石灰和磷肥對酸性土壤中野生油茶幼苗生長及土壤酶活性的影響

賀根和 王小東 劉強

摘要：以酸性紅壤為基質，研究酸性土壤中石灰和磷肥的施用對野生油茶（Camellia oleifera Abel.）幼苗生長及根際與非根際土壤酶活性的影響。結果表明，石灰和磷肥的施用能在不同程度上緩解土壤高鋁低磷對野生油茶幼苗生長的毒害作用；磷肥能降低根際與非根際土壤的脲酶活性，石灰能在一定程度上緩解這一作用；石灰和磷肥共同施用能提高土壤酸性磷酸酶活性。說明磷肥和石灰共同施用能改善土壤環境，減緩鋁毒對植物生長的抑制作用。

關鍵詞：油茶（Camellia oleifera Abel.）；酸性土壤；石灰；磷肥；高鋁低磷

中圖分類號：Q89 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5258-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.014

Effects of Lime and Phosphorus Fertilizer on Wild Seedlings Growth of

Camellia oleifera Abel. and Enzyme Activity of Soil Enzyme

HE Gen-he1，WANG Xiao-dong2，LIU Qiang1

（1.College of Life Sciences，Jinggangshan University，Jian 343009，Jiangxi，China；2.Jiangxi Academy of Forestry，Nanchang 330013，China）

鋁是地殼中含量最豐富的元素之一，同時又是一種缺乏生物功能的非必需化學元素。土壤中鋁的化學形態決定了其在環境中的生物有效性和毒性[1]，對植物生長有著極為重要的影響。在微酸性和中性土壤中，鋁主要以三價氧化態和穩定的礦物質形式存在，表現出極低的生物有效性，對植物的毒害較低。但隨著土壤pH的降低，鋁可逐漸解離，以離子態釋放到土壤溶液中，成為有活性的單體形式，對土壤生物產生非常大的毒害作用。此外，當土壤pH低于6時，土壤中有效磷的含量隨pH的下降而下降。高鋁低磷脅迫已成為公認的制約酸性土壤中作物生產的主要因素[2]。

土壤酶是土壤生物活性的一個重要指標，它們參與土壤有機物質的分解轉化，土壤酶活性的高低反映出土壤養分（尤其是氮、磷）轉化的強弱。脲酶是土壤氮循環的重要組成成分，它能促進尿素的水解，形成NH4+，從而有利于植物的吸收。磷酸酶促進有機磷向無機磷轉化，形成有利于植物吸收的無機磷。植物與土壤環境相互適應，土壤脲酶、磷酸酶活性與土壤肥力之間存在著密切的關系[3]。近年來，關于低磷狀況下酸性磷酸酶（APA）活性變化的研究報道很多，如低磷脅迫能誘導根系分泌酸性磷酸酶（分泌型APA）到生長介質中，其活性的增強有利于促進土壤環境中難溶態有機磷的礦化分解，以提高磷的生物有效性[4，5]。然而，在磷鋁耦合脅迫下相關的報道還較少。

油茶（Camellia oleifera Abel.）又名茶子樹、油茶樹，是中國特有的木本油料樹種[6]，在南方酸性紅壤中分布廣泛。野生油茶的營養生長期較長（一般為3～5年），而且種子的平均產量低。為了提高油茶的產量，傳統上人們常用石灰和磷肥對土壤進行改良[7]。石灰能夠提高土壤pH，從而減輕鋁的毒害作用，同時還能促進一些植物對磷的吸收；磷肥能直接促進植物生長并能緩解鋁誘導的植物生長限制[8]。然而，這些過程的實現離不開植物生長的土壤環境，尤其是根際土壤環境。前期的研究大多關注高鋁或低磷脅迫對植物生長的影響，而關于高鋁低磷耦合脅迫對植物生長影響的報道較少。本試驗以紅壤為基質，研究石灰和磷肥的施用對野生油茶幼苗生長及土壤酶活性的影響，研究結果有助于了解石灰和磷肥施用后對土壤環境的影響，為酸性紅壤中油茶的育種栽培提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

