全 文 ：秦岭太白山区 6 种中草药根际与非根际
土壤化学性质及酶活性*
孟令军1 摇 耿增超1,2**摇 殷金岩1 摇 王海涛1 摇 吉鹏飞1
( 1西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 2宁夏贺兰山森林生态系统定位研究站, 银川 750000)
摘摇 要摇 以秦岭太白山区不同生境下鹿蹄草、三尖杉、玉竹、银露梅、珠芽蓼和金露梅 6 种中
草药为对象,研究其根际与非根际土壤的化学性质及酶活性.结果表明: 6 种中草药根际土壤
的有机质、全氮、有效氮、有效磷含量和阳离子交换量(CEC)均高于非根际土壤,呈现明显的
根际聚集现象;土壤酶活性总体上表现出根际较强的特性;土壤有机质、全氮、全磷含量与中
性磷酸酶呈显著正相关;土壤 CEC 与中性磷酸酶和酸性磷酸酶均呈显著正相关. 6 种中草药
非根际土壤的有机质、全氮与脲酶、过氧化氢酶和中性磷酸酶均呈显著正相关;土壤 CEC 与
脲酶、过氧化氢酶、中性磷酸酶和酸性磷酸酶均呈显著正相关.根际土壤肥力水平综合得分总
体上大于非根际土壤.其中,金露梅、珠芽蓼和银露梅的根际与非根际土壤肥力水平综合得分
较高,而鹿蹄草、玉竹和三尖杉得分较低.土壤有机质和 CEC在评价 6 种中草药根际与非根际
土壤肥力中起重要作用,而中性磷酸酶是首选土壤酶指标.
关键词摇 中草药摇 根际摇 土壤化学性质摇 土壤酶活性摇 土壤肥力评价
*国家林业公益性行业科研专项(200904004)资助.
**通讯作者. E鄄mail: gengzengchao@ 126. com
2012鄄02鄄13 收稿,2012鄄07鄄16 接受.
文章编号摇 1001-9332(2012)10-2685-08摇 中图分类号摇 S714. 8摇 文献标识码摇 A
Chemical properties and enzyme activities of rhizosphere and non鄄rhizosphere soils under six
Chinese herbal medicines on Mt. Taibai of Qinling Mountains, Northwest China. MENG
Ling鄄jun1, GENG Zeng鄄chao1,2, YIN Jin鄄yan1, WANG Hai鄄tao1, JI Peng鄄fei1 ( 1 College of Re鄄
sources and Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100, Shaanxi, China;
2Ningxia Helan Mountain Forest Ecosystem Orientational Research Station, Yinchuan 750000, Chi鄄
na) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(10): 2685-2692.
Abstract: This paper studied the chemical properties and enzyme activities of rhizosphere and non鄄
rhizosphere soils in different habitats of six Chinese herbal medicines, including Pyrola decorata,
Cephalotaxus fortunei, Polygonatum odoratum, Potentilla glabra, Polygonum viviparum, and Po鄄
tentilla fruticosa, on the Mt. Taibai of Qinling Mountains. In the rhizosphere soils of the herbs, the
contents of soil organic matter, total nitrogen, available nitrogen, and available phosphorus and the
soil cation exchange capacity (CEC) were higher, presenting an obvious rhizosphere aggregation,
and the soil enzyme activities also showed an overall stronger characteristics, compared with those in
non鄄rhizosphere soils. The soil organic matter, total nitrogen, and total phosphorus contents in the
rhizosphere soils had significant positive correlations with soil neutral phosphatase activity, and the
soil CEC had significant positive correlations with the activities of soil neutral phosphatase and acid
phosphatase. In the non鄄rhizosphere soils, the soil organic matter and total nitrogen contents had
significant positive correlations with the activities of soil urease, catalase and neutral phosphatase,
and the soil CEC showed a significant positive correlation with the activities of soil urease, catalase,
neutral phosphatase and acid phosphatase. The comprehensive fertility level of the rhizosphere soils
was higher than that of the non鄄rhizosphere soils, and the rhizosphere and non鄄rhizosphere soils of
P. fruticosa, P. viviparum, and P. glabra had higher comprehensive fertility level than those of P.
decorata, P. odoratum and C. fortunei. In the evaluation of the fertility levels of rhizosphere and
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 10 月摇 第 23 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2012,23(10): 2685-2692
non鄄rhizosphere soils under the six Chinese herbal medicines, soil organic matter content and CEC
played important roles, and soil neutral phosphatase could be the preferred soil enzyme indicator.
Key words: Chinese herbal medicine; rhizosphere; soil chemical property; soil enzyme activity;
soil fertility evaluation.
摇 摇 根际是植物、土壤、微生物共同影响的特殊生态
领域[1],也是植物与土壤环境最紧密的接触面,对
环境极为敏感,其特殊的物理、化学及生物学特性,
已经成为植物营养学、土壤学、酶学等多学科研究的
交汇处[2-3] .植物根际的研究对反映植物生境变化
具有重要意义,因而在林业保护[4-6]、园林绿化[7]、
土壤修复[8-9]等方面越来越受到重视.
