陳紅霞，包 翔，劉果厚，蘭 慶

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤質(zhì)量與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011）

藥用植物是指含有藥用成分，具有醫(yī)療用途，可以作為植物性藥物開(kāi)發(fā)利用的一類植物。野生藥用植物是十分珍稀的藥用資源[1]。近年來(lái)，隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展和不合理的野生資源開(kāi)發(fā)利用，導(dǎo)致許多野生珍稀藥用植物資源瀕臨滅絕[2]。為滿足市場(chǎng)需求和保護(hù)野生資源，加大對(duì)野生資源的人工栽培勢(shì)在必行?？喽棺樱⊿ophora alopecuroides L.）、牛心樸子[Manchurian hancock（Maxim.）Al.]均為多年生草本植物?？喽棺泳哂薪笛?、降血脂等功效，對(duì)糖尿病并發(fā)癥、潰瘍性結(jié)腸炎、脂肪肝具有重要的藥用價(jià)值[3]。牛心樸子全草可入藥，具有抗菌、抗炎、抗腫瘤及鎮(zhèn)痛等作用，作為藥用植物，在中成藥研制開(kāi)發(fā)中具有廣闊的前景[4]。香青蘭（Dracocephalum moldavica L.）為一年生草本植物，具有止血、愈合傷口、治療胃病等功效，在蒙醫(yī)臨床上應(yīng)用廣泛[5]。

土壤養(yǎng)分直接參與地球生物化學(xué)循環(huán)過(guò)程，通過(guò)改善土壤結(jié)構(gòu)影響植被生長(zhǎng)，與植被形成反饋體系[6]。土壤粒徑分布是表征土壤結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，決定著土壤質(zhì)地結(jié)構(gòu)，并直接影響土壤侵蝕與土地退化[7]。土壤養(yǎng)分特性和土壤粒徑分布分形可作為潛在反映土壤質(zhì)量和物理性質(zhì)的指標(biāo)之一[8-9]。荒漠草原是十分脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，也是一個(gè)敏感和特殊的生態(tài)過(guò)渡帶，一旦被破壞就難以恢復(fù)。3種藥用植物在維護(hù)生態(tài)平衡、防止土地沙漠化及水土流失上有獨(dú)特的作用。試驗(yàn)以荒漠草原地區(qū)3種藥用植物生長(zhǎng)的土壤為研究對(duì)象，對(duì)土壤養(yǎng)分與機(jī)械組成進(jìn)行分析研究，旨在為該地區(qū)的生態(tài)建設(shè)和藥材資源開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古鄂托克前旗，地處N 37°44′～38°44′，E 106°26′～108°32′，主要由毛烏素沙地和鄂爾多斯梁地兩大地貌構(gòu)成。氣候?qū)儆诟珊?、半干旱溫帶大陸性氣候。年均氣?.1℃，10℃以上積溫2 938.6℃，無(wú)霜期173 d；年平均降水量265.0 mm，季節(jié)降水不均，主要集中在7—9月，占總降水量的70%；年蒸發(fā)量2 514.8 mm，平均風(fēng)速3.8 m/s，8級(jí)以上大風(fēng)年均25～30 d[10]。植被類型以草本植物為主，主要有甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）、草麻黃（Ephedra sinica Stapf）、苦豆子。

1.2 研究方法

根據(jù)不同藥用植物分布地區(qū)的代表性，選擇3種藥用植物生境土壤為研究對(duì)象（表1）。2019年9月取樣，按多點(diǎn)同層混合采樣法采樣，選取9個(gè)點(diǎn)，取樣深度為0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm，按四分法取一部分土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。電位法測(cè)定土壤pH值，烘干法測(cè)定土壤含水量，堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮，0.5 mol/L NaHCO3和CH3COONH4浸提-火焰光度法分別測(cè)定速效磷和速效鉀；Mastersizer 3000 激光粒度儀進(jìn)行土壤粒度測(cè)定，儀器測(cè)定范圍在0.01～3 000 μm[11]。土壤粒徑分級(jí)以美國(guó)制土壤粒級(jí)[12]為標(biāo)準(zhǔn)：黏粒（<2 μm）、粉粒（2～50 μm）、極細(xì)砂粒（50～100 μm）、細(xì)砂粒（100～250 μm）、中砂粒（250～500 μm）、粗砂粒（500～1 000 μm）、極粗砂粒（1 000～2 000 μm）、石礫（2 000～3 000 μm）。

表1 藥用植物樣地分布及植物特征

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用TYLER 等[13]建立的體積分形模型計(jì)算土壤粒級(jí)的分形維數(shù)，公式如下

式中，r為粒徑；Ri為粒徑劃分中的第i級(jí)粒徑；V（r＜Ri）為小于粒徑Ri的土壤總體積；VT為土壤顆?？傮w積；Rmax是土壤粒徑分級(jí)的最大粒徑，本試驗(yàn)中Rmax為2 000 μm；兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)曲線的擬合斜率可求得土壤粒徑分形維數(shù)D。

