周 穎，李朝楨，鄭 聽，王 永，熊鵬飛，李 婧，張家春

(貴州省植物園，貴陽(yáng) 550004)

【研究意義】白及是多年生蘭科草本植物[Bletillastriata(Thunb) Rchb. f.]，生于山坡草叢、森林及山谷陰濕處。具有止血、消腫、生肌、斂瘡等功效[1]。我國(guó)白及自然資源主要分布在貴州、廣西等地區(qū)[2]。隨著關(guān)于白及現(xiàn)代化科學(xué)研究的不斷深入，白及的功能特效愈發(fā)地被發(fā)掘出來，導(dǎo)致市場(chǎng)上白及的需求量逐漸增大，野生白及被無限制采挖，以至于白及野生資源量急劇下降[3]。為保護(hù)野生白及資源以及滿足市場(chǎng)需求，人工栽培白及的重要性日益凸顯，但目前人工栽培白及存在諸多問題，這些問題甚至影響了中藥材的質(zhì)量、安全與聲譽(yù)[4]。因此有必要對(duì)野生白及的生存環(huán)境進(jìn)行相關(guān)研究。【前人研究進(jìn)展】土壤是中藥材賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤物理性質(zhì)和土壤酶是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和土壤肥力的重要指標(biāo)[5]。土壤物理性質(zhì)和土壤酶活性的研究，不僅有助于了解土壤的結(jié)構(gòu)和功能，還有助于分析研究土壤—植物生態(tài)系統(tǒng)以及土壤侵蝕等生態(tài)過程[6]。類似于白及這樣的地下塊根和鱗莖的中藥材，其生長(zhǎng)以土壤物理性質(zhì)為主導(dǎo)因子的較多[7]。而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[8-9]，同時(shí)因土壤酶對(duì)環(huán)境的改變十分敏感，且方便測(cè)定，被視為理想的土壤質(zhì)量的度量指標(biāo)[10]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，關(guān)于白及的研究主要集中于生物學(xué)特性、化學(xué)成分和藥理，關(guān)于野生白及生長(zhǎng)的土壤特征研究較少[11]。因此，研究在大量的野外調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，選取8個(gè)具有代表性的野生白及土壤樣地，分析研究了8個(gè)取樣地的土壤物理性質(zhì)(比重、機(jī)械組成，水穩(wěn)性團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體)和土壤酶(脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶)活性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探討土壤物理性質(zhì)和土壤酶活性的相關(guān)性及土壤酶活性間的相關(guān)性，為科學(xué)利用貴州喀斯特地區(qū)野生白及的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)白及人工栽培高產(chǎn)高質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和處理

野生白及土壤采于貴州省8個(gè)主產(chǎn)區(qū)，采樣地概況具體地理?xiàng)l件如表1所示。土壤采集時(shí)GPS定位，每個(gè)樣地采取5點(diǎn)取樣，去除土壤中雜物，充分混合后經(jīng)“四分法”去除多余樣品，最后分為兩部分，每部分約1 kg，裝入干凈布袋后帶回實(shí)驗(yàn)室。將土壤樣品在塑料膜上均勻鋪開，一部分土壤樣品自然風(fēng)干后過2 mm尼龍篩備用，用于測(cè)定土壤比重、機(jī)械組成、微團(tuán)聚體和酶活性，另一部分在稍陰干時(shí)將土壤沿自然結(jié)構(gòu)面掰開成直徑約為1 cm的小土塊，風(fēng)干后用于測(cè)定土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體。