秦岭山区森林资源丰富,中草药材种类众多,尤
其是太白山区素有“太白无闲草,遍地都是宝冶的盛
誉,是天然中草药的宝库,因而备受中外学者的青
睐,成为研究欧、亚大陆生物起源、发展和演替规律
的天然平台.其中,金露梅(Potentilla fruticosa)、银露
梅(Potentilla glabra)、五味子(Schisandra chinensis)、
鹿蹄草(Pyrola decorata)、玉竹(Polygonatum odora鄄
tum)等中草药广泛分布在秦岭山区. 20 世纪以来,
工业、生物、化工等领域技术的迅猛发展,促进了秦
岭地区中草药资源的深度开发. 随着对其研究的逐
步推进,人们对其药用[10]、园林绿化[11]等作用的认
识和研究逐步加深, 但对其根际土壤的研究报道较
少,同时,随着一些具有重要药用价值的珍稀野生中
草药被大肆采挖,其数量正逐渐减少[12] .因此,开展
野生中草药根际与非根际土壤性质的研究对于合理
保护及开发野生药用资源具有重要意义. 本文对秦
岭太白山区 6 种中草药根际与非根际土壤化学性质
与酶活性的关系进行研究,并对其土壤肥力进行评
价,旨在为评价该区域土壤肥力水平,促进森林中草
药可持续发展提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区域位于陕西省宝鸡市眉县营头乡的太白
山国家级自然保护区蒿坪管理站境内(34毅01忆—
34毅05忆 N,107毅41忆—107毅43忆 E),海拔 1300 ~ 2800
m,位于秦岭山脉中段.该区属于典型的暖温带半湿
润气候,有着明显的气候垂直带,海拔 1000 ~ 2000
m区域的年均温为 11郾 4 益,海拔 2000 m 以上年均
温低于 8 益,随着海拔的升高气温递减[13] . 研究区
土壤在海拔 1400 m 以下为淋溶褐土,海拔 1400 ~
2400 m为棕壤土,海拔 2400 ~ 3100 m 以暗棕壤土
为主.土层厚度一般在 50 cm以上,腐殖质层厚度为
3 ~ 10 cm.
1郾 2摇 研究方法
根据不同中草药分布的代表性,选择 6 种中草
药生境下的林地土壤作为研究对象(表 1). 林地大
小为 40 m伊30 m,在林地内设置 3 个面积为 10 m伊
10 m 的样方作为重复. 于 2010 年 8 月采集土壤样
品,采用抖落法采集根际土和非根际土.对于灌木植
物(金露梅、银露梅)和三尖杉,在其群落中按“S冶型
路线选择 4 ~ 5 株植物,取根际与非根际土壤,分别
混合,再按四分法取一部分土壤.对于草本植物(鹿
蹄草、玉竹和珠芽蓼),先挖取有完整根系的土体,
轻轻抖落不含根系的土壤,装入无菌袋内,混匀,作
为非根际土壤;然后将根表面附着的土壤全部抖落,
获得根际土壤.采集后的土样用无菌袋承装,密封、
低温条件保存.将土样带回实验室风干、研磨,一部
分过 1 mm筛,测定土壤有效养分和酶活性;另一部
分过 0郾 25 mm 筛,测定土壤全量养分. 土壤化学分
析采用森林土壤标准分析方法[14]测定.过氧化氢酶
采用高锰酸钾滴定法测定,酶活性以单位质量消耗
的高锰酸钾毫升数表示;脲酶用苯酚钠比色法测定,
酶活性以 24 h 后 1 g 土生成的氨的毫克数表示;转
化酶用 3,5鄄二硝基水杨酸比色法,酶活性以 24 h 后
1 g土壤中葡萄糖的毫克数表示;磷酸酶用磷酸苯二
钠法测定,酶活性以 12 h 1 g 土产生的酚的毫克数
表示[15-16] .
