全 文 ：中国生态农业学报 2009年 7月 第 17卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2009, 17(4): 637−642


* 贵州省“十一五”农业科技攻关项目[NY(2007)3017号]、中央补助地方科技基础条件专项资金项目(院所创能 2007-012)、贵州省省级科
研机构创新能力建设专项资金项目[(2007)22号]和贵州省农业科学院专项资金项目“贵州酸性黄壤铝形态与作物磷钙营养关系研究”资助
** 通讯作者: 王正银(1953~), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事植物营养资源利用、植物营养与品质等研究。Email: wangzy@swu.edu.cn
肖厚军(1962~), 男, 博士研究生, 主要从事植物土壤营养研究。E-mail: xiao-hjnky@163.com
收稿日期: 2008-07-27 接受日期: 2008-12-01
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00637
酸性黄壤施用磷石膏对高粱营养生长
和膜保护酶的影响*
肖厚军 1,2 王正银 1** 何佳芳 2 苟久兰 2
(1. 西南大学资源环境学院 重庆 400716; 2. 贵州省土壤肥料研究所 贵阳 550006)
摘 要 采用盆栽试验, 研究了贵州强酸性(pH 4.3)黄壤施用磷石膏对高粱生长、养分平衡、细胞膜保护酶活
性的影响。结果表明, 在强酸性土壤上种植耐铝能力弱的高粱, 铝毒害明显, 即使施用足量的氮磷钾肥, 作物
也生长不良。施用磷石膏和石灰后高粱出苗和生长正常, 各生物学性状均极显著优于对照, 施磷石膏高粱长势
优于施石灰处理；高粱干物质量与磷石膏 (X1)、石灰 (X2)的施用量呈二次曲线变化 (回归方程分别为 :
Yw=6.88+11.92X1−1.65X12, R=0.983**；Yw=6.88+6.39X2−0.72X22, R=0.996**)；磷石膏降低酸性黄壤铝毒、提高
植物钙含量的效果略逊于石灰, 在提高植物营养 3要素(特别是磷、钾元素)的作用方面优于石灰, 施磷石膏植
株磷含量是石灰处理的 1.17~2.43倍；施高量磷石膏的高粱植株氮/磷、氮/钾、钾/磷比值分别为 6.8~7.1、1.2~1.3
和 5.4~5.6, 比值适中、变幅小, 氮/铝、磷/铝、钾/铝、钙/铝比值提高, 改善和调节了高粱体内氮、磷、钾、
钙养分的平衡。高粱叶片细胞膜保护酶(SOD、CAT和 POD)活性分析表明, 施磷石膏、石灰后 SOD和 CAT活
性增加, POD活性和脯氨酸含量下降, 施磷石膏效果优于石灰。
关键词 磷石膏 强酸性黄壤 交换铝 养分平衡 膜保护酶
中图分类号: S156.6 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)04-0637-06
Effect of phosphogypsum on nutrient balance and membrane defense
enzyme of broomcorn in strongly acidic soils
XIAO Hou-Jun1,2, WANG Zheng-Yin1, HE Jia-Fang2, GOU Jiu-Lan2
(1. College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China;
2. Guizhou Institute of Soil and Fertilizer, Guiyang 550006, China)
Abstract Pot culture trials were conducted to probe into the effects of phosphogypsum on growth, nutrient balance and membrane
defense enzyme of broomcorn in strongly acidic yellow soils. Results show that the broomcorn seedlings do not grow well without
application of phosphogypsum or lime, even under sufficient nutrient supply. However, the seedlings grow normally after application
of phosphogypsum or lime, which increases soil pH and at the same time decreases exchangeable Al concentration in strongly acidic
soils. There is significantly quadratic correlation between seedling dry-weight (Yw) and phosphogypsum (X1) or lime (X2) dose. Re-
gression equations for the relations are: Yw = 6.88+11.92 X1−1.65 X12, R = 0.983**; Yw = 6.88+6.39 X2−0.72 X22, R = 0.996**. Lime is
superior to phosphogypsum in alleviating A1 toxicity and raising calcium content. But it is inferior to phosphogypsum in increasing
available nitrogen, phosphorus and potassium in broomcorn seedling. After phosphogypsum application, phosphorus content in
broomcorn seedling is 1.17~2.43 times that in lime treatment. Compared with lime treatment, phosphogypsum application increases
nitrogen, phosphorus, potassium and calcium contents while sustaining moderate levels of N/P, N/K and K/P. This improves the bal-
ance between nitrogen, phosphorus, potassium and calcium in broomcorn plant. Phosphogypsum is superior to lime with regards
increased activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT), and decreased activity of peroxidase (POD) and proline con-
tent (Pro) in the leaves of broomcorn. Phosphogypsum could therefore be regarded as a strongly acidic soil ameliorant that is superior
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to lime.