植物材料：油茶種子，于2008年10月采自江西省永豐縣（26°33′N，114°07′E）。種子采回實驗室后，埋于沙（保持濕度約為5%）中過冬。3個月后，將種子置于含沙（保持濕度約為25%）的塑料托盤中萌發6周后，將生長一致的幼苗轉移至含有已處理紅壤的植物培養裝置中（圖1），裝置中纖維素濾膜孔徑為30 μm。

供試土壤：取自井岡山大學生物園2～20 cm土層的紅壤土，其基本理化性質為pH 4.79，有機質含量49.1 g/kg，全氮含量240 mg/kg，堿解氮含量25 mg/kg，全磷含量6.4 mg/kg，速效磷含量7.6 mg/kg，速效鉀含量75 mg/kg，陽離子交換量2.30 cmol/kg，交換性鋁含量0.345 cmol/kg。將土壤自然風干后過2 mm篩備用。

1.2 試驗設計

土壤樣品用石灰和磷肥處理后分為4組，分別為本土（CK，即未處理土壤，有鋁毒，記為T1）、本土+石灰（無鋁毒，記為T2）、本土+磷肥（有鋁毒，記為T3）、本土+磷肥+石灰（無鋁毒，記為T4）。施磷處理每千克干土施磷（P2O5）100 mg，施石灰處理每千克干土施石灰0.8 g（調節土壤pH 6.0，使鋁失去活性）。同時，每千克干土施入氮（N）300 mg、鉀（K2O）200 mg、鎂（MgO）40 mg。肥料分別以尿素（含N 46%）、氯化鉀（含K2O 60%）和MgSO4·7H2O形式加入。將全部的氮、磷、鉀、鎂肥、石灰與土壤混勻后裝入圖1裝置中。裝盆后以液體肥形式按每千克干土加入ZnSO4·7H2O 0.022 g、CuSO4·5H2O 0.019 g、H3BO3 0.034 g、NH4·MO7O4·4H2O 0.001 1 g。將上述生長一致的油茶幼苗轉移至含有已處理紅壤的裝置中培養。每個處理3次重復。45 d后，取幼苗的地上部分和地下部分，分別測其干重；收集根際與非根際土壤（離根1 mm以內的土壤定為根際土），4 ℃下保存備用。

1.3 各指標測定方法

1.3.1 植株生物量的測定 植株生物量分為地上部和地下部干重，以10株植株的干重（單位為g）表示，每個處理重復10 次。

1.3.2 脲酶的測定 采用苯酸鈉比色法。稱取5 g風干土，置于50 mL三角瓶中，加入1 mL甲苯，15 min后加入10 mL 10%尿素和20 mL pH 6.7檸檬酸鈉緩沖液，搖勻后放置37 ℃培養箱中恒溫培養24 h，取出后過濾，吸取3 mL濾液，注入50 mL容量瓶中，去離子水稀釋至20 mL，依次加入4 mL苯酚鈉和3 mL次氯酸鈉，邊加邊搖勻，20 min后顯色定容，在1 h內使用紫外分光光度計測定溶液在578 nm下的吸光度，記錄測得數據，換算出脲酶活性。

1.3.3 酸性磷酸酶的測定 采用對硝基酚比色法。稱取5 g風干土，置于50 mL三角瓶中，依次加入0.2 mL甲苯、6 mL MUB緩沖液和1mL對硝基苯磷酸溶液，振蕩幾秒后密封，恒溫箱37 ℃培養1 h后加入1 mL 0.5 mol/L氯化鈣和4 mL 0.5 mol/L氫氧化鈉，振蕩幾秒后取200 μL濾液，稀釋至50 mL，利用紫外分光光度計測定溶液在420 nm下的吸光度，換算出各處理土壤中酸性磷酸酶活性。

1.4 數據分析

采用SPSS 17.0軟件分析。

2 結果與分析

2.1 石灰和磷肥的施用對野生油茶幼苗生長的影響

從圖2可以看出，無論在低磷或高磷條件下，鋁毒土壤（T1和T3）中油茶幼苗地上部分和地下部分的生物量均低于無鋁毒土壤（T2和T4）。與對照T1生物量相比，單獨石灰處理（T2）的植株地上部分和地下部分分別增加了19.0%和22.0%；單獨磷肥處理（T3）的植株地上部分和地下部分分別增加了11.0%和6.9%；石灰和磷肥共同處理（T4）的植株生物量增加更為明顯，地上部分和地下部分分別增加了50.3%和40.7%。可見，石灰和磷肥單獨施用均能促進油茶幼苗生長，石灰和磷肥共同施用對促進油茶幼苗生長的作用更為明顯。因此可知，石灰和磷肥的施用能在不同程度上緩解土壤高鋁低磷對油茶幼苗生長的毒害作用。