1郾 3摇 数据处理
采用 Excel 2003 及 SPSS软件进行统计分析.采
用单因素方差分析法(one鄄way ANOVA)对数据进行
方差分析和差异显著性检验(琢 = 0郾 05),并采用最
小显著差异法(LSD)进行多重比较,各样本均服从
正态分布,故应用 Pearson 相关系数对根际与非根
际土壤进行相关分析. 用主成分分析法提取累计方
差贡献率逸85%的公因子;用回归法计算不同植物
根际和非根际的公因子得分. 采用富集率( enrich鄄
ment ratio,ER)表示根际对土壤养分与酶活性的富
集程度[17]:
ER=(根际含量-非根际含量) /非根际含量伊
100%
6862 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 1摇 立地条件和植被组成
Table 1摇 Site features and vegetation composition
植物
Plant
坡度
Slope
gradient
(毅)
坡向
Slope
aspect
坡位
Slope
position
地理位置
Geographical
position
海拔
Altitude
(m)
土壤类型
Soil type
主要灌木及草本植物
Main shrub and herb plants
PDA 30 东南 SE
(130毅)
U 34毅04郾 79忆 N
107毅41郾 72忆 E
1390 棕壤
Brown soil
华北绣线菊、珍珠梅、苔草、节节草 Spiraea
fritschiana, Sorbaria sorbifolia, Carex tris鄄
tachya, Equisetum ramosissimum
CFF 27 东南 SE
(95毅)
D 33毅25郾 66忆 N
108毅25郾 47忆 E
1420 棕壤
Brown soil
卫矛、龙牙草、葎草、一年蓬 Euonymus ala鄄
tus, Agrimonia pilosa, Humulus scandens,
Erigeron annuus
POD 25 东北 NE
(85毅)
U 34毅30郾 10忆 N
108毅77郾 61忆 E
1600 棕壤
Brown soil
石菖蒲、淫羊藿、青荚叶、珍珠梅、苔草 Acorus
tatarinowii, Epimedium brevicornu, Helwingia
japonica, S郾 sorbifolia, C郾 tristachya
PGL 21 西南 SW
(233毅)
U 34毅02郾 14忆 N
107毅43郾 09忆 E
2856 暗棕壤
Dark brown soil
狗尾巴草、莎草、水蒿、苔草 Setaria viridis,
Cyperus rotundus, Artemisia selengensis, C郾
tristachya
PVL 15 西南 SW
(267毅)
U 33毅51郾 43忆 N
108毅47郾 23忆 E
2875 暗棕壤
Dark brown soil
大披针苔草、紫苞风毛菊、黄花葱、莎草
C郾 lanceolate, Saussurea purpurascens, Alli鄄
um condensatum, C郾 rotundus
PFL 35 西北 NW
(293毅)
M 33毅59郾 77忆 N
107毅43郾 94忆 E
2880 暗棕壤
Dark brown soil
黄柏刺、山石榴、节节草、莎草 Berberis vir鄄
getorum, Catunaregam spinosa, E郾 ramosis鄄
simum, C郾 rotundus
PDA:鹿蹄草 Pyrola decorata; CFF:三尖杉 Cephalotaxus fortunei; POD:玉竹 Polygonatum odoratum; PGL:银露梅 Potentilla glabra; PVL:珠芽蓼
Polygonum viviparum; PFL:金露梅 Potentilla fruticosa郾 U:上坡 Upper slope; M:中坡 Mesoslope; D:下坡 Lower slope郾
2摇 结果与分析
2郾 1摇 中草药根际和非根际土壤基本化学性质
由表 2 可以看出,6 种中草药根际与非根际土
壤化学性质的根际效应不同. 除银露梅和金露梅根
际 pH大于非根际土壤外,其余植物根际土壤 pH均
小于非根际土壤,但差异均不显著. 其中,银露梅和
金露梅根际土壤 pH值分别升高了 0郾 20、0郾 17,鹿蹄
草、三尖杉、玉竹和珠芽蓼根际土壤 pH 值分别下降
了 0郾 05、0郾 05、0郾 09 和 0郾 10.此外,三尖杉和玉竹根
际和非根际土壤 pH 明显大于其他 4 种植物,与张
巧明等[18]的研究结果相似.这主要是由于三尖杉和
玉竹分布在低海拔地区,气温较高,有机质矿化速度
快,阔叶类植物多,植物残落物灰分元素较多,淋溶
作用较弱,土壤 pH较高;鹿蹄草分布区域也属于低
海拔地区,但土壤 pH较三尖杉和玉竹分布区低,这
可能与鹿蹄草分布区域的土壤母质有关,其原因还
需进一步研究.在研究区一定海拔范围内,随着海拔
升高,温度下降,针叶类植物增多,酸性淋溶过程加
剧,从而引起土壤 pH逐渐降低.土壤阳离子交换量
(CEC)均表现为根际土壤高于非根际土壤,但差
异均不显著, 其中金露梅 CEC 最高, 为 37郾 51
cmol·kg-1,而三尖杉仅 20郾 85 cmol·kg-1,整体表
现出随海拔升高而增加的趋势. 这主要是由于随海
拔升高,温度和湿度发生改变,导致土壤性质也发生
相应变化.鹿蹄草、三尖杉和玉竹的盐基饱和度均较
高,而银露梅、珠芽蓼和金露梅则较低,这主要是由
于在秦岭山区海拔 3000 m 以下,随海拔升高,土壤
淋溶作用增强所致.由此可见,海拔引起土壤水热条
件的变化对不同植物根际和非根际的土壤化学性质
有显著影响.
