有机酸盐对土壤铝活性和杉木苗生长及矿质元素吸收的影响

杨慧琴　张金彪

摘要：为研究有机酸盐对土壤铝活性和杉木苗生长及矿质元素吸收的影响，采用一年生杉木苗为材料进行土壤盆栽试验，测定添加铝和4种有机酸盐后土壤酸度、土壤交换态铝含量、杉木苗生长指标、铝和矿质元素含量的变化。结果表明：加入有机酸盐土壤pH值升高，土壤交换态铝含量明显降低;有机酸盐对杉木苗高和地径生长均有抑制作用，铝在杉木苗的积累和叶中的分配呈增加趋势;有机酸盐对杉木矿质元素的吸收均有不同程度的影响，杉木苗镁、钾、磷、铜、锌、锰等元素的含量降低，而柠檬酸钠、草酸钠和酒石酸钠处理的杉木根和叶中钙和铁的含量增加。

关键词：有机酸钠;杉木苗;矿质元素;土壤交换态铝

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.06.007

Abstract： In order to study the effect of organic acid salts on soil aluminum activity and the growth and mineral element absorption of Chinese fir seedlings， the annual Chinese fir seedlings were used as the materials of soil pot experiment to determine the changes of soil acidity， soil exchangeable aluminum content， the growth index and the contents of aluminum and mineral element of Chinese fir seedlings. The results showed that： When the organic acid salts were added， the pH value of soil increased and the content of soil exchangeable aluminum decreased significantly. The organic acid salts inhibited the height and basal diameter growth of Chinese fir seedlings， and the accumulation of aluminum in Chinese fir seedlings and the distribution of aluminum in the leaves showed an increasing trend. The organic acid salts had different effects on the absorption of mineral elements in Chinese fir. The content of magnesium， potassium， phosphorus， copper， zinc and manganese in Chinese fir seedlings decreased， while the content of calcium and iron in the roots and leaves of Chinese fir treated with sodium citrate， sodium oxalate and sodium tartrate increased.

Key words： Organic acid salt; Chinese fir seedling; Mineral elements; Soil exchangeable aluminum

杉木是我國南方主要的速生木材树种， 因其材质优良、速生丰产等特点被广泛栽培，具有重要的经济价值。杉木人工林衰退与铝毒问题也引起广大研究者的关注，已有研究表明，有机酸在植物抗逆和减缓铝植物毒性方面具有重要作用，铝胁迫下植物分泌的有机酸被认为是植物抗铝毒害的重要机制之一[1]。外源有机酸对植物铝毒害的影响有诸多报道，研究表明，外源有机酸对铝胁迫下植物的生长[2-3]、生理生化指标等均有改善作用[4-5]，还能够增加根系有机酸的分泌，从而抑制铝进入根细胞， 使得植物铝毒得到缓解[6]。但另一方面，外源有机酸的酸性引起土壤pH值降低，导致铝的活性反而增加，会造成营养成分的流失[7]。添加有机酸盐可避免这个问题，还能降低土壤酸度，但这方面的研究尚少[8]。我国南方土壤类型主要为富铁铝的酸性土壤， 土壤中的铝易于溶出而使活性铝含量增加[9-11]。本研究考察有机酸盐对杉木苗铝毒及相关营养成分的影响，明确几种有机酸盐对土壤铝活性和杉木苗生长及元素吸收的影响。

1材料与方法

1.1供试土壤

供试土壤取自福建农林大学林木试验基地的黄心土，其理化性质：pH 值3.92，碱解氮49.6 mg·kg-1、速效磷1.32 mg·kg-1、 速效钾38.4 mg·kg-1、交换态铝 269.3 mg·kg-1、有机质6.6  g·kg-1。所取土壤风干过筛后用于盆栽试验。

