石灰和磷肥对酸性土壤中野生油茶幼苗生长及土壤酶活性的影响

贺根和 王小东 刘强

摘要：以酸性红壤为基质，研究酸性土壤中石灰和磷肥的施用对野生油茶（Camellia oleifera Abel.）幼苗生长及根际与非根际土壤酶活性的影响。结果表明，石灰和磷肥的施用能在不同程度上缓解土壤高铝低磷对野生油茶幼苗生长的毒害作用；磷肥能降低根际与非根际土壤的脲酶活性，石灰能在一定程度上缓解这一作用；石灰和磷肥共同施用能提高土壤酸性磷酸酶活性。说明磷肥和石灰共同施用能改善土壤环境，减缓铝毒对植物生长的抑制作用。

关键词：油茶（Camellia oleifera Abel.）；酸性土壤；石灰；磷肥；高铝低磷

中图分类号：Q89 文献标识码：A 文章编号：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）

铝是地壳中含量最丰富的元素之一，同时又是一种缺乏生物功能的非必需化学元素。土壤中铝的化学形态决定了其在环境中的生物有效性和毒性[1]，对植物生长有着极为重要的影响。在微酸性和中性土壤中，铝主要以三价氧化态和稳定的矿物质形式存在，表现出极低的生物有效性，对植物的毒害较低。但随着土壤pH的降低，铝可逐渐解离，以离子态释放到土壤溶液中，成为有活性的单体形式，对土壤生物产生非常大的毒害作用。此外，当土壤pH低于6时，土壤中有效磷的含量随pH的下降而下降。高铝低磷胁迫已成为公认的制约酸性土壤中作物生产的主要因素[2]。

土壤酶是土壤生物活性的一个重要指标，它们参与土壤有机物质的分解转化，土壤酶活性的高低反映出土壤养分（尤其是氮、磷）转化的强弱。脲酶是土壤氮循环的重要组成成分，它能促进尿素的水解，形成NH4+，从而有利于植物的吸收。磷酸酶促进有机磷向无机磷转化，形成有利于植物吸收的无机磷。植物与土壤环境相互适应，土壤脲酶、磷酸酶活性与土壤肥力之间存在着密切的关系[3]。近年来，关于低磷状况下酸性磷酸酶（APA）活性变化的研究报道很多，如低磷胁迫能诱导根系分泌酸性磷酸酶（分泌型APA）到生长介质中，其活性的增强有利于促进土壤环境中难溶态有机磷的矿化分解，以提高磷的生物有效性[4，5]。然而，在磷铝耦合胁迫下相关的报道还较少。

油茶（Camellia oleifera Abel.）又名茶子树、油茶树，是中国特有的木本油料树种[6]，在南方酸性红壤中分布广泛。野生油茶的营养生长期较长（一般为3～5年），而且种子的平均产量低。为了提高油茶的产量，传统上人们常用石灰和磷肥对土壤进行改良[7]。石灰能够提高土壤pH，从而减轻铝的毒害作用，同时还能促进一些植物对磷的吸收；磷肥能直接促进植物生长并能缓解铝诱导的植物生长限制[8]。然而，这些过程的实现离不开植物生长的土壤环境，尤其是根际土壤环境。前期的研究大多关注高铝或低磷胁迫对植物生长的影响，而关于高铝低磷耦合胁迫对植物生长影响的报道较少。本试验以红壤为基质，研究石灰和磷肥的施用对野生油茶幼苗生长及土壤酶活性的影响，研究结果有助于了解石灰和磷肥施用后对土壤环境的影响，为酸性红壤中油茶的育种栽培提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

植物材料：油茶种子，于2008年10月采自江西省永丰县（26°33′N，114°07′E）。种子采回实验室后，埋于沙（保持湿度约为5%）中过冬。3个月后，将种子置于含沙（保持湿度约为25%）的塑料托盘中萌发6周后，将生长一致的幼苗转移至含有已处理红壤的植物培养装置中（图1），装置中纤维素滤膜孔径为30 μm。

供试土壤：取自井冈山大学生物园2～20 cm土层的红壤土，其基本理化性质为pH 4.79，有机质含量49.1 g/kg，全氮含量240 mg/kg，碱解氮含量25 mg/kg，全磷含量6.4 mg/kg，速效磷含量7.6 mg/kg，速效钾含量75 mg/kg，阳离子交换量2.30 cmol/kg，交换性铝含量0.345 cmol/kg。将土壤自然风干后过2 mm筛备用。