表 2摇 6 种中草药根际和非根际土壤的基本化学性质
Table 2摇 Soil basic chemical properties in the rhizosphere
and non鄄rhizosphere of six Chinese herbal medicines
(mean依SE, n=3)
植物
Plant
部位
Position
根深
Root depth
(cm)
pH CEC
(cmol·kg-1)
BSP
(% )
PDA R 12 5郾 85依0郾 05a 23郾 67依0郾 59a 82郾 93
S 5郾 90依0郾 07a 22郾 72依0郾 81a 87郾 94
CFF R 15 6郾 88依0郾 08a 20郾 85依0郾 87a 82郾 93
S 6郾 93依0郾 03a 19郾 61依0郾 84a 89郾 14
POD R 5 6郾 78依0郾 05a 31郾 38依1郾 09a 74郾 41
S 6郾 87依0郾 06a 30郾 59依1郾 22a 80郾 68
PGL R 15 5郾 82依0郾 07a 36郾 92依1郾 59a 38郾 24
S 5郾 62依0郾 19a 35郾 64依0郾 87a 37郾 21
PVL R 10 5郾 89依0郾 06a 35郾 92依1郾 88a 48郾 05
S 5郾 99依0郾 11a 34郾 05依0郾 39a 54郾 98
PFL R 14 5郾 74依0郾 08a 37郾 51依1郾 46a 37郾 83
S 5郾 57依0郾 07a 35郾 26依1郾 16a 37郾 69
CEC:阳离子交换量 Cation exchange capacity; BSP:盐基饱和度 Base cation sat鄄
uration percentage郾 R:根际 Rhizosphere; S:非根际 Non鄄rhizosphere郾 不同小写
字母表示同一植物根际、非根际间差异显著(P<0郾 05)Different small letters in鄄
dicated significant difference between rhizosphere and non鄄rhizosphere at 0郾 05 lev鄄
el郾 下同 The same below郾
786210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孟令军等: 秦岭太白山区 6 种中草药根际与非根际土壤化学性质及酶活性摇 摇 摇 摇 摇 摇
2郾 2摇 中草药根际和非根际土壤养分变化
由表 3 可以看出,6 种植物根际与非根际土壤
养分含量的根际效应不同. 植物根际土壤的有机质
含量均大于非根际土壤,三尖杉和金露梅根际的富
集最高,均达到显著水平(富集率 ER 分别为 15郾 16
和 17郾 57),鹿蹄草根际富集率最低(ER = 9郾 52). 全
氮含量表现出明显的根际聚集特征,玉竹根际富集
最高 ( ER = 47郾 33 ),而金露梅根际最低 ( ER =
17郾 12). 全磷在鹿蹄草根际富集率最高 ( ER =
94郾 42),而在银露梅和珠芽蓼根际则为负富集(ER
分别为-39郾 98 和-4郾 65).全钾在 6 种植物中的富集
性都较弱,在三尖杉和珠芽蓼根际处表现为负富集
(ER分别为-15郾 17 和-5郾 49). 有效氮在玉竹根际
中富集最高(ER = 58郾 59),而在金露梅根际则与非
根际相等. 有效磷在玉竹根际富集最高 ( ER =
75郾 74),而在三尖杉根际富集最低(ER = 2郾 45),有
效钾在鹿蹄草和三尖杉根际富集较高(ER 分别为
30郾 38 和 29郾 78),而在银露梅和珠芽蓼根际富集较
低(ER分别为 9郾 09 和 3郾 17). 不同植物间根际、非
根际土壤养分的差异,主要是由于随着海拔的变化,
气候特征、植物类型、土壤类型发生改变,导致不同
植物土壤养分之间有较大差异.
2郾 3摇 中草药根际和非根际土壤酶活性变化
土壤酶活性的高低是土壤中生物活性和土壤肥
力的重要标志[19] . 由图 1 可以看出,与非根际土壤
相比,6 种植物土壤脲酶活性的根际富集率介于
-12郾 8% ~ 82郾 6%之间,且鹿蹄草、三尖杉和玉竹均
显著高于非根际土壤,银露梅和珠芽蓼均表现为负
富集;土壤转化酶活性的根际富集率介于-5郾 6% ~
39郾 1%之间,且鹿蹄草、三尖杉、玉竹均显著高于非
根际土壤,而银露梅表现为负富集;土壤过氧化氢酶
活性的根际富集率介于-14郾 5% ~ 50%之间,且鹿
蹄草、三尖杉和珠芽蓼均显著高于非根际土壤,银露
梅和金露梅则表现为负富集;土壤中性磷酸酶活性
根际富集率介于-4郾 6% ~ 93郾 3%之间,且鹿蹄草、
三尖杉、玉竹均显著高于非根际土壤,银露梅表现为
负富集;土壤酸性磷酸酶活性的根际富集率介于
-0郾 6% ~22郾 3%之间,且三尖杉、玉竹均显著高于
非根际土壤,银露梅表现为负富集.
2郾 4摇 6 种中草药根际和非根际土壤养分与酶活性
的相关分析
2郾 4郾 1 根际土壤养分与酶活性摇 由表 4 可以看出,6
种植物根际土壤有机质、全氮、全磷含量与中性磷酸
酶活性均呈显著正相关;除脲酶外,土壤全钾与其他
4 种酶都呈负相关,且与过氧化氢酶和酸性磷酸酶
达到显著水平;土壤有效磷与中、酸性磷酸酶均呈显
著负相关;土壤 pH与 5 种酶都呈负相关,且与转化
酶和中性磷酸酶均呈显著负相关;土壤 CEC 与中性
磷酸酶和酸性磷酸酶呈显著正相关;土壤 BSP 与脲
酶和转化酶均呈显著正相关.