Key words Phosphogypsum, Strongly acidic yellow soil, Exchangeable aluminium, Nutrient balance, Membrane defense enzyme
(Received July 27, 2008; accepted Dec. 1, 2008)
黄壤是贵州省面积最大的土壤类型, 占全省土
壤总面积的 46.4%, 也是云、贵、川亚热带地区主要
的酸性土壤, pH<5.5 的强酸性黄壤面积占黄壤总面
积的 41.2%[1]。酸性黄壤地区的酸害和铝毒是农业生
产和生态环境建设的主要障碍因素之一[2]。施用石
灰是改良酸性土壤和消除铝毒的较为有效而经典的
方法, 通常耕层土壤酸度很容易降低, 且土壤耕层
交换性钙的浓度也会明显增加[3,4]。但大量或长期施
用石灰不仅会引起土壤板结而形成“石灰板结田”,
且易引起土壤钙、钾、镁等元素的平衡失调而导致
作物减产[5]。因此, 人们期望发现改良效果优于石灰
的替代物质。
磷石膏是磷复肥和磷化工行业的副产物, 其主
要成分是硫酸钙 , 还含有少量游离的磷酸 [6], 其质
量和组成与磷矿原料和工艺流程有关。近年来, 我
国磷化工企业每年副产的磷石膏达 30 Mt, 仅贵州
瓮福磷肥厂每年排放的磷石膏就达 300 万 t[7,8]。磷
石膏因其吸湿性及其他技术原因在建材上未得到广
泛应用, 我国磷石膏的有效利用率仅 10%左右[7]。目
前在磷化工企业磷石膏仍以露天堆放为主, 既占土
地又是潜在环境污染源。研究表明, 磷石膏不但可
以改良盐碱地, 还可作为酸性土壤改良剂[6,9−13]。贵
州现有耕地中, pH值小于 5.5的面积约 70万 hm2[1],
若能够就地取材 , 利用磷石膏改良酸性黄壤旱地 ,
达到增产改土的目的, 对减少磷石膏露天堆放带来
的环境压力, 充分利用磷石膏资源具有重要的现实
意义。有关磷石膏在酸性土壤上的应用研究已取得
一些结果, 但有关施用磷石膏改善作物养分平衡及
细胞膜保护酶的研究报道甚少。本文以耐铝能力弱
的农作物高粱为指示植物[14], 研究强酸性黄壤施用
磷石膏对高粱生长、养分平衡及细胞膜保护酶的影
响, 以期为酸性黄壤地区合理利用磷石膏资源提供
理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试土壤采自贵阳市花溪区磊庄黄泥土 0~
20 cm耕作层, 前茬小麦, 母质为第四纪红色黏土。
2007年 3月 6日采样, 土壤经风干、去除杂草、碎石
过筛备用。其基本理化性质为 pH(H2O)4.30, 有机质
32.0 g·kg−1, 全氮 1.57 g·kg−1, 全磷 1.18 g·kg−1,
全钾 20.8 g·kg−1, 碱解氮 103 mg·kg−1, 有效磷
11.1 mg·kg−1, 有效钾 119 mg·kg−1, 交换性铝 364.5
mg· kg−1。供试磷石膏为灰白色粉砂颗粒 , 含
CaSO4 77.5%, 交换性钙 19.9 g·kg−1, 水溶性磷
11.4 g·kg−1, 总铅、砷、铬、镉、汞分别为 32.0
mg·kg−1、18.0 mg·kg−1、1.5 mg·kg−1、3.0 mg·kg−1、
1.0 mg·kg−1 (低于 GB8172—87城市垃圾农用控制
标准限量值)。供试石灰为生石灰加水分散的熟石灰,
白色粉末, 含 Ca(OH)2 90%, 交换性钙 5.13 g·kg−1。
供试化学肥料氮肥为尿素, 含 N 46.5%, 磷肥为普钙,