1.2 试验设计

土壤样品用石灰和磷肥处理后分为4组，分别为本土（CK，即未处理土壤，有铝毒，记为T1）、本土+石灰（无铝毒，记为T2）、本土+磷肥（有铝毒，记为T3）、本土+磷肥+石灰（无铝毒，记为T4）。施磷处理每千克干土施磷（P2O5）100 mg，施石灰处理每千克干土施石灰0.8 g（调节土壤pH 6.0，使铝失去活性）。同时，每千克干土施入氮（N）300 mg、钾（K2O）200 mg、镁（MgO）40 mg。肥料分别以尿素（含N 46%）、氯化钾（含K2O 60%）和MgSO4·7H2O形式加入。将全部的氮、磷、钾、镁肥、石灰与土壤混匀后装入图1装置中。装盆后以液体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。将上述生长一致的油茶幼苗转移至含有已处理红壤的装置中培养。每个处理3次重复。45 d后，取幼苗的地上部分和地下部分，分别测其干重；收集根际与非根际土壤（离根1 mm以内的土壤定为根际土），4 ℃下保存备用。

1.3 各指标测定方法

1.3.1 植株生物量的测定 植株生物量分为地上部和地下部干重，以10株植株的干重（单位为g）表示，每个处理重复10 次。

1.3.2 脲酶的测定 采用苯酸钠比色法。称取5 g风干土，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柠檬酸钠缓冲液，摇匀后放置37 ℃培养箱中恒温培养24 h，取出后过滤，吸取3 mL滤液，注入50 mL容量瓶中，去离子水稀释至20 mL，依次加入4 mL苯酚钠和3 mL次氯酸钠，边加边摇匀，20 min后显色定容，在1 h内使用紫外分光光度计测定溶液在578 nm下的吸光度，记录测得数据，换算出脲酶活性。

1.3.3 酸性磷酸酶的测定 采用对硝基酚比色法。称取5 g风干土，置于50 mL三角瓶中，依次加入0.2 mL甲苯、6 mL MUB缓冲液和1mL对硝基苯磷酸溶液，振荡几秒后密封，恒温箱37 ℃培养1 h后加入1 mL 0.5 mol/L氯化钙和4 mL 0.5 mol/L氢氧化钠，振荡几秒后取200 μL滤液，稀释至50 mL，利用紫外分光光度计测定溶液在420 nm下的吸光度，换算出各处理土壤中酸性磷酸酶活性。

1.4 数据分析

采用SPSS 17.0软件分析。

2 结果与分析

2.1 石灰和磷肥的施用对野生油茶幼苗生长的影响

从图2可以看出，无论在低磷或高磷条件下，铝毒土壤（T1和T3）中油茶幼苗地上部分和地下部分的生物量均低于无铝毒土壤（T2和T4）。与对照T1生物量相比，单独石灰处理（T2）的植株地上部分和地下部分分别增加了19.0%和22.0%；单独磷肥处理（T3）的植株地上部分和地下部分分别增加了11.0%和6.9%；石灰和磷肥共同处理（T4）的植株生物量增加更为明显，地上部分和地下部分分别增加了50.3%和40.7%。可见，石灰和磷肥单独施用均能促进油茶幼苗生长，石灰和磷肥共同施用对促进油茶幼苗生长的作用更为明显。因此可知，石灰和磷肥的施用能在不同程度上缓解土壤高铝低磷对油茶幼苗生长的毒害作用。

2.2 石灰和磷肥的施用对野生油茶幼苗根际与非根际土壤脲酶的影响

从图3可以看出，油茶根际土壤的脲酶活性大于油茶非根际土壤的脲酶活性。在油茶根际土壤中，与对照T1相比，单独石灰处理的土壤脲酶活性增大了7.3%；单独磷肥处理的土壤脲酶活性降低了6.8%；石灰和磷肥共同处理的土壤脲酶活性比单独磷肥处理增大了9.1%。在油茶非根际土壤中，单独石灰处理的土壤脲酶活性增大了7.0%，单独磷肥处理的土壤脲酶活性降低了13.3%；石灰和磷肥共同处理的土壤脲酶活性比单独磷肥处理增大了4.7%。由此可知，铝毒能降低土壤脲酶的活性，无论在油茶根际或非根际土壤，石灰均能提高土壤脲酶的活性，在根际土壤中表现的更为明显，而磷肥却降低了土壤脲酶的活性，但这种降低作用在一定程度上能被石灰缓解，这种变化同样表现在非根际土壤中，只是各处理组的变化值均低于根际土壤。