數(shù)據(jù)整理與處理采用Excel 2016 軟件，Oringin 9.0 軟件作圖，SAS 9.2 軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種藥用植物生長(zhǎng)土壤的化學(xué)特性

由表2可知，3種藥用植物生長(zhǎng)土壤的pH值不同，范圍在9.11～10.35；其中，各土層苦豆子生長(zhǎng)土壤的pH值相對(duì)較大，牛心樸子生長(zhǎng)土壤的pH值相對(duì)較?。?種藥用植物生長(zhǎng)土壤的pH值均大于8.5，表明苦豆子、牛心樸子、香青蘭生長(zhǎng)的土壤屬于堿性。同一土層不同藥用植物，10～20、20～30 cm 土層土壤pH值苦豆子與牛心樸子、香青蘭差異顯著（P<0.05）；同一藥用植物不同土層，牛心樸子、香青蘭各土層土壤pH值差異不顯著（P＞0.05），苦豆子各土層土壤pH值差異顯著（P<0.05）。

苦豆子生長(zhǎng)土壤堿解氮含量為5.13 mg/kg、速效磷含量為3.04 mg/kg、速效鉀含量為114.52 mg/kg；0～10、10～20、20～30 cm 土層間土壤速效養(yǎng)分無(wú)顯著差異（P＞0.05）。香青蘭生長(zhǎng)土壤堿解氮含量為7.10 mg/kg、速效磷含量為3.13 mg/kg、速效鉀含量為181.69 mg/kg；0～10 cm 與10～20、20～30 cm 土層土壤速效磷含量差異顯著（P<0.05），各土層堿解氮、速效鉀含量差異不顯著（P＞0.05）。牛心樸子生長(zhǎng)土壤的堿解氮含量為2.37 mg/kg、速效磷含量為6.74 mg/kg、速效鉀含量為117.48 mg/kg；0～10 cm 土層與10～20、20～30 cm 土層土壤堿解氮、速效鉀含量差異顯著（P<0.05），10～20 cm 與0～10、20～30 cm土層土壤速效磷含量差異顯著（P<0.05）。各藥用植物生長(zhǎng)土壤的速效養(yǎng)分隨土層深度增加基本呈下降趨勢(shì)。

從3種野生藥用植物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境來(lái)看，苦豆子、香青蘭、牛心樸子適生土壤呈堿性，鉀含量豐富，氮含量和磷含量偏低。

表2 不同藥用植物土壤速效養(yǎng)分含量

2.2 3種藥用植物生長(zhǎng)土壤粒度組成及參數(shù)特征

由表3可知，苦豆子、牛心樸子、香青蘭生長(zhǎng)土壤以砂粒為主，其體積百分含量分別為83.41%、87.29%、84.77%?？喽棺由L(zhǎng)土壤0～10 cm 土層粗砂粒和極粗砂粒含量較高，分別為37.50%、21.33%；其次為粉粒，為16.50%，極細(xì)砂粒含量最低，為0.67%；黏粒含量為9.00%。10～20、20～30 cm 土層以細(xì)砂粒、中砂粒、粗砂粒為主；極粗砂粒含量較低；黏粒含量最低，分別為2.40%、2.37%。除粗砂粒外，苦豆子0～10 cm 與10～20、20～30 cm 土層土壤顆粒存在顯著差異（P<0.05），后兩者差異不顯著（P＞0.05）。牛心樸子生長(zhǎng)土壤0～10、10～20、20～30 cm 土層細(xì)砂粒、中砂粒和粗砂粒含量較高；粉粒含量分別為11.37%、8.90%、12.80%；黏粒含量最少，平均含量不足2.00%。0～10 cm 與10～20、20～30 cm 土層細(xì)砂粒、中砂粒、粗砂粒、極粗砂粒差異顯著（P<0.05），其他土壤顆粒均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。香青蘭生長(zhǎng)土壤0～10 cm 土層粗砂粒和極粗砂粒含量較高，且與10～20、20～30 cm 土層存在顯著差異（P<0.05）；粉粒含量高達(dá)24.30%，黏粒含量為11.97%。10～20、20～30 cm 土層細(xì)砂粒、中砂粒含量較高；黏粒含量最低，為0.70%?？喽棺印⑾闱嗵m生長(zhǎng)土壤分形維數(shù)隨土層深度增加而減少，牛心樸子分形維數(shù)隨土層深度增加而增大；3種藥用植物生長(zhǎng)土壤分形維數(shù)0～10 cm 與10～20、20～30 cm 差異顯著（P<0.05）。