1.2试验设计

采用一年生杉木苗进行土壤盆栽试验，盆栽盆的规格为35 cm×25 cm×30 cm （上圆直径×下圆直径×高），每盆装土壤13.5 kg。试验设6个处理，分别是无铝（对照）、单铝、铝+柠檬酸钠、铝+草酸钠、铝+酒石酸钠和铝+苹果酸钠， 铝（以氯化铝的形式）的添加量为200 mg·kg-1，各有机酸盐的添加量均为20 mmol·kg-1。每处理3个重复，每重复3株。试验从2018年5月开始，培养周期6个月。试验结束后，测量各处理植株苗高和地径。取各处理的土壤晾干过2 mm 筛，用于土壤pH值和交换态铝含量的测定。取杉木根和叶，于105℃下杀青20 min后，转75℃烘干，磨细。制备好的样品用于测定铝和矿质元素含量。

杨慧琴等：有机酸盐对土壤铝活性和杉木苗生长及矿质元素吸收的影响2019年第6期2019年第6期杨慧琴等：有机酸盐对土壤铝活性和杉木苗生长及矿质元素吸收的影响1.3土壤交换态铝含量的测定

参照崔朋辉等[12]的方法进行土壤交换态铝的测定：称取风干且过2 mm筛的土壤1 g到100 mL离心管中，加土壤浸提剂（1 mol·L-1 KCl）50 mL，置康式振荡器上振荡30 min，静置5 min，以3000 r·min-1转速离心10 min，过滤至塑料瓶中即为待测液。采用铝试剂显色法对待测液中的铝含量进行测定。

1.4植株中铝和矿质元素含量测定

植株样品采用硝酸高氯酸混合酸进行消解处理。杉木根和叶中的铝含量采用铝试剂比色法进行测定，钾、钙、镁、铜、锌、锰、铁的含量采用原子吸收分光光度法进行测定，磷含量的测定则采用钒钼黄分光光度法。

1.5数据统计分析

采用Excel 表求各处理的平均值和偏差，在SPSS上采用turkey法比较各组处理间的差异。

2结果与分析

2.1有机酸盐处理对土壤酸度和交换态铝含量的影响

如图1可见，与对照和单铝处理相比，有机酸盐处理的土壤pH值均有不同程度的增加，且都达到显著水平。其中，以柠檬酸钠处理后的土壤pH值的增加量最大，比单铝增加了0.51个pH单位;而草酸钠和酒石酸钠处理的土壤pH值增加量较小。与土壤酸度变化相反，加入有机酸钠土壤交换态铝含量减少（图2），其中降低最多的是柠檬酸钠，降幅达69.6%，而酒石酸钠只降低26.3%。统计分析表明，交换态铝含量与土壤pH值之间呈显著的负相关性。从图2中还可以看出，与对照相比，单铝处理土壤交换态铝含量相应提高。

2.2有机酸盐对杉木苗植株生长的影响

如表1所示，单铝处理的杉木苗高有所增加，地径变化不大。添加有机酸钠处理后的杉木苗高均比单铝处理的降低。其中，柠檬酸钠对杉木苗高的影响最小，影响最大的是苹果酸钠，降低了25.5%。有机酸钠处理杉木地径均比单铝处理的降低。其中，地径受柠檬酸钠影响最小，草酸钠影响最大。方差分析结果表明，草酸钠和苹果酸钠处理杉木苗高和地径与单铝处理差异达显著水平，与其他处理则未达显著差异。

2.3有机酸盐对杉木苗铝吸收的影响

從表2可见，铝处理后的杉木根和叶中的铝含量均有所增加。添加柠檬酸钠、草酸钠和酒石酸钠后，铝在杉木根中的积累均比单铝的高，而苹果酸钠处理后根中的铝含量稍降低，但均未达显著水平。受有机酸盐影响，铝在杉木叶中的积累有不同程度的增加，增加量依次为苹果酸钠>酒石酸钠>柠檬酸钠>草酸钠，添加苹果酸钠处理的杉木叶片铝含量显著高于其他处理。添加有机酸盐对铝在根和叶中的分配也有所影响，表现为叶根比增加，以苹果酸钠的影响为最大。