表1 貴州野生白及樣地的地理概況

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤比重采用比重瓶法測(cè)定，土壤機(jī)械組成采用比重計(jì)法測(cè)定，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用濕篩法測(cè)定，土壤微團(tuán)聚體采用比重計(jì)法測(cè)定；土壤脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性分別采用靛藍(lán)比色法、高錳酸鉀容量法、磷酸苯二鈉比色法和3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定。土壤酶活性變異強(qiáng)度評(píng)價(jià)參照薛正平等[12]的三級(jí)評(píng)價(jià)法進(jìn)行分析，即變異系數(shù)(Cv)<0.1為弱變異，0.1≤Cv≤0.3為中等變異，Cv>0.3為強(qiáng)變異。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel 2016用于整理數(shù)據(jù)，SPSS 23.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，Origin 9.1軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤比重特征

貴州不同地區(qū)野生白及生長(zhǎng)土壤的比重在2.06～2.55 g/cm3，平均為2.39 g/cm3，極差0.49 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)差(SD)0.17 g/cm3，土壤比重屬于弱變異程度(CV=0.07<0.1)。表明，貴州野生白及生長(zhǎng)所在環(huán)境的土壤密度較為恒定，差異較小，白及如果進(jìn)行人工種植，土壤比重在2.06～2.55 g/cm3較好。

2.2 土壤機(jī)械組成特征

從表2看出，貴州野生環(huán)境白及生長(zhǎng)土壤機(jī)械組成以砂粒為主，表現(xiàn)為砂粒>粉粒>粘粒，參照土壤質(zhì)地國(guó)際制標(biāo)準(zhǔn)，土壤質(zhì)地為砂質(zhì)粘壤土。不同地區(qū)野生白及生長(zhǎng)土壤機(jī)械組成存在一定的差異，樣地BJ02的土壤機(jī)械組成表現(xiàn)為粉粒>粘粒>砂粒，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)粘土；其余地區(qū)土壤機(jī)械組成均表現(xiàn)為砂粒>粉粒>粘粒，BJ01、BJ05、BJ06樣地的土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，BJ04、BJ07、BJ08樣地的土壤質(zhì)地為粘壤土，BJ03取樣地的土壤質(zhì)地為砂質(zhì)粘壤土?？芍?，貴州野生白及主要生長(zhǎng)在土壤粘粒含量小于25%的砂土或粘土中，部分野生白及也可生長(zhǎng)于土壤粘粒含量大于30%的粘土中，說明野生白及對(duì)不利環(huán)境有一定的適應(yīng)性。

表2 貴州野生白及不同取樣點(diǎn)的土壤顆粒組成及質(zhì)地

2.3 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級(jí)分布特征

由表3可知，8個(gè)取樣地土壤的各粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例差異較大。其中，土壤粒級(jí)在0.5～0.25 mm的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量較低，在0.68%～12.61%，平均為5.19%，除BJ01和BJ07外，其余取樣地此粒級(jí)含量均低于其他粒級(jí)含量。樣地BJ01、BJ05、BJ08的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體以<0.25 mm粒徑為優(yōu)勢(shì)粒級(jí)，含量在29.21%～60.63%；樣地BJ03、BJ04、BJ06、BJ07的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體以5～2 mm粒徑為優(yōu)勢(shì)粒級(jí)，含量在23.18%～47.84%；樣地BJ02的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體以1～0.5 mm粒徑為優(yōu)勢(shì)粒徑，含量為29.25%。可知，貴州省野生白及生長(zhǎng)所在8個(gè)地點(diǎn)的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級(jí)分布并無統(tǒng)一性分布規(guī)律，且各粒級(jí)含量差異性較大。

表3 貴州野生白及不同取樣點(diǎn)土壤水穩(wěn)定性各級(jí)土壤團(tuán)聚體粒徑占比

此外，除取樣地BJ01和BJ05土壤中>0.25 mm粒徑的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體所占比例分別為39.27%和48.81%外，其余6個(gè)樣地土壤中>0.25 mm粒徑的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體所占比例在70.80%～94.89%?？芍F州野生白及生長(zhǎng)土壤中水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體含量多，表明貴州野生白及較多生長(zhǎng)在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，抗蝕性能強(qiáng)的土壤中。

