全 文 ： ～ 6f
第 l9卷第 6期
1999年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA S】NICA
Vo1．19．No．6
Nov．，1999
人参红皮病与土壤生态条件的关系
圭查 ， 壁，孙艳君，郭世伟，刘兆荣
(吉林农业大学土化系．长春 130118) ～
j V r 0，。j
抽要 t采用生态样块方法，研究了白浆土区不同地貌生态条件对 人参红皮病的影响。结果表明，睐土中还原物质浓度随地
貌类型而变化．其中活性有机质与参根病情指数相关性最高，成为凡参红皮病发生的主要因素F铁的富集是人参红皮病
的主要特征 ，锰为次要因素F周皮铁主要为络古物．包括活性亚键 、活性高铁和非增性键 ，它们相互转化．视土壤水分状况
为转移iFeo／Fed与活性有机质相关显著，表明无定形铁是锈斑铁的主要 来源}床土通气性高，持水孔度也高，表明床土中
氧化过程和还原过程同时进行，对促进土壤中铁曲转化具有重要意义
关t谭：^ 参红皮痛F活性还原物质 周皮键醇形态；土壤生杏暑件 由 f
Relationship between the genesis of ginseng rust spots and soil eco—
logical conditions
LI Zhi-Hong．TIAN Shu—Zhen，SUN Yan—Jun．GUO Shi—Wei．LIU Zhao—Rong (Dept,ofSin1
Science and Agrochemlstry，Jilin Agricultural Univ~sity，Changchun 130118,China)
Abstract}This papEr deals with the ecological relationship between the condition of Ginseng rust spots，the
reducing substances in the bed soil and the epidermis iron forms of Ginseng roots within the albic soil re—
gion of Jilin lava platform．The results showed that the concentrtion of reducing substances varied in differ—
ent relief units．The active organic matter was markedly related to the ilness index and h~ome the major
factor in the genesis of Ginseng rust spots．The enrichment of iron played the first important role in the
epidermises of Ginseng rOOtS．The epidermis iron was ma inly composed of the organic complexing matter
including active ferrous and ferric forms，and non active ferric forms，and they were transSormed into each
other with the change o5 soil moisture and temperature regime．The Fe。／Fea was related to the active or-
ganic matter．that implied that amorphous iron in the soil might he the m jor sourc~．of Ginseng epidermis
iron．The capacity of air—filled pores was highel-and the capacity of water-holding pores also higher in the
bed soil．It suggested that the oxidation—reduction process in the soil to he tested happened at the same
time．and it was 0f important significance for the transforlTlation of iron the bed sol1．
Key w01 s：rust spots o5 Ginsenglactive reducing substances；forms o5 epidermis iron~soil ecological condi—
tions