表 3摇 6 种中草药的根际和非根际土壤养分
Table 3摇 Soil nutrients in the rhizosphere and non鄄rhizosphere of six Chinese herbal medicines (mean依SE, n=3)
植物
Plant
部位
Position
有机质
Organic matter
(g·kg-1)
全氮
Total N
(g·kg-1)
全磷
Total P
(g·kg-1)
全钾
Total K
(g·kg-1)
有效氮
Available N
(mg·kg-1)
有效磷
Available P
(mg·kg-1)
有效钾
Available K
(mg·kg-1)
PDA R 69郾 02依1郾 02a 2郾 91依0郾 43a 0郾 26依0郾 04a 14郾 41依0郾 61a 27郾 73依1郾 25a 17郾 47依1郾 43a 132郾 60依4郾 12a
S 63郾 03依1郾 48b 2郾 34依0郾 15a 0郾 13依0郾 01a 13郾 78依0郾 38a 19郾 89依0郾 39b 11郾 95依0郾 39b 101郾 70依2郾 97b
ER (% ) 9郾 52 24郾 36 94郾 42 4郾 35 39郾 42 46郾 19 30郾 38
CFF R 84郾 37依2郾 81a 2郾 72依0郾 06a 0郾 09依0郾 00a 17郾 89依0郾 50a 32郾 55依3郾 19a 20郾 88依0郾 84a 204郾 42依4郾 62a
S 73郾 23依2郾 32b 2郾 18依0郾 06a 0郾 67依0郾 01a 21郾 12依0郾 47a 25郾 86依2郾 43a 20郾 38依0郾 56a 157郾 51依1郾 49b
ER (% ) 15郾 16 24郾 77 33郾 32 -15郾 17 25郾 87 2郾 45 29郾 78
POD R 110郾 71依7郾 42a 3郾 58依0郾 27a 1郾 00依0郾 31a 16郾 83依0郾 55a 17郾 81依0郾 46a 11郾 81依1郾 31a 191郾 30依3郾 22a
S 101郾 24依5郾 31a 2郾 43依0郾 36a 1郾 00依0郾 21a 16郾 64依0郾 35a 11郾 23依0郾 82b 6郾 72依0郾 34b 159郾 64依3郾 83b
ER (% ) 9郾 39 47郾 33 0郾 00 1郾 20 58郾 59 75郾 74 19郾 83
PGL R 116郾 04依5郾 28a 4郾 23依0郾 35a 1郾 03依0郾 42a 16郾 37依0郾 36a 19郾 69依0郾 58a 8郾 07依0郾 16a 253郾 33依7郾 64a
S 107郾 13依1郾 86a 3郾 26依0郾 15a 1郾 72依0郾 03a 15郾 81依0郾 38a 16郾 17依0郾 70b 6郾 78依0郾 29b 232郾 23依8郾 88a
ER (% ) 8郾 31 29郾 75 -39郾 98 3郾 80 21郾 77 19郾 03 9郾 09
PVL R 110郾 09依5郾 23a 4郾 61依0郾 21a 1郾 26依0郾 19a 17郾 22依0郾 64a 49郾 32依1郾 33a 14郾 27依0郾 87a 219郾 33依5郾 69a
S 99郾 17依3郾 12a 3郾 32依0郾 12a 1郾 33依0郾 01a 18郾 21依0郾 25a 45郾 85依1郾 91a 13郾 16依0郾 95a 212郾 60依3郾 55a
ER (% ) 10郾 99 38郾 86 -4郾 65 -5郾 49 7郾 57 8郾 43 3郾 17
PFL R 149郾 21依3郾 81a 5郾 54依0郾 21a 1郾 60依0郾 32a 16郾 12依0郾 70a 16郾 30依1郾 09a 12郾 07依1郾 11a 218郾 62依2郾 59a
S 126郾 92依3郾 52a 4郾 73依0郾 10a 1郾 14依0郾 12a 15郾 83依0郾 38a 16郾 28依0郾 82a 10郾 38依0郾 61a 175郾 44依3郾 24b
ER (% ) 17郾 57 17郾 12 40郾 26 1郾 90 0郾 12 16郾 28 24郾 61
ER:富集率 Enrichment rate郾
8862 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
图 1摇 6 种中草药的根际和非根际土壤酶活性
Fig. 1摇 Soil enzymatic activities in the rhizosphere and non鄄rhi鄄
zosphere of six Chinese herbal medicines郾
URE:脲酶 Urease; INA:转化酶 Invertase; CAE:过氧化氢酶 Catalase;
NPA:中性磷酸酶 Neutral phosphatase; APA:酸性磷酸酶 Acid phos鄄
phatase. 玉:鹿蹄草 Pyrola decorate; 域:三尖杉 Cephalotaxus fortunei;
芋:玉竹 Polygonatum odoratum; 郁:银露梅 Potentilla glabra; 吁:珠芽
蓼 Polygonum viviparum; 遇:金露梅 Potentilla fruticosa. R:根际 Rhizo鄄
sphere; S:非根际 Non鄄rhizosphere郾
2郾 4郾 2 非根际土壤养分与酶活性摇 非根际土壤有机
质、全氮与脲酶、过氧化氢酶和中性磷酸酶均呈显著
正相关;土壤全磷与脲酶和中性磷酸酶呈显著正相
关;除转化酶外,土壤全钾与其他 4 种酶都呈负相
关,且与酸性磷酸酶达到显著水平;土壤有效磷与过
氧化氢酶、中性磷酸酶、酸性磷酸酶均呈显著负相
关;土壤有效钾与脲酶、转化酶、中性磷酸酶呈显著
正相关;土壤 pH与 5 种酶均呈显著负相关;除转化
酶外,土壤 CEC 与脲酶、过氧化氢酶、中性磷酸酶和
酸性磷酸酶均呈显著正相关;土壤 BSP 与脲酶和转
化酶均呈显著负相关(表 5).