2.4 土壤微團(tuán)聚體組成特征

由表4可知，粒徑>0.05、0.05～0.02、0.02～0.01、0.01～0.005、0.005～0.002、0.002～0.001和<0.001 mm土壤微團(tuán)聚體的含量分別為65.38%～86.86%、3.70%～19.57%、2.13%～9.70%、1.09%～6.64%、1.03%～4.30%、0.00%～4.30%和0.43%～2.96%，以粒徑>0.05 mm土壤微團(tuán)聚體含量最高，平均值為76.27%，<0.001 mm的土壤微團(tuán)聚體含量最低，平均含量為1.59%。說明，貴州野生白及土壤微團(tuán)聚體以0.25～0.05 mm粒級(jí)為主，且其含量遠(yuǎn)高于其他較小粒級(jí)微團(tuán)聚體含量。

表4 貴州野生白及不同取樣點(diǎn)各級(jí)土壤微團(tuán)聚體粒徑占比

2.5 土壤酶活性特征

由圖1可知，土壤酶的活性因采樣地不同而各有差異。其中，BJ08的4種酶活性均最低，BJ04的脲酶和酸性磷酸酶活性最高，BJ06和BJ01分別以過氧化氫酶和蔗糖酶最高。不同樣地的脲酶活性在0.62～15.74 mg/g，均值為5.50 mg/g，變異系數(shù)為0.93，強(qiáng)變異，最高為最低的25.55倍。過氧化氫酶活性在8.90～10.10 mL/g，均值為9.46 mL/g，變異系數(shù)為0.05，弱變異。酸性磷酸酶活性在0.59～5.40 mg/g，均值為2.78 mg/g，變異系數(shù)為0.56，強(qiáng)變異，最高為最低的9.15倍。蔗糖酶活性在18.36～139.90 mg/g，均值為73.75 mg/g，變異系數(shù)為0.60，強(qiáng)變異，最高為最低的7.62倍。

圖1 貴州野生白及不同取樣點(diǎn)土壤的酶活性Fig.1 Enzyme activities of soils from different sampling sites of wild Bletilla striata in Guizhou

2.6 土壤酶活性與土壤物理性質(zhì)的相關(guān)性

從表5看出，土壤中脲酶和酸性磷酸酶活性與土壤比重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤團(tuán)聚體呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤微團(tuán)聚體呈顯著正相關(guān)，說明土壤比重低可極顯著提高貴州野生白及生長(zhǎng)土壤中的脲酶和酸性磷酸酶活性；降低土壤團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量和增加土壤微團(tuán)聚體(<0.25 mm)含量，可顯著提高貴州野生白及生長(zhǎng)土壤中的脲酶和酸性磷酸酶活性。土壤中砂粒、粉粒和粘粒含量與土壤脲酶和酸性磷酸酶的相關(guān)性不顯著，即土壤機(jī)械組成不會(huì)影響貴州野生白及土壤中脲酶與酸性磷酸酶的活性。土壤中過氧化氫酶與蔗糖酶活性與土壤中物理性質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性不顯著，即土壤物理性質(zhì)不會(huì)影響貴州野生白及土壤中過氧化氫酶與蔗糖酶活性。

表5 貴州野生白及土壤酶活性與土壤物理性質(zhì)的Pearson相關(guān)系數(shù)

2.7 土壤酶活性間的相關(guān)性

從表6看出，除脲酶與酸性磷酸酶之間呈極顯著正相關(guān)外，其余土壤酶活性之間的相關(guān)性不顯著，即脲酶活性與過氧化氫酶和蔗糖酶活性之間、過氧化氫酶活性與酸性磷酸酶和蔗糖酶活性之間、酸性磷酸酶活性與蔗糖酶活性間均不互相影響。

表6 貴州野生白及土壤酶活性間的Pearson相關(guān)系數(shù)

