土壤pH對植物生長發育影響的研究進展

唐 琨，朱偉文，周文新，易鎮邪，屠乃美

(湖南農業大學農學院，長沙410128)

土壤是植物生長的依托。近年來由于人類的不合理利用，土壤開始出現退化現象。土壤退化包括侵蝕退化、土壤酸化、污染退化、肥力退化和生物學退化等幾種類型。土壤酸化是土壤酸堿性失調的一種重要形式，隨著土壤酸度的提高，土壤質量和生產力下降，植物的生長和發育也隨之受到嚴重制約。開展土壤酸堿性對植物生長發育的影響研究，對緩解日益突出的人口與環境資源之間的矛盾意義重大。

1 土壤酸堿性對植物生長的間接影響

土壤酸堿性，是指土壤溶液中H+濃度的負對數，用pH值表示，是土壤重要的化學性質。酸性或堿性物質的輸入會導致土壤物理的、化學的及生物學的過程發生改變，且與土壤養分的有效性及有害物質的產生有關，進而影響土壤肥力，對植物的生長發育產生間接影響［1］。

1.1 對土壤物理性質的影響

酸性物質的輸入會導致紅壤團聚體的穩定性降低。隨pH值的降低，紅壤團聚體破壞率增高、穩定性降低，其影響表現為土壤有機質淋失增加，氧化鐵活性提高，土壤侵蝕加速。

土壤微結構也在一定程度上受到pH的影響。隨酸度增大、作用時間增長，影響愈明顯，主要表現為土壤微龜裂密度增大、數量增多，從而破壞微團聚體的結合，加速水分運行，增大滲漏和毛管蒸發的作用，導致土壤耐旱性減弱，肥力降低，從而影響作物的生長［2］。土壤過堿，會導致土壤有機質含量低、酸性淋溶作用強、質地黏重、結構性差，土壤板結，土壤通氣性、透水性差，土壤水、氣、熱不協調，容易發生沖刷，引起水土流失，土壤肥力降低，不利耕作和植物生長［1］。土壤過酸或過堿，都會導致其物理性質變差，造成土壤和植物的抗逆性減弱，抵御旱澇等自然災害的能力下降，生產能力降低［3］。

1.2 對土壤化學性質的影響

1.2.1 與土壤養分有效性的相關性

近年來，國內外進行了一系列關于土壤有效養分與土壤pH值的相關性研究，一般認為，土壤養分有效性的最高值大多出現在土壤pH值6.5～7.5之間。土壤pH值過高或過低，都會使植物所需養分元素的生物有效性發生變化，從而導致植株某些元素營養失調［4，5］。試驗研究表明，土壤酸化會導致鹽基離子淋失加速，且其淋失量隨土壤pH值變化而變化，淋失總量與H+濃度呈極顯著的相關關系(r=0.9990)，長期作用會導致土壤養分庫的損耗，造成土壤養分貧瘠［6～9］。甲卡拉鐵等［9］研究發現，pH值較低時，K+不易被土壤固定，這時鉀的有效性較高;pH值升高后，土壤對K+的固定作用加強，鉀的有效性降低，即有效鉀含量隨著土壤pH值的升高而降低。而磷在酸性條件下易被鐵、鋁固定，在堿性的石灰質土壤又易被鈣固定，說明磷在中性條件下才能發揮其最高有效性。一些微量元素如鐵、鋅、銅、硼在酸性條件下具有較高有效性，而鉬卻是在堿性條件下有效性較高。以上研究表明，大多養分元素的有效性受土壤pH影響［10～14］。

1.2.2 與土壤中重金屬元素活化的相關性

在我國多個城市郊區農業土壤的重金屬含量調查中，Cu的含量均超出了土壤背景值［15］。土壤中吸附Cu的解吸是Cu的活化過程，它直接影響Cu的生物毒性的遷移。朱玉祥試驗研究表明，土壤pH升高有利于重金屬離子Cu的吸附，進而降低Cu的活化程度，阻礙Cu的生物毒性的遷移。