2郾 5摇 6 种中草药根际和非根际土壤肥力的评价
选择适用于不同中草药生境土壤肥力的评价指
标,对研究区域内土壤 pH、CEC、ESP、养分和酶活性
共 15 个指标进行主成分分析.由表 6 可以看出,第
1 主成分的方差贡献率最大,为 52郾 1% ,涵盖了一半
以上的信息, 对该土壤系统起着主导作用. 4 个主
成分的累计方差贡献率达到了 88郾 9% ,能反映出 6
种中草药根际与非根际土壤各指标的相对重要性及
其之间的关系.
表 4摇 根际土壤养分与酶活性的相关分析
Table 4摇 Correlation analysis of soil nutrients and enzyme
activities in the rhizosphere soil (n=18)
URE INA CAE NPA APA
OM 0郾 546* 0郾 078 0郾 023 0郾 597** 0郾 288
TN 0郾 445 0郾 351 0郾 165 0郾 769** 0郾 383
TP 0郾 550* 0郾 182 -0郾 396 0郾 616** 0郾 101
TK 0郾 331 -0郾 275 -0郾 644** -0郾 255 -0郾 622**
AN -0郾 221 0郾 309 -0郾 074 -0郾 042 -0郾 357
AP 0郾 062 0郾 082 -0郾 005 -0郾 843** -0郾 747**
AK 0郾 480* 0郾 143 -0郾 667** 0郾 480* -0郾 081
pH -0郾 077 -0郾 761** -0郾 285 -0郾 790** -0郾 532*
CEC 0郾 158 0郾 166 0郾 072 0郾 911** 0郾 584*
BSP -0郾 729** -0郾 814** 0郾 479* -0郾 417 0郾 191
OM:有机质 Organic matter; TN:全氮 Total N; TP:全磷 Total P; TK:
全钾 Total K; AN:有效氮 Available N; AP:有效磷 Available P; AK:
有效钾 Available K. *P<0郾 05; **P<0郾 01郾 下同 The same below.
表 5摇 非根际土壤养分与酶活性的相关分析
Table 5摇 Correlation analysis of soil nutrients and enzyme
activities in the non鄄rhizosphere soil (n=18)
URE INA CAE NPA APA
OM 0郾 778** 0郾 340 0郾 884** 0郾 702** 0郾 374
TN 0郾 817** 0郾 585* 0郾 876** 0郾 659** 0郾 396
TP 0郾 824** 0郾 536* 0郾 462 0郾 811** 0郾 352
TK -0郾 229 0郾 131 -0郾 507* -0郾 429 -0郾 856**
AN 0郾 197 0郾 447 -0郾 384 0郾 047 -0郾 167
AP -0郾 451 0郾 17 -0郾 654** -0郾 679** -0郾 837**
AK 0郾 804** 0郾 643** 0郾 296 0郾 759** 0郾 254
pH -0郾 785** -0郾 668** -0郾 601** -0郾 777** -0郾 764**
CEC 0郾 900** 0郾 406 0郾 789** 0郾 917** 0郾 680**
BSP -0郾 685** -0郾 892** -0郾 393 -0郾 526* -0郾 163
986210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孟令军等: 秦岭太白山区 6 种中草药根际与非根际土壤化学性质及酶活性摇 摇 摇 摇 摇 摇
摇 摇 对 15 个土壤肥力因子在各主成分上的因子载
荷分析(表 6)表明, 有机质、全氮、CEC、BSP和中性
磷酸酶对第 1 主成分影响较大,综合了有机质、全氮
的合成与分解,土壤中阳离子交换强弱以及中性磷
酸酶活性相关的信息,表明它们在土壤生物化学反
应、物质循环中发挥着重要作用,同时反映出土壤养
分的总储量,因此,可将 Fl命名为保肥因子.第 2 主
成分中,土壤全钾、有效钾载荷较高,反映出土壤供
给植物钾素能力较强,因此,可命名为钾素因子
(F2).对第 3 主成分影响最大的是有效氮、有效磷、
土壤 pH和转化酶,包含了土壤氮、磷养分的活化,
可命名为活化因子(F2). 第 4 主成分综合了全氮、
有效磷和过氧化氢酶的信息,其中,过氧化氢酶因子
载荷较高,可命名为过氧化氢酶因子(F4).因此,土
壤有机质和 CEC 在评价 6 种中草药根际与非根际
土壤肥力中起着重要作用. 此外,在 5 种土壤酶中,
中性磷酸酶与土壤化学性质相关系数均较高,且对
第 1 主成分影响最大(因子载荷为 0郾 935),是首选
的土壤酶指标.