文●蛐号r1000 0933(1999)05—0864 06 中田分类号：$567 5-1 文献标识码 tA
人参红皮病特征是参根周皮呈现锈色斑块。初现期，斑块仅见于主(侧)根的局部 随着参龄的增长锈
斑逐渐扩展到主(侧)根的大部分。60年代初 ，王韵秋首先指出，人参红皮病是湿土条件下．土壤 中铁 、锰离
子在参根 表面沉淀的结果 ，属非传染性病 害“J=随后 ，王鹊秋的观点得 到国内著名植病 专家周宗璜的肯
定 ]。80年代初张云成等总结 了抚松 ，靖宇等县一些参场人参红皮病防治的经验 ，认为人参红皮病的发生
与参地土壤有机质多 ．分解不彻底，土壤 含水量高有关 ] 武孔 云指出-人参根周皮铁 、锰等多种无机元 紊
的数量与错斑 等级呈显著相关 一。90年代初．根据白浆土发生理论 ．高垒芳等 指出，人参红皮病是氧化还
基盘项目 国家 自然科学基金资助项目
收稿 日期 l1997—09—25{任订 日期：1999-02 20
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6期 李志洪等：人参红皮病与土壤生态条件的关系 865
原过程交替，铁、锰离子在参根表面沉淀的结果 ，认为床土水分过多是人参红皮病发生的主要矛盾，必须实
行暗沟排水，才能使病害得到根治 上述情况表明．近几十年来 ，国内人参红皮病研究虽然取得一定进展，
但多为推理论述 ，实际试验研究很多，多为病参一健参，病土一健土或锈斑等级间个别性 质(如铁、锰 )的简单
对比，缺乏联系土壤生态的深入研究 本文以吉林省临江市白山参场不同地貌上人参栽培试验 多年研究为
根据t着重讨论人参红皮病 与土壤生态条件的联系 ，为阐明人参红皮病的发生和制定防治措旅提供依据。
1 试验条件与研究方法
试验地点位于吉林 省临江市东北 l10kin，年降雨量 850ram，年平均气温 4．7℃，地貌为平缓的熔岩台
地 ，海拔 870m，切割较明显，可分为岗地、平地和洼地等次级地貌类型 ，其 中平地(散斜 )面积较大。这些地
貌 对土壤类型和人参红皮病 的发 生有 明显 的影响 岗地相对 高差 l～2m 或更 高。土壤为普通 白浆土，
pH5．10～5-35，有机质 69．9～110．8g／kg，土壤质地为壤牯土 ，地 下水位 3～3．5m。平地 为滞水 白浆土，
pH4．65～4．70，有机质 87．7～107．4g／kg，土壤质地为壤牯土 ，地下水位 2．5～3mf洼地为深厚草甸土或潜
育草甸土tpH5．2o～j．40t有机质 112．1～142．2g／kg，土壤质地为粘土，地下水位 1．5～2．0m。
按着生态拌块的研究方法 ，分别在不同地貌(岗、平 、洼)上栽参(3年生参苗)，经 3a生长后 ，同时采土
拌和参拌(6年生)，拌方面积为 1～2m 。新鲜土拌(密封，3次重复)用 0．1M A1 (SO ) 溶液提取，测定还原
物质总量 (total reducing$~bstflnces，TRS)，活性还原物质(active reducing substances，ARS)．亚铁 ，活性有
机质 (Active O．M．)，亚锰 ]。土样风干后 ，测定游离铁(连二亚硫酸钠还原法)、无定形铁 (草酸铵提取法)、
培台铁 (焦磷酸钠法)；用 o．1mol／L NaOH溶液处理土拌 ，测定腐殖酸 (HA+FA)和 胡敏酸 (HA)．差算富
里酸(FA)。按着土壤农化常规分折方法 ，测定 pH，有机质以及其它项 目
采集拌块全部参根 (50~80支)作为 一个混合拌，谓壹参根病株敷和锈斑面积，计算病情指数固。然后
洗净参根爽干，用玻片刮皮，鲜皮样用 6mol／L HCI溶液提取，测定活性铁 ，即括性亚铁和活性高铁 }风 干
样品用灼烧法测定全铁和全锰 。
2 结果与讨论
2．I 床土还原物质与红皮病 发生的关系
随着栽参森林植被的砍伐和地被物的消失，床土天然滞水状况不复存在。床土富台粗腐殖质 ，加之做
床时混入半分解和 未分解的有机 物质多 。因而 床土活性有机质数量多，它们对固相表面氧化铁 或藏相中
Fe卜的还原 ，对溶液中 Fe 浓度的维持和稳定床土 Eh(300my左右，未列出)，以及对有机络台物的形成 ，
均起到积极的促进作用。表 1指出，红皮参床土 TRS(还原物质总量)一般在 0．2674 0．923cmol／kg之 间，
多数拌点较 自皮参床土高 0．3～1．7倍}红皮参床土 ARS(活性还原物质)在 0．069~0．273cmol／kg，较自皮
参床土高 0．5～4．8倍，TRS和 ARS均与病情 指数呈极 显著相关，r值 分别为 0．895一 和 0．977一 ( 一
12)，表明 ARS对翳斑的形成起重 要作用。床土 ARS包括 Fe抖和活性有机质 ，活性有机质为 Fe 的 1．5～
9．0倍，活性有机质和 Fe 与病情指数的相关系数(r)分别为 0．979。‘和 0．701‘，溶液中Fe抖与病情指数