由于錳、鉻、鎘等有毒金屬離子在低pH值下具有較高溶解度，所以在土壤酸度提高時一些重金屬元素的活性會增加［16］。郭朝暉等［17］研究了模擬酸雨連續浸泡污染下的紅壤和黃紅壤中重金屬的釋放及形態轉化，結果表明:隨模擬酸雨的pH值下降，污染土壤中重金屬釋放強度增大且較明顯。對模擬酸雨下土壤中銅、鎘的作用研究表明:隨模擬酸雨的pH值下降，淋出液中銅、鎘含量明顯增加，pH低于4.0時，這種作用更為明顯。

1.3 對土壤生物學性質的影響

1.3.1 對土壤微生物的影響

土壤中的微生物種群數量、分布與活性等表明了土壤中物質代謝的旺盛程度，也是衡量土壤肥力和養分的一個重要指標［18，19］。土壤生物影響土壤營養物質的分解、轉化，進而影響植物根系對營養物質的吸收利用。

土壤中微生物的種類和數量在酸性條件下均較少，微生物的活性低，有機質分解緩慢，其含量相對較高;反之，土壤pH值升高，微生物活性增強，加速了有機質的分解，其含量會相對較低。土壤中堿解氮的含量與有機質含量密切相關［20］。堿解氮是衡量土壤肥力的重要指標之一，因此，土壤pH值升高，有機質含量降低是導致堿解氮減少的重要原因。

土壤養分的有效性在一定程度還受土壤微生物活動的影響。而是否具有適宜的pH范圍又是影響土壤微生物活動的重要因素。真菌一般較耐酸，在中性至微堿性的土壤環境中，細菌和放線菌活動旺盛，易使土壤有機質礦質化，釋放更多有效養分。

1.3.2 對土壤酶的影響

土壤酶反映土壤各種生物化學過程的動向和強度，是土壤生物學活性的重要組成部分，在土壤的物質循環和能量循環中起到重要作用［21］。土壤酶與土壤組分結合形成復合酶，其酶學特性與純酶不同［22］，但二者都具有適宜的pH范圍。一些調查結果表明，土壤酶活性與土壤pH密切相關，人工改變土壤pH值，土壤酶活性會在一定程度上受到影響［23，24］。

有研究表明:過氧化氫酶、多酚氧化酶、酸性磷酸酶、堿性磷酸酶、脫氫酶、蛋白酶等幾種酶的活性與土壤pH呈正相關，pH值升高時酶活性隨之增大。上述幾種酶活性受土壤pH的刺激，呈現酸化抑制堿化激活現象，但總體上［OH－］抑制作用較小。而蔗糖酶和轉化酶的活性在pH增加時受到抑制，活性變化呈現酸化激活堿化抑制。土壤pH對纖維素酶活性的影響則沒有很強的規律性。土壤pH值變化對氧化物酶活性的影響表現不顯著［25，26］。

2 土壤酸堿性對植物生長的直接影響

2.1 對植物外觀形態的影響

通過微量比色法，測定250多種植物花瓣細胞液的pH值，發現其范圍在2.5～7.5之間，紅色花表皮細胞液的pH值較藍色花表皮細胞液的pH值低，且紅色花衰老時常伴有花瓣顏色轉藍和液泡pH升高的現象，所以pH值的高低是花色的影響因素之一。通常情況下，隨著pH值上升，花青素發生變化，花瓣顏色逐漸由紅變藍。隨著土壤pH降低，花瓣中總花青苷含量增加，說明土壤酸堿性影響花青苷的積累，從而影響花色的深淺［28］。