将因子载荷换算为规格化特征向量后[20],可以
得到反映土壤肥力水平的 4 个主成分表达式:
F1 = 0郾 305x1 + 0郾 310x2 + 0郾 276x3 - 0郾 110x4 -
0郾 016x5 - 0郾 212x6 + 0郾 255x7 - 0郾 258x8 +
0郾 337x9 - 0郾 344x10 + 0郾 272x11 + 0郾 194x12 +
0郾 190x13+0郾 334x14+0郾 234x15
表 6摇 主成分因子载荷矩阵及主成分特征根
Table 6 摇 Factor loading matrix of main composition and
principal component eigenvalues
项目 Item F1 F2 F3 F4
OM 0郾 854 0郾 126 -0郾 360 0郾 308
TN 0郾 872 0郾 110 0郾 068 0郾 335
TP 0郾 761 0郾 434 -0郾 351 0郾 011
TK -0郾 305 0郾 842 -0郾 319 -0郾 002
AN -0郾 043 0郾 570 0郾 548 -0郾 208
AP -0郾 590 0郾 521 0郾 484 0郾 350
AK 0郾 716 0郾 549 -0郾 214 -0郾 180
pH -0郾 721 0郾 276 -0郾 516 0郾 187
CEC 0郾 942 -0郾 029 -0郾 222 -0郾 104
BSP -0郾 961 -0郾 144 0郾 018 0郾 097
URE 0郾 761 0郾 339 0郾 145 0郾 194
INA 0郾 546 0郾 433 0郾 642 -0郾 055
CAE 0郾 532 -0郾 425 0郾 200 0郾 599
NPA 0郾 935 -0郾 117 0郾 089 -0郾 265
APA 0郾 653 -0郾 630 0郾 129 -0郾 154
特征根 Eigenvalue 7郾 817 2郾 816 1郾 753 0郾 954
方差贡献率
Rate of variance (% )
52郾 1 18郾 8 11郾 7 6郾 4
累计贡献率
Cumulative rate (% )
52郾 1 70郾 9 82郾 6 88郾 9
摇 摇 F2 = 0郾 076x1 + 0郾 063x2 + 0郾 249x3 + 0郾 502x4 +
0郾 341x5 + 0郾 310x6 + 0郾 329x7 + 0郾 161x8 -
0郾 016x9 -0郾 088x10 + 0郾 205x11 + 0郾 261x12 -
0郾 256x13-0郾 068x14-0郾 376x15
F3 = - 0郾 269x1 + 0郾 057x2 - 0郾 272x3 - 0郾 241x4 +
0郾 414x5 + 0郾 366x6 - 0郾 162x7 - 0郾 387x8 -
0郾 166x9 + 0郾 013x10 + 0郾 107x11 + 0郾 482x12 +
0郾 158x13+0郾 068x14+0郾 099x15
F4 = 0郾 323x1 + 0郾 350x2 - 0郾 004x3 + 0郾 003x4 -
0郾 217x5 + 0郾 355x6 - 0郾 180x7 + 0郾 194x8 -
0郾 103x9 + 0郾 092x10 + 0郾 201x11 - 0郾 059x12 +
0郾 605x13-0郾 273x14-0郾 164x15
式中:x1, x2, …, x15分别代表有机质、全氮、全磷、
全钾、有效氮、有效磷、有效钾、pH、CEC、BSP等土壤
化学性质,以及脲酶、转化酶、过氧化氢酶、中性磷酸
酶、酸性磷酸酶的酶促反应特征值.将不同中草药根
际与非根际土壤 pH、CEC、ESP、养分和酶活性共 15
个指标代入表达式,计算各主成分的得分,再以各主
成分的方差贡献率为权数,对所提取的得分进行加
权求和,得到不同中草药生境下反映土壤肥力水平
的综合得分(表 7).结果表明,土壤肥力水平综合得
分总体上表现出根际大于非根际.在不同植物之间,
金露梅根际与非根际土壤肥力综合得分均最高. 其
中,金露梅、珠芽蓼、银露梅根际与非根际得分均较
高,而鹿蹄草、玉竹、三尖杉根际与非根际得分均较
低.这主要是由于前 3 种植物土壤有机质、全氮、
CEC和中性磷酸酶活性均较高,且对第 1 主成分影
响较大.