含 P2O5 14%, 钾肥为氯化钾, 含 K2O 60%。
供试作物高粱品种为“青选二号”, 由贵州省农
业科学院旱粮研究所提供。
1.2 试验方案
采用盆栽试验, 根据供试土壤交换性铝测定值
计算石灰需要量的方法计算熟石灰用量[14], 按交换
性铝 364.5 mg·kg−1计算熟石灰需要量的理论值为
1.5 g·kg−1(土), 以此为中点, 设对照(不施石灰, CK),
施石灰 0.75 g·kg−1(土)(L1, 理论值的 50%), 施石灰
1.5 g·kg−1(土)(L2), 施石灰 2.25 g·kg−1(土) (L3, 理
论值的 150%)；按磷石膏与石灰相对中和值(50%)计
算磷石膏的用量, 设施磷石膏 1.5 g·kg−1(土) (PG1,
相当于 L1 的石灰用量), 施磷石膏 3.0 g·kg−1(土)
(PG2, 相当于 L2 的石灰用量), 施磷石膏 4.5 g·kg−1
(土)(PG3, 相当于 L3的石灰用量)。所有处理按每 kg
土壤施用 N 0.20 g、P2O5 0.06 g、K2O 0.16 g作底肥。
采用直径 26 cm、高 20 cm塑料盆钵, 每钵装土 8 kg,
每处理 3 次重复。每钵先装土 2 kg, 再按不同处理
将底肥和不同用量石灰或磷石膏与 6 kg土混匀后装
盆。2007 年 4 月 7 日播种高粱, 4 月 20 日定苗, 每
钵 6 株。氮肥基施 0.07 g·kg−1(土 ), 追肥 0.13
g·kg−1(土), 分 2次追施。种植 60 d, 试验期间按常
规管理。6月 7日取全株洗净稍干测量株高, 部分新
鲜叶片测保护酶活性；部分植株烘干后称干重, 最
后测定全量氮、磷、钾、钙、铝。高粱收获后取
盆栽土壤测定 pH、交换性铝、交换性钙、有效氮、
磷、钾。
1.3 样品测定方法
土壤交换性铝用 1 mol·L−1KCl[15](土液比 1︰10)
浸提, 铝试剂分光光度法测定。土壤 pH、有机质、
交换钙、有效氮、磷、钾和高粱植株全量氮、磷、
钾、钙、铝用常规方法测定[16]。超氧化物歧化酶(SOD)
活性用 NBT 还原法测定, 过氧化氢酶(CAT)活性用
高锰酸钾法测定 , 过氧化物酶(POD)用愈创木酚法
第 4期 肖厚军等: 酸性黄壤施用磷石膏对高粱营养生长和膜保护酶的影响 639


测定[17]。所有分析在贵州省农业科学院“喀斯特山
区农业资源与环境实验室”与“贵州省耕地质量建
设实验室”进行。
1.4 数据分析
记录和测定数据用 Excel2000 和 DPS 软件进行
统计与方差分析, 采用 SSR法进行差异性检验[18]。
2 结果与分析
2.1 施磷石膏对高粱生长的影响
高粱生物学性状测定结果(表 1)表明, 仅施用氮
磷钾肥的对照处理高粱出苗和生长状况最差 , 株
高、叶长、叶宽、干重、根长最低, 表明在土壤酸
度过大(pH值 4.3)的强酸性黄壤中, 因交换性铝的毒
害作用, 即使施用足量的氮磷钾肥, 作物也生长不
良。而施用磷石膏和石灰处理的高粱出苗和生长良
好, 各生物学性状均极显著优于对照, 其中等量施
用磷石膏与石灰处理的叶宽、叶长、干重差异极显
著, 表明适量施磷石膏或石灰都能有效减轻交换性
铝的毒害, 使作物正常生长, 并以施用磷石膏的效
果更佳。将磷石膏、石灰施用量分别与高粱株高、
干重和根长进行回归分析发现, 高粱株高(Yh)与磷
石膏(X1)、石灰(X2)的施用量均呈二次曲线变化, 回
归 方 程 分 别 为 : Yh=14.99+9.39X1−0.96X12, R=