3 討 論

我國(guó)是白及的原產(chǎn)國(guó)，野生資源豐富，主要分布于我國(guó)長(zhǎng)江流域以南的地區(qū)，如江蘇、安徽、貴州、云南等。白及喜生長(zhǎng)于海拔230～2850 m濕潤(rùn)的山谷環(huán)境，其適應(yīng)能力強(qiáng)，分布地帶廣，具有廣泛的生態(tài)適應(yīng)能力[3]。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時(shí)，變異程度弱，較為恒定。土壤比重受成土母質(zhì)影響的同時(shí)，也受土壤中根系狀況等因素的影響，土壤比重越小則土壤的通氣性能和持水能力越好[13-14]，本研究表明，貴州野生白及適宜生長(zhǎng)在通氣性能和持水能力較好的土壤中。中藥材因生理需求有差異，最適宜生長(zhǎng)的土壤質(zhì)地也不盡相同。如金銀花適合在砂質(zhì)土壤中生長(zhǎng)，青蒿栽培于粉砂質(zhì)壤土和粘壤土中最佳，玄參則適宜生長(zhǎng)在石灰?guī)r類重壤[7,15-16]。不同直徑土壤顆粒組成直接影響土壤水、肥、氣、熱，土壤機(jī)械組成決定著土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)特性，直接影響植物的生長(zhǎng)。本研究中，貴州野生白及主要生長(zhǎng)在土壤粘粒含量小于25%的砂土或壤土中，為砂質(zhì)壤土和粘壤土，個(gè)別野生白及也能生長(zhǎng)在土壤粘粒含量大于30%的壤質(zhì)粘土中。有研究指出，土壤中粘粒減少，粗大顆粒相對(duì)增多，土壤孔隙和滲透性能會(huì)逐漸改善。增加土壤的砂粘比能增加山銀花產(chǎn)量、提升品質(zhì)[17]。由此可知，雖然貴州野生白及具有極強(qiáng)的適應(yīng)性，能在粘土中生長(zhǎng)，但更適合在粘土含量較低的砂土或壤土中生長(zhǎng)，可以增加產(chǎn)量和提高品質(zhì)。

土壤抵抗外力能力的大小可以按照水學(xué)、力學(xué)、酸堿度等層面劃分，因水的作用力較大，所以土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體一般為主要研究對(duì)象。水穩(wěn)定性團(tuán)聚體根據(jù)粒級(jí)可分為>0.25 mm粒徑的水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體和<0.25 mm粒徑的水穩(wěn)性微團(tuán)聚體。水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量可以反映土壤質(zhì)量的優(yōu)劣程度，水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體含量越大，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，抗侵蝕能力越好[18-21]。本研究中，貴州野生白及所生長(zhǎng)的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體有6個(gè)取樣點(diǎn)的含量高于70%；說明貴州野生白及生長(zhǎng)的土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗侵蝕性強(qiáng)，部分白及能生長(zhǎng)在土壤結(jié)構(gòu)和抗侵蝕性較差的土壤中，說明貴州野生白及且具有極強(qiáng)的適應(yīng)性；微團(tuán)聚體作為土壤大團(tuán)聚體形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，反應(yīng)土壤的質(zhì)量特征，用于預(yù)測(cè)土壤侵蝕和地表徑流[22-23]。陳恩鳳等[24]以0.01 mm為界，將土壤微團(tuán)聚體分為小粒級(jí)微團(tuán)聚和大粒級(jí)微團(tuán)聚，分析發(fā)現(xiàn)小粒級(jí)微團(tuán)聚體持水性能和養(yǎng)分儲(chǔ)備能力均較強(qiáng)；大粒級(jí)微團(tuán)聚體則釋水能力較強(qiáng)，有較強(qiáng)的養(yǎng)分供應(yīng)能力。王晟強(qiáng)等[25-26]研究發(fā)現(xiàn)，茶園中土壤微團(tuán)聚體以0.25～0.05 mm粒級(jí)為主，此粒級(jí)是微團(tuán)聚體中主要的有機(jī)碳庫(kù)及養(yǎng)分庫(kù)，其穩(wěn)定性和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也用于定量表征土壤侵蝕程度。本研究中土壤微團(tuán)聚體以0.25～0.05 mm粒級(jí)為主，說明貴州野生白及生長(zhǎng)所在的土壤具有養(yǎng)分供應(yīng)能力強(qiáng)、釋放能力好、抗侵蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