王京元等［29］以大豆為試驗材料，測定盆栽大豆幼苗在酸或堿脅迫下的一些生理指標。結果顯示:土壤pH為7.0時，大豆的平均株高最高，土壤pH為9.8時，大豆平均株高最小。吲哚乙酸是促進植物生長的激素，由于其為酸性，故在酸性的土壤環境下，有利于植物生長素的合成，而堿性土壤環境會抑制吲哚乙酸的作用。所以，大豆的株高隨土壤pH值的升高而呈現下降的趨勢。

2.2 對植物物質吸收的影響

重慶市南山風景區林地從20世紀70年代末開始出現小部分林木生長發育不良，葉片出現褐色壞死斑，至1986年開始成片死亡。經測定，其葉片含S量高達2.2%(干重)，超過本底10倍以上。數量化理論方法分析表明，該地區森林衰亡的主要原因是土壤和雨水的pH值偏低。

過量的鉛會破壞土壤結構，阻礙植物發育，其在土壤中的存在形態會隨著土壤pH、Eh、濕度、通氣狀況等因素的改變而發生變化，進而影響其生物有效性，直接決定了其在土壤－植物系統中的分布和遷移量［30］。羅盛旭等研究了土壤pH、Eh對土壤－苦丁茶樹系統中鉛分布的影響，發現鉛在土壤中的含量分布從酸性到堿性呈遞減趨勢，而在苦丁茶樹根、莖、葉中的含量分布則呈遞增趨勢，且主要被富集在茶樹根部，表明pH下降有利于降低鉛對苦丁茶樹的污染毒害［33］。

土壤有機質和pH對果實礦質元素含量有重要影響:pH對土壤養分、有效鈣影響較大，對果實全磷和全鉀含量的影響則較弱;果實全鈣含量與土壤全氮呈負相關、與pH呈正相關;影響果實全鐵含量較大的因子分別為土壤pH、有效鈣和有效硼;土壤中有效硼含量對果實全硼含量具有直接的影響作用，因此土壤pH對果實全硼含量也有重要影響。生產中選擇適宜的土壤pH環境，可以有效避免果樹營養元素缺乏癥和毒害的發生［31～34］。

2.3 對植物生長發育的影響

用人工控制pH值的方法進行發芽試驗，研究pH值對小麥種子萌發的影響。結果表明:pH=6.5時小麥種子出芽率最大;pH值在6.0～7.0之間時，對小麥種子的發芽率影響不大;pH ＜5.0或pH＞8.0時種子發芽率下降。由此可知，小麥種子的發芽受pH值影響。

通過模擬酸化試驗，觀測pH值對油菜根系的影響，結果顯示，根生物量、根系長度、根體積均隨pH值的下降呈現明顯的下降趨勢，且當pH值逐漸上升時，以上3項指標均開始呈現上升趨勢;油菜根系活力的最高峰值出現在pH 6.1左右，當pH值低于5.8時，根系開始表現出衰老的跡象。從該試驗中可得到以下結論:土壤環境的酸堿性變化對油菜根系的生長發育產生了一定的影響［35］。

已有研究表明，土壤pH值是影響病原菌存活的重要因子，根莖病害的發生與土壤pH值密切相關［36～38］。魏國勝等［39］選用咸豐煙區發生根莖部病害煙田土壤，對其pH值的分布進行研究，得出如下結果:強酸性(pH＜4.4)和堿性土壤(pH＞6.5)有利于抑制根莖部病害的發生。經方差分析，無根莖部病害發生的土壤與發生根莖部病害的土壤其pH值存在顯著性差異。

王京元等［29］以大豆為實驗材料，測定盆栽大豆幼苗在酸或堿脅迫的條件下，葉片相對電導率、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、含水量等指標，綜合各項生理指標結果可以看出，大豆在pH值6.6～7.8范圍的土壤上都能正常生長。大豆葉片的電導率在土壤pH＞8.0的條件下，明顯高于其他處理，這說明土壤pH＞8.0時，大豆細胞質膜受到較嚴重的損壞。土壤pH值較高時，大豆葉片的可溶性糖含量明顯升高，這不僅對細胞質濃度的提高、細胞水勢的降低、植物吸水能力的增強有積極作用，更是植物抵御逆境脅迫不可或缺的重要元素［40，41］。可見，大豆的生長發育情況受到土壤pH值的影響。