0.998**；Yh= 14.98+7.92X2−0.77X22, R=0.997**。高粱
干重(Yw)与磷石膏、石灰的施用量也呈二次曲线变
化, 回归方程分别为: Yw=6.88+11.92X1−1.65X12, R=
0.983**； Yw=6.88+6.39X2−0.72X22, R=0.996**。高
粱根长(YRL)与磷石膏、石灰的施用量也呈二次曲线变
化 , 回归方程分别为 : YRL=107.4+41.13X1−5.32X12,
R= 0.916**；YRL=103.7+ 63.51X2−19.16X22, R=0.828**。
从回归方程的一次和二次项系数看, 磷石膏促进高
粱株高和干重增加的速率明显高于石灰, 对根长影
响的变幅磷石膏小于石灰。农作物生物学性状的显
著改善, 为作物高产打下良好基础, 因此在酸性土
壤上施用磷石膏可提高作物产量[10,12,13]。
2.2 施磷石膏对高粱植株氮、磷、钾、钙和铝含量
的影响
由表 2 可知, 与对照相比, 施磷石膏各处理的
高粱植株铝含量极显著下降, 氮、磷、钾、钙 4 种
营养元素含量极显著提高, 除钙含量外植株氮、磷、
钾含量极显著高于施用石灰处理, 并以磷含量的提
高幅度最大(提高 1.17~2.43倍)。表明在强酸性黄壤
中施用磷石膏显著促进高粱生长的重要原因是大幅
度抑制了植株对有害元素铝的吸收, 改善了植株的
氮、磷、钾、钙营养状况, 特别是磷素水平成倍提
高。高粱等禾谷类作物的磷素临界期在幼苗期 [19],
施用磷石膏可显著提高强酸性黄壤上高粱幼苗期植
株磷含量, 植株磷素丰富因而生长茁壮、生物量显

表 1 强酸性黄壤不同处理的高粱生物学性状
Tab. 1 Broomcorn biological characteristics in strongly acidic yellow soil under different treatments
处理
Treatment
株高
Plant height (cm)
叶长
Leave length (cm)
叶宽
Leave width (mm)
干重
Dry weight (g·pot−1)
根长
Root length (mm)
CK 14.8±0.29E 7.3±0.25E 4.3±0.11D 6.4±0.15G 105.6±27.2B
L1 25.7±0.82D 8.8±0.55D 5.4±0.12C 14.3±0.31F 134.8±35.1AB
L2 31.3±0.44C 9.6±0.62C 5.6±0.14C 19.1±0.31E 161.6±39.5A
L3 35.3±0.62B 10.8±0.70B 5.9±0.18BC 20.5±0.26D 147.7±29.6AB
PG1 27.5±1.18D 11.0±0.78B 6.1±0.21B 22.5±0.17C 162.5±58.7A
PG2 34.0±1.30B 12.3±0.85A 6.5±0.18AB 26.3±0.25B 177.5±51.2A
PG3 38.1±0.78A 13.0±0.90A 7.0±0.20A 27.5±0.26A 186.5±59.3A
表中同列数据后不同字母表示在 1%水平上差异极显著, 下同。Data followed by different letters in the same column are significantly dif-
ferent at 1% level. The same below.

