略顯堿性，土壤容重適中，全氮、全磷和速效磷含量適中，水解氮含量較缺乏。但野生白及生境土壤的磷酸酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶酶活性較高，利用和轉(zhuǎn)化土壤有機(jī)質(zhì)的能力較好。

研究結(jié)果表明，四川鹽亭林下野生白及生境土