2.3 石灰和磷肥的施用对野生油茶幼苗根际与非根际土壤酸性磷酸酶活性的影响

从图4可以看出，油茶根际土壤的酸性磷酸酶活性大于油茶非根际土壤的酸性磷酸酶活性。在油茶根际土壤中，与对照T1相比，单独石灰处理的土壤酸性磷酸酶活性增大了20.4%，单独磷肥处理的土壤酸性磷酸酶活性降低了17.4%；石灰和磷肥共同处理的土壤酸性磷酸酶活性比单独磷肥处理增大了41.3%。在油茶非根际土壤中，与对照T1相比，单独石灰处理的土壤酸性磷酸酶活性增大了8.9%，单独磷肥处理的土壤酸性磷酸酶活性降低了19.2%；石灰和磷肥共同处理的土壤酸性磷酸酶活性比单独磷肥处理增大了33.3%。可见，无论在油茶根际或非根际土壤，铝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，在根际土壤中表现的更为明显；磷肥也降低了土壤酸性磷酸酶的活性，但这种降低作用在一定程度上也能被石灰缓解。

3 讨论

土壤铝毒和低磷影响植物的生长。石灰和磷肥常被用于土壤的改良[9，10]。通过施用石灰将土壤pH调节为5.5～6.5，使土壤中的铝由交换态向非交换态转化，可溶性铝以氢氧化铝的形式沉淀，从而消除铝毒的危害。本研究结果发现，施用石灰和磷肥能提高野生油茶幼苗的生物量，两者共同施用时，这种促进作用更明显。

土壤脲酶是土壤氮循环的重要组成成分，脲酶能促进土壤中有机化合物尿素分子酰胺碳氮键的水解生成氨，从而有利于植物的吸收，是植物氮素营养来源之一[11]。磷酸酶能促进各种有机磷化合物的分解，为植物生长提供有效磷素，它们是评价土壤肥力状况的2个重要水解酶[11，12]。本试验研究表明，石灰加入土壤后，根际土壤脲酶和酸性磷酸酶活性均受到明显的刺激作用，同时，石灰还能缓解磷肥的加入对脲酶和酸性磷酸酶活性的抑制作用，从而保证脲酶和酸性磷酸酶在植物根际的活性，促进土壤氮磷养分的有效转化，这种互补作用可能是石灰和磷肥常用于红壤改良以促进作物增产的原因之一。在非根际土壤中，石灰和磷肥的施用对脲酶和酸性磷酸酶活性的影响与根际土壤相似，只是相应酶的活性要比根际土壤低，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进根系分泌物的释放，或者刺激了根际微生物的活动，从而导致土壤酶活性的升高。土壤酶参与土壤有机物质的分解转化，其活性的高低可以反映土壤养分（尤其是氮、磷）转化的强弱，表现为土壤肥力，从而影响植物生长[11]。此次试验结果为综合评价石灰和磷肥施用对土壤的肥力效应和环境效应提供了研究方向。此外，研究还发现单独磷肥加入土壤后，能降低根际土壤和非根际土壤脲酶、酸性磷酸酶活性，且根际土壤脲酶、酸性磷酸酶活性变化更大。究其原因可能是石灰和磷肥影响了土壤中微生物的活动，但需要进一步更深入的研究。

参考文献：

[1] 陈荣府，杨小弟，沈仁芳.桑色素络合测定酸性土壤溶液中无机单核铝的方法比较[J].土壤学报，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] 中国农业年鉴编辑委员会.中国农业年鉴（2004）[M].北京：中国农业出版社，2004.

[7] 胡冬南，胡玉玲，牛德奎，等.施肥配比与芸苔素内酯对油茶生长的影响研究[J].林业科学研究，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