2.4有机酸盐处理对杉木苗矿质元素吸收和积累的影响

2.4.1有机酸盐对杉木中大量元素含量的影响如表3所示，单铝处理对杉木根和叶中的钾、钙、镁、磷含量有不同程度的影响，但均未达显著水平。加入有机酸盐后，杉木苗根钾的积累显著降低，依次为苹果酸钠<柠檬酸钠<酒石酸钠<草酸钠。杉木苗叶钾含量同样降低，但降幅较小，其中苹果酸钠处理降低最明显。不同有机酸盐处理杉木苗和叶中的钙积累均有所增加（苹果酸钠处理除外），但都未达显著水平。在外源有机酸盐作用下，杉木苗根的镁含量降低，与单铝处理差异均达显著水平，其中以苹果酸钠降低最明显。酒石酸钠处理杉木叶镁含量稍增加，柠檬酸钠、草酸钠和苹果酸钠处理杉木苗叶的镁含量有所降低，其中苹果酸钠处理较对照降低达显著水平。柠檬酸钠和苹果酸钠处理杉木苗根和叶的磷含量减少，而草酸钠处理杉木苗根和叶的磷含量均有所增加。

2.4.2有机酸盐对杉木中微量元素含量的影响各处理杉木苗微量元素含量见表4。与对照相比，单铝处理杉木苗根和叶中的微量元素呈降低趋势，但均未达显著水平。外源有机酸盐处理杉木根和叶铜含量呈不同程度的降低趋势，但只有苹果酸钠处理根铜含量与单铝处理的差异达显著水平。除酒石酸钠外，其他有机酸盐处理杉木根中锌积累有显著的抑制作用，依次为苹果酸钠>柠檬酸钠>草酸钠。有机酸钠对杉木叶锌含量的影响不显著。有机酸盐处理对杉木锰含量也有不同程度的影响，但总体变化不明显。有机酸盐处理杉木苗根铁含量增加，其中草酸钠和柠檬酸钠的影响最显著;草酸钠和柠檬酸钠处理杉木叶铁含量增加，酒石酸钠和苹果酸钠处理杉木叶铁含量降低。

3结论与讨论

3.1有机酸盐、土壤酸度和交换态铝含量之间的关系

本试验结果表明，铝添加4种有机酸钠盐处理都不同程度提高土壤pH值。这是因为有机酸都属于弱酸，其钠盐呈碱性，加入到土壤后土壤的pH值降低，这与前人的研究结果一致[8]。但与直接以有机酸形式加入土壤是不同，后者使得土壤酸度增加[7，13]。不同有机酸盐碱性不同，所以本试验各处理的土壤pH值也不同。其中，柠檬酸钠处理影响最大，这与其碱性在4种有机酸盐中最强（pKa最大）是一致的。有机酸钠处理后，土壤中交换态铝的含量均低于单铝处理低，以柠檬酸钠的影响为最大。土壤交换态铝是土壤中活性最大的铝形态，表明外源有机酸盐可使土壤中铝的活性降低。秦瑞君等[8]研究也表明，有机酸盐能显著降低土壤中水溶态铝和交换态铝的含量。相关分析表明，土壤交换态铝含量的变化与土壤pH值之间有显著的负相关，说明有机酸盐加入后土壤铝形态变化的重要原因是土壤pH值改变，两者是对应的。此外，李九玉等[14]指出，有机酸阴离子可以通过自身的吸附增加土壤交换态铝的含量。但本试验有机酸阴离子的这种作用显然并不是主要因素。

3.2有机酸盐对杉木苗生长和铝吸收的影响

本研究发现，添加有机酸盐对杉木苗高和地径均有不利影响，但各有机酸盐处理有所不同，柠檬酸钠和酒石酸钠处理的杉木苗所受的抑制小，而草酸钠和苹果酸钠的影响较大。而前人研究发现，施用有机酸钠则能促进玉米的生长[8]。这可能与植物的种类不同有关，有待后续研究。有机酸钠使得土壤交换态铝含量降低，但除了苹果酸钠处理的杉木根外，铝在杉木根和叶中的积累并未减少，反而有不同程度的增加，说明有机酸盐能促进杉木苗对铝的积累。大多研究都表明，外源有机酸能使植物中铝的含量降低，但也有促进吸收的报道。王月平等[3]研究表明，外源有机酸的加入能够促进油菜地下部铝的积累，且对铝在植物体内的运输也有影响。本研究外源有机酸盐处理后，铝在杉木叶和根中的分配比也增加。说明有机酸离子能促进铝在杉木中的迁移。这可能与铝在植物体中的运输方式有关，已有研究表明，铝从根部到地上部的运输是以有机酸络合物的形式被运输[15]。