表 7摇 主成分因子得分及土壤肥力水平综合得分
Table 7 摇 Principal component factor scores and synthetic
scores of soil fertility levels
植物
Plant
部位
Position
F1 F2 F3 F4 综合得分
Compre鄄
hensive
score
综合排名
Compre鄄
hensive
rank
PDA R -0郾 312 -0郾 233 0郾 255 0郾 046 -0郾 274 8
S -0郾 665 -0郾 348 0郾 095 -0郾 068 -1郾 109 12
CFF R -0郾 559 0郾 295 0郾 039 0郾 053 -0郾 192 7
S -1郾 025 0郾 298 -0郾 058 -0郾 001 -0郾 883 10
POD R -0郾 050 -0郾 133 -0郾 140 0郾 063 -0郾 292 9
S -0郾 389 -0郾 197 -0郾 268 -0郾 005 -0郾 966 11
PGL R 0郾 521 0郾 008 -0郾 047 -0郾 099 0郾 431 5
S 0郾 629 -0郾 025 -0郾 034 -0郾 087 0郾 543 4
PVL R 0郾 394 0郾 154 0郾 106 -0郾 018 0郾 716 2
S 0郾 166 0郾 217 0郾 060 -0郾 079 0郾 409 6
PFL R 0郾 789 0郾 054 -0郾 028 0郾 103 1郾 032 1
S 0郾 500 -0郾 090 0郾 020 0郾 090 0郾 585 3
0962 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 6 种中草药根际和非根际土壤化学性质与酶
活性的变化
6 种中草药中,土壤有机质、全氮、有效氮、有效
磷和 CEC均呈现明显的根际聚集现象,可能是由于
秦岭太白山区林下植被资源丰富,植物的光合产物
以根系分泌物和死亡细根沉积于根际土壤,而根系
有机质分解和主动吸收均较强. 这在很大程度上受
到根际环境和生物综合因素的影响[21-23] . 鹿蹄草、
玉竹和银露梅根际土壤有效磷均显著高于非根际.
这主要是由于植物根系分泌物活化了根际土壤磷
素,促进其转化为无机态磷,更利于植物对磷素的吸
收和利用.不同植物根际土壤与非根际土壤 pH 的
差异主要是植物根系养分吸收相偶联的质子和有机
酸的分泌作用而使阴阳离子吸收不平衡所致[24] .不
同中草药根际与非根际土壤全钾含量保持基本稳
定,而根际有效钾富集率均高于全钾,是由于土壤中
全钾含量主要取决于母质,而在土壤钾素含量充足
的条件下,根际微区域发生的一系列变化对提高土
壤钾的有效性具有一定作用.此外,不同植物土壤酶
活性总体上表现出根际较强的特性,这可能是由于
根系受自身的生理活动及环境胁迫的影响,从而向
根际土壤分泌大量的酶,同时,微生物也不断向根系
周围的土壤分泌各种酶,致使根际内外酶活性存在
较大差异[25] .
3郾 2摇 6 种中草药根际和非根际土壤化学性质与酶
活性之间的相关性
在土壤与植物的物质交换过程中土壤酶起着重
要的作用[26] .研究表明,土壤养分与酶活性之间存
在显著的相关性[27-29] .本研究中,6 种中草药根际和
非根际土壤化学性质与酶活性均表现出一定的相关
性,表明土壤酶不仅在很大程度上反映出根际和非
根际土壤的养分水平,而且可以用作土壤肥力质量
评价的指标之一.在 6 种中草药根际和非根际间,土
壤中性磷酸酶与有机质、CEC 均呈显著正相关,这
表明有机质作为土壤酶的有机载体,对土壤酶活性
的影响较大,同时,中性磷酸酶活性可以表征土壤中
有机质转化能力以及土壤保肥特性[30-31] . 6 种中草
药根际和非根际土壤 pH与 5 种酶活性之间的相关
性都较高,这与葛晓改等[32]的研究结果相似,说明
土壤 pH 的变化是影响土壤酶活性变化的潜在原
因.在秦岭太白山区 6 种中草药生境下,根际区域土
壤 pH下降时,更有利于土壤有机质矿化作用增强
以及根系分泌物的增加,为微生物的生长和代谢提
供了充足的碳源和能源,使其大量繁殖,引起土壤酶
活性显著提高[33] . 与非根际土壤相比,根际土壤
pH、CEC、有机质、全氮、有效氮含量与酶活性的相
关性均较低,可能是由于非根际区域除受植物与土
壤接触面共同作用外,受土壤凋落物的影响较
大[34] .有研究表明,根际环境随着土壤类型和植物
种类的变化存在很大差异,根际微生物也受土壤、植
物等多种因子的复合影响[35] . 所以,对秦岭太白山
区中草药生境凋落物的保护,可以有效改善土壤微
生物的活性和功能,从而增强土壤酶活性.
3郾 3摇 6 种中草药根际和非根际土壤肥力的评价
土壤肥力水平综合得分表现为金露梅、珠芽蓼、
银露梅根际与非根际均较高,而鹿蹄草、玉竹、三尖
杉根际与非根际均较低,这主要与研究区土壤的垂
直带谱结构有关,主要受地质、地貌、气候和植被等
成土因素的影响. 常庆瑞等[36]研究表明,秦岭北坡
土壤的主要发生特性随海拔高度呈有规律的变化,
其中土壤有机质和 CEC均随着海拔的升高而递增.
此外,土壤淋溶作用也随着海拔的升高而增强,盐基
离子从表层沉积到深层土壤,从而使土壤 pH 和盐
基饱和度随之减小.
致谢摇 感谢农业部黄土高原农业资源与环境修复重点开放
实验室、农业部西北植物营养与农业环境重点实验室在土壤
样品分析测定过程中提供的大力帮助.
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作者简介摇 孟令军,男,1985 年生,硕士研究生.主要从事森
林土壤研究. E鄄mail: mlg486@ 126. com
责任编辑摇 李凤琴
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