表 2 不同处理高粱植株氮、磷、钾、钙和铝含量
Tab. 2 Contents of nitrogen, phosphorus, potassium, calcium and aluminum in broomcorn plant under different treatments g·kg−1
处理 Treatment N P K Ca Al
CK 26.61±0.38F 1.27±0.10C 21.01±0.52C 8.35±0.68F 0.686±0.011A
L1 27.74±0.71E 1.05±0.15D 20.14±1.35C 12.33±0.36BC 0.397±0.012D
L2 28.82±0.66CD 1.27±0.22C 20.86±1.33C 12.82±0.39AB 0.378±0.005EF
L3 28.34±0.28D 1.45±0.20C 21.34±0.51C 13.26±1.00A 0.367±0.011F
PG1 29.02±0.48C 2.28±0.15B 22.76±0.81B 10.34±0.65E 0.445±0.007B
PG2 31.03±0.69A 4.35±0.18A 23.64±1.35AB 10.84±0.56DE 0.416±0.005C
PG3 29.57±0.75B 4.35±0.19A 24.51±0.80A 11.54±0.57CD 0.381±0.003E
640 中国生态农业学报 2009 第 17卷


著提高(表 1)。施石灰处理的高粱植株仅氮、钙 2种
营养元素极显著高于对照, 铝含量极显著降低, 施
石灰在降低强酸性黄壤铝毒、提高植物钙含量方面
的效果虽然优于磷石膏, 但在提高植物营养三要素
(特别是磷、钾元素)方面的作用却远不及磷石膏。因
此, 施石灰处理较对照也显著提高高粱植株生物量,
但其作用效果逊于磷石膏(表 1)。
2.3 施磷石膏对高粱植株氮、磷、钾、钙和铝吸收
量的影响
以各处理高粱植株氮、磷、钾、钙和铝的含量
为基数, 计算各处理高粱植株吸收氮、磷、钾、钙、
铝的吸收量(表 3)。结果表明, 施用磷石膏和石灰的
高粱植株氮、磷、钾、钙的吸收量明显高于对照, 且
施磷石膏处理大于施石灰处理。其中氮、磷、钾素
的变化趋势与该 3种元素的植株含量(表 2)具有一致
性, 即施用磷石膏处理的植株氮、磷、钾吸收量显
著高于施石灰处理。高粱植株钙吸收量也是施用磷
石膏处理高于施石灰处理, 这与表 2 中各处理钙含
量的特点不一致, 主要是施用磷石膏处理的高粱植
株生物量大大高于施石灰处理, 导致植株钙元素的
吸收量相应增加。施磷石膏和石灰处理高粱植株铝
元素的吸收量高于对照, 其原因是施磷石膏和石灰
处理高粱植株生物量大大高于对照处理, 但铝元素
吸收增量明显低于氮、磷、钾、钙的吸收增量。强
酸性黄壤上施用磷石膏和石灰虽然均能提高高粱植
株氮、磷、钾、钙的吸收量、调节植物体内重要营
养元素的平衡、降低铝元素的吸收量, 但就作用效
果看施磷石膏处理优于施石灰处理。
2.4 施磷石膏对高粱植株氮、磷、钾、钙和铝含量
比值的影响
研究表明, 高产作物的氮/磷、氮/钾、钾/磷比是
有一定范围的[19,20]。表 4表明, 本试验中生长良好的
施高量磷石膏处理(PG2 和 PG3)高粱植株的氮/磷、
氮/钾、钾/磷比分别为 6.8~7.1、1.2~1.3和 5.4~5.6, 生
长较差的施低量磷石膏处理(PG1)分别为 12.7、1.3
和 10.0, 而生长差的施石灰处理(L1、L2和 L3)分别
为 19.5~26.4、1.3~1.4和 14.7~19.2, 生长最差的对照
处理分别为 20.9、1.3和 16.5。比较生长差异大的高
粱三要素比例, 不难发现氮/钾的变幅小, 氮/磷和钾
/磷的数值悬殊, 变幅增大。显然, 高粱生长差的原
因是三要素的比例悬殊, 变幅太大, 养分不平衡。由
此表明, 用三要素养分比例作指标评价施用石膏和
石灰对植物生长的效应比用相应的养分含量更为客
观。高粱生长最好的施磷石膏处理(PG2和 PG3)植株
氮/铝、磷/铝、钾/铝、钙/铝比值分别为 74.6~77.6、
10.5~11.4、56.8~64.3 和 24.8~30.3, 而对照植株氮/
铝、磷/铝、钾/铝、钙/铝比值分别为 38.8、1.8、30.6
和 12.2, 两类植株的 4 种比值差异很大。对照处理
的该 4 种比值大幅度降低, 系铝含量过高、干扰植
物必需营养元素平衡所致。而施用磷石膏和石灰可
降低高粱植株铝含量, 亦即降低了铝毒, 改善和调
节了高粱体内氮、磷、钾、钙养分的平衡。

表 3 不同处理高粱植株氮、磷、钾、钙和铝吸收量