土壤酶作為土壤一切生物化學(xué)過程的積極參與者，是物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)等生態(tài)系統(tǒng)過程中最為活躍的生物活性物質(zhì)，土壤酶的活性大致反映了土壤生物化學(xué)過程的相對(duì)強(qiáng)度，也是判別土壤肥力與土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，土壤理化性質(zhì)的變化則會(huì)影響土壤酶活性[27-29]。本研究中貴州野生白及不同樣地之間土壤中脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性差異顯著，過氧化氫酶差異不顯著，說明不同的生態(tài)地理環(huán)境和不同的土壤條件，土壤中脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性也會(huì)產(chǎn)生差異，而土壤中過氧化氫酶活性則較為穩(wěn)定。從總體看，貴州野生白及土壤中脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性與土壤物理性質(zhì)之間的相關(guān)不顯著，與馬劍等[30-31]的相關(guān)研究較為一致；而盧瑛等[32]的研究表明，土壤中粘粒含量與土壤酶活性之間相關(guān)性均達(dá)到顯著水平以上；王銳等[33]研究發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性與土壤各物理因素之間相關(guān)性達(dá)到極顯著。土壤是多酶體系，各個(gè)酶在同一土壤中酶促反應(yīng)相互影響且具有專一性。本研究中，除脲酶與酸性磷酸酶之間相關(guān)性呈極顯著外，其他酶活性之間無顯著關(guān)系，這與馬劍等[30,34]的研究結(jié)果一致，但與張鵬鵬等[35-36]的研究并不一致，土壤酶是一個(gè)復(fù)合體，上述兩個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生可能與各個(gè)采樣地的地理?xiàng)l件、動(dòng)植物、微生物、氣候以及土壤成土母質(zhì)的綜合作用相關(guān)，特別是土壤中的生物因素是土壤酶的重要來源，如土壤中所生長(zhǎng)的植物不同，根系分泌物的種類和數(shù)量也不同。此外，土壤脲酶與過氧化氫酶活性對(duì)溫度十分敏感，這些都會(huì)影響土壤酶活性以及酶活性之間的相關(guān)性[37]。

4 結(jié) 論

貴州野生白及具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，適宜生長(zhǎng)在土壤比重為2.06～2.55 g/cm3的土壤中，不宜過高或過低。土壤質(zhì)地以壤土為最佳，選擇>0.25 mm粒級(jí)的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體超過70%、且優(yōu)勢(shì)粒徑為2～5 mm或<0.25 mm粒徑，土壤微團(tuán)聚體中0.25～0.05 mm粒級(jí)為優(yōu)勢(shì)粒級(jí)的土壤，這樣則更有利于白及生長(zhǎng)以及品質(zhì)的提高。

各個(gè)取樣地土壤中的脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性變化差異較大，強(qiáng)變異，過氧化氫酶則差異較小，屬于弱變異性。貴州野生白及土壤酶活性與土壤物理性質(zhì)存在一定的相關(guān)性，其中土壤比重與脲酶和酸性磷酸酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體呈顯著負(fù)相關(guān)和顯著正相關(guān)，其余則均不顯著(P>0.05)，說明土壤比重、土壤團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體是影響土壤酶活性的重要因素。貴州野生白及不同土壤酶活性之間的相關(guān)性不一，除脲酶和酸性磷酸酶間存在極顯著正相關(guān)，能夠相互促進(jìn)，其余土壤酶之間均無顯著關(guān)系，相互之間不影響。