2.2 石灰和磷肥的施用對野生油茶幼苗根際與非根際土壤脲酶的影響

從圖3可以看出，油茶根際土壤的脲酶活性大于油茶非根際土壤的脲酶活性。在油茶根際土壤中，與對照T1相比，單獨石灰處理的土壤脲酶活性增大了7.3%；單獨磷肥處理的土壤脲酶活性降低了6.8%；石灰和磷肥共同處理的土壤脲酶活性比單獨磷肥處理增大了9.1%。在油茶非根際土壤中，單獨石灰處理的土壤脲酶活性增大了7.0%，單獨磷肥處理的土壤脲酶活性降低了13.3%；石灰和磷肥共同處理的土壤脲酶活性比單獨磷肥處理增大了4.7%。由此可知，鋁毒能降低土壤脲酶的活性，無論在油茶根際或非根際土壤，石灰均能提高土壤脲酶的活性，在根際土壤中表現的更為明顯，而磷肥卻降低了土壤脲酶的活性，但這種降低作用在一定程度上能被石灰緩解，這種變化同樣表現在非根際土壤中，只是各處理組的變化值均低于根際土壤。

2.3 石灰和磷肥的施用對野生油茶幼苗根際與非根際土壤酸性磷酸酶活性的影響

從圖4可以看出，油茶根際土壤的酸性磷酸酶活性大于油茶非根際土壤的酸性磷酸酶活性。在油茶根際土壤中，與對照T1相比，單獨石灰處理的土壤酸性磷酸酶活性增大了20.4%，單獨磷肥處理的土壤酸性磷酸酶活性降低了17.4%；石灰和磷肥共同處理的土壤酸性磷酸酶活性比單獨磷肥處理增大了41.3%。在油茶非根際土壤中，與對照T1相比，單獨石灰處理的土壤酸性磷酸酶活性增大了8.9%，單獨磷肥處理的土壤酸性磷酸酶活性降低了19.2%；石灰和磷肥共同處理的土壤酸性磷酸酶活性比單獨磷肥處理增大了33.3%?？梢姡瑹o論在油茶根際或非根際土壤，鋁毒均能降低土壤酸性磷酸酶的活性，石灰能提高土壤酸性磷酸酶的活性，在根際土壤中表現的更為明顯；磷肥也降低了土壤酸性磷酸酶的活性，但這種降低作用在一定程度上也能被石灰緩解。

3 討論

土壤鋁毒和低磷影響植物的生長。石灰和磷肥常被用于土壤的改良[9，10]。通過施用石灰將土壤pH調節為5.5～6.5，使土壤中的鋁由交換態向非交換態轉化，可溶性鋁以氫氧化鋁的形式沉淀，從而消除鋁毒的危害。本研究結果發現，施用石灰和磷肥能提高野生油茶幼苗的生物量，兩者共同施用時，這種促進作用更明顯。

土壤脲酶是土壤氮循環的重要組成成分，脲酶能促進土壤中有機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，是植物氮素營養來源之一[11]。磷酸酶能促進各種有機磷化合物的分解，為植物生長提供有效磷素，它們是評價土壤肥力狀況的2個重要水解酶[11，12]。本試驗研究表明，石灰加入土壤后，根際土壤脲酶和酸性磷酸酶活性均受到明顯的刺激作用，同時，石灰還能緩解磷肥的加入對脲酶和酸性磷酸酶活性的抑制作用，從而保證脲酶和酸性磷酸酶在植物根際的活性，促進土壤氮磷養分的有效轉化，這種互補作用可能是石灰和磷肥常用于紅壤改良以促進作物增產的原因之一。在非根際土壤中，石灰和磷肥的施用對脲酶和酸性磷酸酶活性的影響與根際土壤相似，只是相應酶的活性要比根際土壤低，可能的原因是石灰和磷肥能刺激根系向土壤中分泌酶或促進根系分泌物的釋放，或者刺激了根際微生物的活動，從而導致土壤酶活性的升高。土壤酶參與土壤有機物質的分解轉化，其活性的高低可以反映土壤養分（尤其是氮、磷）轉化的強弱，表現為土壤肥力，從而影響植物生長[11]。此次試驗結果為綜合評價石灰和磷肥施用對土壤的肥力效應和環境效應提供了研究方向。此外，研究還發現單獨磷肥加入土壤后，能降低根際土壤和非根際土壤脲酶、酸性磷酸酶活性，且根際土壤脲酶、酸性磷酸酶活性變化更大。究其原因可能是石灰和磷肥影響了土壤中微生物的活動，但需要進一步更深入的研究。

