林智熠，楊佳玉，徐晨浩，閆小莉

(福建農(nóng)林大學林學院，福建 福州 350002)

林木生長所需的絕大部分養(yǎng)分都是由土壤直接供給，包括水分、礦物質(zhì)、有機質(zhì)等，因此，土壤的理化性質(zhì)極大程度上影響了林木的生長發(fā)育及其對養(yǎng)分吸收的機制。植物生長的土壤酸堿環(huán)境對其生長發(fā)育過程有著很大的影響，包括通過影響土壤中各種營養(yǎng)元素的存在形態(tài)等影響植物吸收、轉(zhuǎn)運和利用營養(yǎng)元素，因此，土壤pH值是影響土壤肥力與植物生長的主要因素之一[1]。杉木(Cunninghamialanceolata)是我國重要的速生用材樹種，其人工林面積和蓄積量均居我國人工林首位[2]。杉木主要產(chǎn)地位于我國南方，該區(qū)域大部分土壤為偏酸性的紅壤和赤紅壤，土壤酸堿度是影響杉木生長發(fā)育的重要因子。酸雨進入土壤后改變了土壤的pH值、化學性質(zhì)等，導致土壤酸化，進而影響植物根系和土壤微生物的活動[3]。近年來，酸雨造成的酸沉降等因素造成土壤酸化現(xiàn)象日益嚴重，已顯著影響到了杉木人工林的養(yǎng)分循環(huán)，導致了杉木生長發(fā)育受阻、林地地力衰退等問題的產(chǎn)生。研究證明，土壤酸化是引起杉木人工林連栽生產(chǎn)力下降的主要可能原因之一[4]。孫啟武等[5]的研究證明，土壤pH值直接影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，土壤pH值的降低造成土壤酸化是引起林地土壤肥力下降的主要原因之一。不同的植物在各自的生長環(huán)境中進化出不同的酸堿度適應能力。侯培軍等[6]研究證明，藍杉幼樹耐酸脅迫的生理調(diào)節(jié)閾值可能在pH 6.0左右，它可以在輕度酸性條件下更好地生長。朱旭恒[7]研究證明，在高酸度脅迫下，杉木幼苗的SOD活性、POD活性、凈光合速率顯著下降，且在脅迫初期下降速度最快。另外，張健等[8]研究證明，杉木造林后土壤酸化明顯，且在不同立地條件、林分類型間具有差異性。同時，植物根系分泌物中含有H+和大量的低分子量有機酸，如乳酸、草酸、丙酮酸等，它們增加了土壤中H+的濃度，導致了根際土壤pH值的降低[9-10]。但是，杉木在不同程度的酸脅迫條件下的生長及生物量分配情況尚不明確，亟待深入研究。鑒于此，本研究以杉木為研究對象，基于土壤酸化現(xiàn)象背景構建不同的酸脅迫環(huán)境及其對照組，利用砂培盆栽實驗測定杉木的生長和生物量分配等指標，分析和研究了酸脅迫環(huán)境對杉木幼苗生長量和生物量分配比例的影響，為指導杉木人工林在酸性土壤環(huán)境下的培育工作和養(yǎng)分管理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以亞熱帶地區(qū)主要造林樹種杉木為研究對象，選擇長勢均一、根系完整、無病害的6月齡實生苗木進行試驗處理。

1.2 試驗設計

設置3個不同土壤pH值，分別為pH1=4.5、pH2=5.5、pH3=7.0。每種處理重復6次。共18個處理。各處理營養(yǎng)液中大量元素(Hoagland配方)和微量元素(Amon配方)濃度保持一致，調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH值為6.3。

試驗期內(nèi)各處理每隔3 d澆灌一次營養(yǎng)液，每次澆灌50 mL。每次澆灌營養(yǎng)液時對應各處理的試驗設計進行pH值的調(diào)節(jié)。另外，試驗期內(nèi)各處理含水量維持在其田間持水量的65±2%，以保證水分需求。

1.3 測定指標與方法

于試驗開始前和試驗結束時將所有處理每株苗木進行編號，并對應編號進行苗高、地徑和總生物量等生長指標的測定。杉木幼苗在不同土壤pH 處理45 d之后，將各處理植株干、葉、根分3部分取樣，用烘干稱重法測定生物量。

采用Excel 2010和SPSS 20.0軟件整理和計算所得試驗數(shù)據(jù)，并進行圖表繪制，對杉木幼苗在不同土壤pH條件下的生長差異進行方差分析與多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 不同酸堿度對杉木苗木苗高生長的影響

在4.5、5.5、7.0等三種不同的土壤pH條件下，各處理杉木幼苗的苗高生長量均值分別為2.06 cm、2.3 cm、2.43 cm，表現(xiàn)為pH3>pH2>pH1。方差分析可得，P=0.647>0.05，即不同處理組間杉木幼苗株高生長沒有顯著差異(表1)。

表1 杉木幼苗生長方差分析

2.2 不同酸堿度對杉木苗木地徑生長的影響

在4.5、5.5、7.0等三種不同的土壤pH條件下，各處理的杉木幼苗地徑生長量均值分別為0.11 cm、0.35 cm、0.39 cm，表現(xiàn)為：pH3>pH2>pH1。方差分析可得，P=0.142>0.05，即不同處理組間地徑生長沒有顯著差異(表1)。

2.3 不同酸堿度對杉木苗木生物量的影響

在4.5、5.5、7.0等三種不同的土壤pH條件下，各處理杉木幼苗總生物量平均值分別為0.94 g/株、1.15 g/株、1.23 g/株，表現(xiàn)為：pH3>pH2>pH1。方差分析可得，P=0.416>0.05，即不同處理組間杉木苗木總生物量沒有顯著差異(表1)。

對幼苗各器官的生物量分配比例及根冠比作進一步分析(表2)?？梢?，杉木在4.5、5.5、7.0等三種不同的土壤pH條件下，各器官的生物量分配比例表現(xiàn)為葉>干>根。葉部分生物量占總生物量的44.57%～49.05%。杉木幼苗在pH1=4.5處理下的根冠比最大，而在pH2=5.5處理下的根冠比最小，前者較后者提高9.67%。

表2 三種土壤pH處理下杉木幼苗的生物量分配比例及根冠比

3 討論

3.1 杉木幼苗生長對酸脅迫的響應

有研究表明，土壤pH值是影響林木生長的主要因子。本研究發(fā)現(xiàn)，杉木幼苗的苗高生長、地徑生長、總生物量生長均表現(xiàn)為土壤pH=7.0的最好，pH=4.5的最差，說明土壤酸性過大不利于杉木幼苗的生長。一定程度上，在土壤酸脅迫的條件下，杉木幼苗的地徑、株高、總生物量的積累量均隨著土壤環(huán)境的pH值的減小而減小。

3.2 杉木幼苗生物量分配對酸脅迫的響應

本研究同時發(fā)現(xiàn)，杉木幼苗在4.5、5.5、7.0等三種不同土壤酸堿度情況下，生物量分配比例均表現(xiàn)為葉>干>根，且葉生物量的相對大小為pH=5.5最高，pH=4.5最低，干與根的生物量相對大小則為pH=7.0的最好，pH=4.5的最差，pH=5.5的居中。特別地，pH=4.5的杉木幼苗根冠比最大，且根生物量所占比例最大，這說明杉木幼苗在受到酸脅迫較為嚴重時，可通過調(diào)整其根冠比與提高根系生長速率來促進養(yǎng)分吸收與利用，作為杉木適應酸脅迫的生長策略之一。