的相关性不如活性有机质 ，显然与床土无稳定还原状态，Fe抖易于氧化 ，其浓度不稳定有关 。
ARS的浓度首先取决于床土水分状况。岗地切割明显，地面排水迅速 ，床土水分靠侧渗补给 ，土壤经常
保持较低的含水量 ，ARS的浓度为 0．I14~0．119cmol／kg，参根病情指数(6年生 ，下同)为 0．170~0．282。
平地地表排水较缓 ，床土水分也靠侧渗补给 ，土壤含水量经常保持较高 ，有机质 丰富 (87．7～107．4g／kg)，
土色发暗，ARS浓度多在 0．168~0．269cmol／kg，参根病情指数在 0．1 94～0．994 洼地不仅有毛管上升水
补给 ，也定期得到地表水的补给 (融雪期 ，雨季)，土壤 含水 量经常 处于 田间持水量 以上，有 机质含量 高
(112．]～142．2g／kg)，且腐殖质层厚 (>18em)，参根病情指数在 0．902~1．0之间(表 1)。
人参红皮病是特定的地貌 土壤生态条件下综合作用的产物 ，其发病程度 园地貌类型而异(表 2)。无论
① 病情指数一∑(各级发病皴×各级代表值)，(调查总教×最高级代表值)，其中。级为无病，1级为螃斑面积<10
2级为锈斑面积 1O ～25 一3级为螃斑面积 25 ～50 t 4级为螃斑面积>50
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866 生 态 学 报 l9卷
岗地还是洼地 ．人参红皮病未对参根产量有明显的影 响 ，说明人参红皮病是在不同地貌条件下 ，人参生理
衰 1 床土还厦牺质与帙的形盎和●根一皮赣、叠盎(mg／kg)~t病情指敷
1treble 1 0 珊 p 廿蚰 0f reducing 曲 n眦 豳 and forms 0f iron tn bed soil and forn~ 0f Fe antl Mtt量n the epIdermI姑 0f
G岫 e1g IIDOtS and jlc-a心 Index
pH
还原物质总量 TRS
(cmot／l~)
活性还原物质 ARS
(emot／l~)
亚铰 Fe (~mol／kg)
活性 0．M Active0．M
亚锰 Mn抖
游离铁 Fea
无定形铰 Fe。
晶质铰 Crgstatt[te Fe
(g／kg)
结台铰 Complex Fe
铰活化度 Feo／F
全铰 Total Fe
非活性铰 Nomietlve Fe
活性铰 Aetbze Fe
活性高铰 Active ferric Fe
活性亚铰 Active ferl~ous Fe
全暨 Total MⅡ
病情指散 Il Lness Ⅱdex
4．85 4．80 5．10 5．40 6．80 4．65 4 75 4 15 5．20 5．358 5．21 5．38 5 60
0．648 0．496 0．42O 0．854 0 725 O 86 0．267 O．572 0．923 0．425 0 552 0 86O O．315
0．168 0．069 0．119 0．273 O．218 0．269 0．139 O．129 0．270 0．114 0．118 0．263 0 047
0．039 0．014 0．029 0．041 0 019 O．049 0．024 O．030 0．037 0．021 0．028 0．035 0．024
0．129 0．055 0．09 0．232 0 199 0 20 o_115 0．099 0．224 0．063 0．053 0．218 0．023
0．018 0．022 0．014 0．009 0 017 0．015 0．031 0．022 0．017 0．026 0．025 0．019 0 045
9 2 8．6 8．3 9．3 9．4 8．6 8．8 8．6 10．4 8．5 9．1 9 5 —
1．5 1．3 1．2 1 5 1．5 1．4 1．4 1．3 1．6 1．1 1．3 1 5 —
7．7 7．3 7 1 7．8 7．9 7．2 7．4 7．3 8．6 7．4 7．8 8．O 一
1．8 1．9 1．4 1．1 1．1 1．3 1．5 2．0 1．3 1．5 1．6 1．1 —
0．163 0．151 0．145 0．161 0 160 O．163 0．159 0．151 0．153 0．129 0．143 0．154 —
810 528 596 1260 877 1015 511 651 1120 759 688 1012 460
453 287 274 774 408 493 236 268 470 300 309 438 212
357 305 322 486 469 52Z 315 383 650 359 379 574 248
165 162 162 188 205 218 150 180 345 186 174 277 212