表3 3種藥用植物土壤粒度組成和參數(shù)特征

2.3 土壤粒徑曲線

土壤粒徑分布曲線可以反映土壤顆粒的分布情況[14]。由圖1可知，3種藥用植物土壤粒徑頻率分布曲線均為雙峰型；各藥用植物在250 μm 左右出現(xiàn)第1個(gè)波峰，第2個(gè)波峰出現(xiàn)在1 000 μm 附近；100 μm 左邊的曲線可代表細(xì)粒組分（黏粒、粉粒）、右邊的曲線代表粗粒組分，3種藥用植物同一土層間細(xì)粒組分變化不明顯，粗粒組分相差較大。香青蘭樣地在250 μm 波峰處最為明顯，其次為苦豆子、牛心樸子；牛心樸子樣地在1 000 μm 波峰處最明顯，其次為苦豆子、香青蘭，說(shuō)明牛心樸子樣地比其他樣地土壤粗顆粒分配更多。

土壤粒度累積頻率曲線斜率越大，顆粒分布越均勻。由圖2可知，0～10 cm 土層牛心樸子樣地均勻度較好，10～20、20～30 cm 土層香青蘭樣地均勻度較好，3種藥用植物樣地累計(jì)頻率曲線在100～1 000 μm 變化最大，表示土壤顆粒粒徑在此區(qū)間內(nèi)最集中。

3 討論與結(jié)論

土壤酸堿度影響土壤礦質(zhì)元素的釋放、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)移利用以及土壤微生物活動(dòng)與群落結(jié)構(gòu)等。土壤酸堿度對(duì)藥材的生長(zhǎng)及品質(zhì)形成有一定程度的影響[15]?？喽棺由L(zhǎng)土壤的pH值為9.32～10.35、香青蘭為9.19～9.39、牛心樸子為9.11～9.34，均屬堿性土壤，因此，若進(jìn)行人工種植，應(yīng)選擇堿性土壤。

氮、磷、鉀影響藥用植物根系養(yǎng)分與代謝活動(dòng)，以及藥用植物的生長(zhǎng)發(fā)育，這些元素的缺乏或不足都會(huì)影響藥用植物的生長(zhǎng)和品質(zhì)，影響藥用植物有效成分的組成與含量[16-17]。土壤速效養(yǎng)分是藥用植物能夠直接吸收的養(yǎng)分，其含量的高低是土壤養(yǎng)分供給強(qiáng)度的指標(biāo)。根據(jù)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)苦豆子、牛心樸子、香青蘭生長(zhǎng)土壤速效鉀含量豐富，屬高、極高水平，堿解氮和速效磷含量匱乏，屬低、極低水平，土壤有效性不高，氮、磷供給能力弱。在種植時(shí)考慮施用氮、磷肥，或選擇氮、磷速效養(yǎng)分含量相對(duì)較豐富的土壤。

荒漠草原地區(qū)3種藥用植物生長(zhǎng)土壤砂粒含量較高，粉粒、黏粒含量低，這歸因于區(qū)域內(nèi)強(qiáng)烈的風(fēng)力侵蝕作用。黏粒和粉粒的粒徑小、質(zhì)量輕，起動(dòng)風(fēng)速較小，更易于近地表風(fēng)的吹蝕和搬運(yùn)?？喽棺印⑾闱嗵m生長(zhǎng)土壤表層黏粒含量高，是因?yàn)檫@兩種植物的生態(tài)環(huán)境比牛心樸子更加穩(wěn)定，可以有效降低地表風(fēng)速[17]，攔截大氣攜帶的細(xì)小顆粒[18]，使得土壤表層細(xì)小物質(zhì)逐漸累積增多，在一定程度上有效影響土壤風(fēng)蝕的發(fā)生和發(fā)展[19]。土壤顆粒對(duì)植被的生長(zhǎng)起著至關(guān)重要的作用，植被與土壤相互作用、相互影響[20-21]。

土壤分形維數(shù)能較好地反映土壤粒徑組成，能夠說(shuō)明藥用植物適宜生長(zhǎng)的土壤質(zhì)地環(huán)境[22-24]，在風(fēng)蝕強(qiáng)度越高、風(fēng)蝕時(shí)間越久的地區(qū)，土壤因細(xì)顆粒物質(zhì)被吹蝕而逐漸粗化，土壤體積分形維數(shù)也就越小[25]。3種藥用植物生長(zhǎng)土壤中，牛心樸子分形維數(shù)最?。?.40），說(shuō)明牛心樸子樣地風(fēng)蝕強(qiáng)烈，牛心樸子對(duì)于降低地表風(fēng)速、保存地表細(xì)小黏粒的作用不大。因土壤顆粒較粗，土壤質(zhì)地不均勻，所以難以形成良好的土壤結(jié)構(gòu)。3種藥用植物土壤粒徑分布曲線呈雙，香青蘭生長(zhǎng)土壤峰值明顯低于苦豆子、牛心樸子，說(shuō)明香青蘭生長(zhǎng)土壤顆粒粗細(xì)分配的對(duì)稱性較好。