參考文獻：

[1] 陳榮府，楊小弟，沈仁芳.桑色素絡合測定酸性土壤溶液中無機單核鋁的方法比較[J].土壤學報，2007，44（4）：663-668.

[2] KOCHIAN L V， HOEKENGA O A， PINEROS M A. How do crop plants tolerate acid soils？ Mechanisms of aluminum tolerance and phosphorous efficiency[J]. Annu Rev Plant Biol， 2004，55：459-493.

[3] SALL S N， CHOTTE J L. Phosphatase and urease activities in a tropical sandy soil as affected by soil water-holding capacity and assay conditions[J]. Soil Science and Plant Analysis， 2002， 33（19）：3745-3755.

[4] DINKELAKER B， MARSCHNER H. In vivo demonstration of acid phosphatase activity in the rhizosphere of soil-grown plants[J]. Plant and Soil，1992，144：199-205.

[5] TARAFDAR J C， JUNGK A. Phosphatase activity in the rhizosphere and its relation to the depletion of soil organic phosphorus[J].Biology and Fertility of Soil， 1987，8（3）：199-204.

[6] 中國農業年鑒編輯委員會.中國農業年鑒（2004）[M].北京：中國農業出版社，2004.

[7] 胡冬南，胡玉玲，牛德奎，等.施肥配比與蕓苔素內酯對油茶生長的影響研究[J].林業科學研究，2011，24（4）：505-511.

[8] JIANG H X， TANG N， ZHENG J G. Phosphorus alleviates aluminum-induced inhibition of growth and photosynthesis in Citrus grandis seedlings[J]. Physiol Plantarum，2009，137：298-311.

[9] ZHENG S J， YANG J L， HE Y F， et al. Immobilization of aluminum with phosphorus in roots is associated with high aluminum resistance in buckwheat[J]. Plant Physiology，2005，138： 297-303.

[10] DELHAIZE E， TAYLOR P， HOCKING P J， et al. Transgenic barley （Hordeum vulgare L.） expressing the wheat aluminium resistance gene （TaALMT1） shows enhanced phosphorus nutrition and grain production when grown on an acid soil[J]. Plant Biotechnology Journal， 2009，7： 391-400.

[11] PAN J， YU L. Effects of Cd or/and Pb on soil enzyme activities and microbial community structure[J]. Ecological Engineering， 2011， 37， 1889-1894.

[12] ROY S， BHATTACHARYYA P， GHOSH A K. Influence of toxic metals on activity of acid and alkaline phosphatase enzymes in metal-contaminated landfill soils[J]. Australian Journal of Soil Research，2004，42：339-344.

Abstract：Effects of lime and phosphorus fertilizer application on seedling growth of wild Camellia oleifera Abel and enzyme activities of soil in the rhizosphere and non-rhizosphere were studied in pot experiments with medium of acid red soil. The results showed that application of lime and phosphorus could alleviate the Al toxicity and low-P stress on Camellia oleifera Abel. seedling growth to some extent. Phosphorus fertilizer application reduced urease activity of soil in C. oleifera Abel. rhizosphere and non-rhizosphere， while lime could relief this effect. The acid phosphatase activity would be enhanced when lime and phosphorus fertilizer were used in combination. These results indicated that employing phosphate fertilizer and lime together could improve the soil environment and relief the aluminum toxicity press on plant growth.

Key words：Camellia oleifera Abel.；acid red soil；lime；phosphorus fertilizer；high-A1 and low-p