192 143 160 299 264 3O4 165 203 305 173 205 297 36．0
53 101 72 20．6 44．5 21．9 41．9 31．4 48．2 72．3 51．9 46．7 36．O
0．563 O．194 0．282 1．000 0．799 n 994 0．355 0 478 0．902 0．170 0．189 0．929 0
衰 2 地魏 土壤生盎来件和^●红皮囊的关系
Table 2 The rell廿on0hIP kt-哪 the rdler soil钟0Io c condId眦 s ud G．卫暑Hg nlst spot
生化反应的结果 。病情指数在平地与岗地、平地与洼地之间均达到 p<0 005的差异显著水平(表 3)，说明
微生态条件对参根病情指数有较明显的影响。ARS在平地与岗地 、平地与洼地之间均达到 p<0．005的差
异显著水平 ．土壤 TRS仅在平地与洼地之间达到 声维普资讯 http://www.cqvip.com
6期 李志洪等 ：人参红皮病与土壤生态条件的关系 867
地与洼之间均达到 p相比，7、8号样块是在栽参前铺砂 1～2cm 厚然后摆参 ·7号样块为正常参 ，病情指数很低，8号参根带有轻
度锈斑 ，对比结果说明，局部参砂改土对调节床土水分 ，空气状况有较明显的效果 。所以，砂改土 区ARS显
著减步，使病情指数下降，但仍高于0．200，使参根失去加工红参的价值。1、2号样块位于岗地阴坡，参床相
邻捧列，但 1号床高<18cm，土壤含水量高，通气性差 ，参根病害重(表 3)
衰 3 备生舂洋地的成组比较分斩挂验 统计结果表明 ，床土中 Fe 和 Mn抖化学行为
Table 3 Group~oml~rislou蛆 |ly出 Imtween different e-
cologlca]laⅡd block~
em
M ound fl De pres
与洼
sion flat t vs
土壤 Soft
还原物质总量 TRS 7．428
活性还原物质 ARS 709．180’‘
亚铁 Fe抖 8．956
活性 0．M Active O．M 8．967
亚锰 Mn抖 I．361
辨离铁 Fed I．413
无定形铁 Fe。 1．225
品质铁 Crgstaltlne Fe I．652
络合铁 Complex Fe 12．799
铁括化度 Fe。，Fed 2．486
^骞 GivenR
全铁 Total Fe 9．354
非活性铁 Nonactive Fe 34．979一
活性 铁 Active Fe 8．999
括性高铁 Active ferric Fe 4．886
括性亚铁 Acttve feITOUS Fe 6．943
全锰 ToniMn 5 610
病情指数 Illness index 23．834一
：p<0．025差异显著 cp<0．025*u：ficiem diferent．
一 ：p不 同，前者 与病情 指数呈正相关 (r一0．701 ， 一
12)，后者与病情指数呈负相关(r⋯ 0 668 ， 一
12)(见表 4)。表明床土中Fe 和 Mn}．在锈斑形成
中存在拮抗作用，即前者促进人参红皮病的发生 ，
而后者 有抑 制作用 ，这 有别 于前 人研 究 的结 果。
Fe抖和 Mn卜两者之所以有拮抗作用，与 Mn卜一
Mn ，Fe卜-Fe 两个体系 E。的差异有关 ]。
2．2 参根周皮铁的形态及其分异规律
人参红皮病的特征是周皮铁含量高。表 1看出
红皮参全铁较自皮参高 0．2～1．7倍 ，因地貌和参
龄以及栽培措旋而异。地势是决定参根发病程度 的
首 要 因素 ，洼地 红 皮病 参全 铁平 均 比岗地 高 出
66 ，比平地高出 54 (P<0．00S)。随着参龄的增
长 ，红皮病参全铁含量逐年 增加 ，4年 生、5年生
和 6年生分 别为 482～867、588～ 1104和 858～
1159mg／kg。
参根周皮铁 的富集不仅是数量增加的过程 ．同
时也是铁的形态相互转化的过程。把参皮鲜样能为
6M HC1溶液提取的那一部分铁称 为活性铁，它包
括活性亚铁和活性高铁 ，并把全铁与活性铁之差称
为 非活性 铁，活性 铁、活性高铁和非活性铁是环境
铁转变为周皮铁的3十月联系的环节。参根活性亚
铁是环境铁向参根周皮表面富集的起始形态。活性铁含量高，这是红皮参周皮铁分异的重要特征。例如，同
为 6年生参根 ，红皮参活性亚铁为 143~304mg／kg，而自皮参为 36mg／kg(表 1)。
周皮铁的 4种形态(全铁 ，非活性铁 ．活性高铁 ，活性亚铁)与病情指数的相关程度都较高 (表 4)，均达
到 了极显著水平 (r一0，879‘。．0．792一 ，0．635 ，0．940一 ，”一12)，其中，周皮全铁可作为人参红皮病的特
征指标。床土 Mn抖与周皮活性亚铁呈负相关 ．而床土 Fe抖与周皮活性亚铁呈正相关 ，两者均为显著水平