2.4 對植物產量及品質的影響

土壤pH值降低會導致果樹缺鈣等生理病害發生，從而嚴重影響果品的優質高產。土壤pH值降低還會導致鈣、鎂、鉀等鹽基離子的加速淋失，使果實中鈣素的含量明顯減少，導致果實發生苦痘病、痘斑病和水心病等生理病害［42］。研究顯示，蘋果果實綜合品質與土壤pH的相關系數為0.6397，兩者呈顯著正相關。此外，土壤pH值與果實的單果重、果皮色澤和果實風味等指標的相關性也都達到顯著水平。由此可見，果園土壤的pH值，不僅對水果產量產生顯著作用，還影響果實的品質［43］。

劉春英［44］通過對植煙土壤施用不同組合改良劑，考察土壤pH值對烤煙生物產量、經濟產量、上等煙葉比例、煙葉還原糖及煙堿含量的影響。結果表明以上幾方面指標均得到不同程度提高，其中以“石灰+菌棒+常規化肥”改良劑組合效果最佳，其生物產量、經濟產量、上等煙葉比例、煙葉還原糖及煙堿含量分別比對照提高50.89%、49.18%、38.84%、16.49 g/kg和 3.1g/kg。由此可見，土壤酸堿性是影響烤煙品質和產量的重要因素。

蘇燕生［45］以毛豆為供試品種，分別在pH值為4.4的灰泥田一及pH值為4.9的灰泥田二進行試驗。田塊一施525 kg進口復合肥+75 kg尿素/hm2，田塊二在田塊一的基礎上增施30 kg進口復合肥、45 kg尿素和150 kg/hm2KCl。分別于毛豆出苗后在畦間開溝，田塊一追施石灰0.5 kg/小區和1 kg/小區;田塊二施入石灰0.75 kg/小區和1.5 kg/小區。測試收獲后的土壤pH值，結果表明，增施石灰改變了土壤的pH值，毛豆增產效果明顯。

3 展望

不適宜的土壤pH值嚴重影響了植物的生長發育，土壤改良工作的重要性日益凸顯。除一些傳統的改良酸性土壤的方法外，生產實踐中，人們還發現利用某些礦物、工業廢棄物也能改良土壤酸度，如白云石、磷石膏、粉煤灰、磷礦粉和堿渣等，都可應用于酸性土壤的改良［46～48］。此外，有研究發現，綠肥、草木灰和各種家畜的糞肥等有機物料在提供作物需要的養分、提高土壤肥力水平的同時，還能增加土壤微生物的活性，增強土壤對酸的緩沖性能，在農業生產中具有價格優、取材方便、毒害少、污染小的優點［49］。相關研究表明，某些植物物料對土壤酸堿性也具有明顯的改良作用［50～53］，且可在短期內見效。此外，還可以通過合理化土壤管理來減緩土壤的酸化進程，促進農業的可持續發展，如，合理選擇作物品種、合理的水肥管理、合理選擇氮肥品種、有機物料改良、作物秸稈還田等都是有效的方法［54］。

目前，關于土壤酸堿性對植物生長發育的影響的研究已經取得了很多成果，但由于土壤的地域性差異、實驗條件不同等諸多因素的干擾，很多問題都沒有定論。如對土壤pH值影響植物生長發育機理的研究還不夠深入，不夠全面;土壤酸堿性對大田作物養分利用效率的研究，土壤酸化對作物氮利用效率的影響機理方面的大田試驗研究很少，還缺少長期定位研究。因此，開展相關方面的研究，進行深層次的探討亟待加強。

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