3.3有机酸钠对杉木苗矿质营养元素吸收和积累的影响

矿质营养元素对植物的生长、生理生化的正常进行有着至关重要的作用。本研究结果显示，4种有机酸盐基本上对杉木中镁、钾、磷、铜、锌、锰、铁等重要营养元素的积累都有不同程度的抑制作用，只有柠檬酸钠和草酸钠处理的杉木根和叶中钙和铁的含量增加。有机酸盐加入后，矿质元素积累水平的变化可能是导致杉木生长受抑的原因。其中，苹果酸钠处理杉木的矿质元素含量在所有处理中最低，其生长因量也是最低。此外，宋金凤等[16]报道，有机酸盐可促进土壤中铁的活化，这可以解释柠檬酸钠和草酸钠处理后铁含量增加的原因。

总之，外源有机酸盐加入可提高土壤的pH值，进而降低土壤中铝的活性和潜在毒性，但对杉木苗的生长和矿质元素的积累有一定的抑制作用。有机酸盐并未使杉木苗中铝的含量降低，且会影响其在地上和地下部的分配。在本试验条件下，所研究的有机酸盐对杉木苗的生长不利，以苹果酸钠的影响为最大，其机理有待后续深入研究。

参考文献：

[1]RIAZ M，YAN L，WU X W，HUSSAIN S，et al.Mechanisms of organic acids and boron induced tolerance of aluminum toxicity：A review[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2018，165：25-35.

[2]YANG S，ZOU Y，LIU X.Alleviation of soil aluminum phytotoxicity in a typical paddy soil in southern China by using weak organic acids[J].Journal of Plant Nutrition，2009，32：893-906.

[3]王月平.有机酸对铝胁迫下油菜生长生理及缓解机制研究[D].杭州： 浙江师范大学，2013.

[4]AN Y，ZHOU P，XIAO Q，et al.Effects of foliar application of organic acids on alleviation of aluminum toxicity in alfalfa[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2014，177：421-430.

[5]LAN T，YOU J F，KONG L N，et al.The interaction of salicylic acid and Ca2+ alleviates aluminum toxicity in soybean （Glycine max L.）[J].Plant Physiology and Biochemistry，2016，98：146-154.

[6]CHEN Z C，LIAO H.Organic acid anions：An effective defensive weapon for plants against aluminum toxicity and phosphorus deficiency in acidic soils[J].Journal of Genetics and Genomics，2016，43：631-638.

[7]李平，王兴祥.几种低分子量有机酸淋溶对土壤铝、硅及盐基离子淋失的影响[J].土壤，2006，38（4）：441-447.

[8]秦瑞君，陈福兴.低分子有机酸离子对降低土壤铝毒的作用[J].土壤肥料，1996 （5）：13-15.

[9]罗承德，张健，刘继龙.四川盆周山地杉木人工林衰退與铝毒害阈值的探讨[J].林业科学，2000，36（1）：9-14.

[10]罗红艳，陈潇潇，石零珊，等.不同耐铝型杉木幼苗叶片抗氧化系统对铝胁迫的响应特征[J].西北植物学报，2018，38（7）：1306-1314.

[11]汪婷，张莉莉，胡永颜，等.不同耐铝型杉木优良家系早期筛选[J].福建林学院学报，2013，33（2）：124-131.

[12]崔朋辉，许小丽，林思祖，等.土壤中交换性铝含量的测定方法改进[J].福建农业学报， 2016，31（3）：280-284.

[13]李平，王兴祥.几种低分子量有机酸淋溶对土壤pH和交换性铝的影响[J].土壤，2005，37（6）：669-673.

[14]李九玉，徐仁扣.不同pH下低分子量有机酸对黄壤中铝活化的影响[J].环境化学，2005，24（3）：275-278.

[15]MA J F，HIRADATE S.Form of aluminum for uptake and translocation in buckwheat （Fagopyrum esculentum Moench）[J].Planta，2000，211：355-360.

[16]宋金凤，宋利臣，崔晓阳，等.低分子有机酸盐对森林暗棕壤铁的释放效应[J].土壤通报，2008，39（2）：315-320.

（责任编辑：刘新永）