(r 0 591 ．0．672 ，”一12)，这可能是床土 中 Mn卜一Mn¨ 与 Fe“+一Fe”+体 系拮抗作用在锈斑形成上
的反映 。
统计结果 (表 4)还表 明，床土活性有机质与周皮活性亚铁板显著相关 (r一0．917一 ， 一12)，床土亚铁
与周皮亚铁相关达到显著水平(⋯ 0 672 ， 一12)，说明活性有机质对周皮活性亚铁的富集有重要影响。
实验表明鲜样中的活性亚铁与 0，1 邻啡罗啉溶液不起反应，但能同 ， 联 吡啶起反应 ，说明它不是无机
亚铁离子 ，是络合常数较小的有机络台亚铁 ，可见参根周皮铁不是单一的无机氧化铁 ．而是有机一无机络合
物，同时存在高铁和低铁两种形态，高铁是亚铁进一步氧化的产物。
2．3 床土中铁形态、有机质和通气性对人参红皮病的影响
为了弄清土壤铁 的形态对人参红皮病 的影响 ，测定了游离铁 (Fea)、无定形铁 (Feo) 及络台态铁的含
量，差算晶质铁(表 1)。游离铁的含量表现出平、洼地高而岗地低的趋势，无定形铁也有相似的变化．因而
魄呲埔 0 0： 良 叭。扭
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868 生 态 学 报 l9卷
Fe。／Fed比值也表现为在平、洼地大而 岗地小 ．说明它们的形成与分配同土壤的水分状况有关 ，但平地与岗
地、平地与洼之间未达到差异显著水平(表 3) 从相关统计看(表 4)，土壤全铁与活性有机质无相关性 ，但
Fe。／Fe 与活性有机质显著相关(r一0 653 ， 一12)．说明无定形铁是周皮铁的重要来源。络合铁是床土中
含水氧化铁 与有机化合物相结合的组分 ，表现为洼地低而平 、岗地高的分布趋势 -平地与岗地、平地与洼地
之间均达到 p一12)，络合铁与周皮其它形态铁 以及病情指数呈负相关 ，说明土壤络合铁不是参根铁积累的来源 。
裹 4 床土活性组分与人参根皮赣薯形态殛囊情指数的相关系数”
TlMe 4 Cor~larioo coeffleleuts for active sub|taHc：es in bed soil，r0tins 0f Fe and M o io the epldermises 0f Ginseng roots
mid sl山 e自s index
*：显著相关 。P<0．05 suffic~ntlevel；**I挺显著相关，P<0．01 sufficientlevel。”河口参场数据来参加相关分析
裹 5 床土鼻殪质组成和孔隙状况
Tible 5 C哪叩 帕 I“OⅡof humus M d~omdltlons of pore space Io bed soil
供试土壤有机质含量与病情指数的关系达到显著水平 (r一0．621 ．n一12)．HA+FA、HA和 FA与病
情指数显著相关 (r一0．815一 ，0．786一 ，O．702 ， =12)(表 4)，说 明活性腐殖质对锈斑形成有较 明显的作
用。各腐殖质组分(HA+FA、HA和 FA)与 Fea／Fec相关显著(分别为 0．794一 ·0-796一 t0·631。)(表 4)，
说明土壤有机质，特别是活性腐殖质对床~de氧化铁 的转化有重要作用 ．对促进床土中氧化铁 的溶解、还
原，稳定溶液中 Fe抖的浓度有积极作用。
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6期 李志洪等：』、参红皮病 与土壤生态条件的关 系
供试土 壤物理 性 质 (表 5)的特 点 ，是在 整 十 生育期 间通 气孔 度 高 (平 均 39．∞ )，持水 度 也高
(36．06蹦)。这种孔隙状况 ，为床土中氧化与还原过程的同时进行创造了条件 。通气孔 隙处于好气状态进行
氧化过程使有机质大量分解 ，形成有络台脂力的中间产物 ，固相表面含水 氧化铁络合还原，形成有机络合
亚铁进入溶液之中；持水孔隙别处于赚气状态，进行还原过程，使液相内Fe抖嫌气还原为Fe抖。两者的共
同作用使溶液中 抖浓度维持较高的水平，成为锈斑形成的重要条件 由此可见，供试土壤氧化过程和还
原过程同时进行而非交替过程 。
统计结果表明，通气孔度 与活性高铁／活性亚铁 比值呈显著正相关，持水孔度与活性高铁／活性亚铁 比
值呈显著负相关 ，进一步证明床土水分状况是周皮 3种铁形态相互转化的重要条件。当床土含水量高时 ，
活性亚铁不易氧化为活性高铁 ，活性高铁也不易脱水螭合为非活性铁 }反之，当床土含水量低时，活性亚铁
易氧化为活性高铁 ，而活性高铁 易脱水(缩合)为非活性铁 一 由分子量大而失去活性的有机络合铁的多
聚体。
统计结果还表明，通气孔度与病情指数呈显著负相关(r⋯ 0 754 ，n一8)，说明维持床土疏抡多孔状
态，对减轻参根发病程度有重要意义。
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