Tab. 3 Absorbing amounts of nitrogen, phosphorus, potassium, calcium and aluminum
in broomcorn plant under different treatments mg·pot−1
处理 Treatment N P K Ca Al
CK 170±3E 8.3±0.6C 134±3E 54±5E 4.39±0.07D
L1 396±10D 14.3±1.0D 287±20D 176±6D 5.68±0.17C
L2 550±13C 24.8±4.0C 399±25CD 244±8C 7.22±0.95B
L3 580±6C 28.7±4.0C 436±10C 273±20B 7.52±2.25B
PG1 652±11B 51.7±3.0B 513±18B 243±14C 10.01±1.57A
PG2 815±18A 113.1±5.0A 621±37A 284±16B 10.94±1.31A
PG3 814±19A 118.0±5.0A 674±22A 316±16A 10.48±0.82A

表 4 不同处理高粱植株氮、磷、钾、钙和铝含量的比值
Tab. 4 Ratio among nitrogen, phosphorus, potassium, calcium and aluminum contents in plant of broomcorn under different treatments
处理 Treatment N/P N/K N/Ca N/Al K/P Ca/P P/Al K/Al Ca/Al K/Ca
CK 20.9B 1.3A 3.2A 38.8D 16.5B 6.6B 1.8D 30.6D 12.2D 2.5A
L1 26.4A 1.4A 2.2C 69.9B 19.2A 11.7A 2.6CD 50.7C 31.0B 1.6C
L2 22.7B 1.4A 2.2C 76.2A 16.4B 10.1A 3.4C 55.2B 33.9AB 1.6C
L3 19.5BC 1.3A 2.1C 77.2A 14.7C 9.1A 3.9C 58.1B 36.1A 1.6C
PG1 12.7C 1.3A 2.8B 65.2C 10.0D 4.5C 5.1B 51.1C 23.2C 2.2B
PG2 7.1D 1.3A 3.0A 74.6A 5.4E 2.4D 10.5A 56.8B 24.8C 2.3AB
PG3 6.8D 1.2A 2.6B 77.6A 5.6E 2.6D 11.4A 64.3A 30.3B 2.1B
第 4期 肖厚军等: 酸性黄壤施用磷石膏对高粱营养生长和膜保护酶的影响 641


高粱干重与植株氮、磷、钾、钙、铝含量相关
分析(表 5)表明, 高粱干重与植株氮、磷、钾含量呈
显著正相关, 与铝含量呈显著负相关；植株氮与磷、
钾呈显著正相关, 磷与钾呈极显著正相关, 钙与铝
呈显著负相关。表明在强酸性土壤种植高粱, 提高
植株氮、磷、钾含量对生长固然重要, 但降低铝含
量(铝毒)也不可忽视。强酸性土壤在施用充足氮、磷、
钾肥时, 还必须考虑增钙降铝措施, 提高植物必需
营养元素的生物有效性。而在这类土壤上施用磷石
膏恰好有增钙降铝、提高养分有效性、改善植物生
长的良好作用。
2.5 施磷石膏对高粱叶片活性氧代谢酶的影响
超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过
氧化物酶(POD)都是植物细胞内膜脂过氧化防御系
统重要的保护酶, 其中 SOD主要功能是催化超氧化
物阴离子自由基 2O−发生歧化反应生成 H2O2 和 O2,
从而清除 2O−。POD 和 CAT 的作用相似, 都能够及
时清除细胞内过量的 H2O2 。在过酸逆境中植物细胞
内活性氧产生与清除的平衡遭到破坏, 从而引起自
由基积累和膜脂过氧化, 过酸逆境改良后保护酶的
活性发生变化。表 6 表明, 施磷石膏、石灰可有效
改善强酸性黄壤的过酸环境, 高粱叶片内活性氧产
生与清除的平衡得到保护。与对照相比 , 叶片中
SOD和 CAT活性随磷石膏、石灰处理施用量增加呈
逐渐提高的趋势 , POD 活性则相反 , 随磷石膏、
石灰处理施用量增加逐渐下降。磷石膏提高高粱叶
片保护酶活性的能力强于石灰。彭艳等[21]研究指出,
铝胁迫导致小麦叶片和根系的 3 种酶活性在一定范
围内随胁迫强度的增加而上升, 重度胁迫下会有所
下降。蔡妙珍等[22]的研究表明, 荞麦、小麦叶片的
SOD 和 POD 活性随 Al 胁迫浓度持续增长, 虎杖和
水稻的 SOD和 POD活性随 Al胁迫则持续下降。本
研究所得随 Al 胁迫减轻(磷石膏、石灰用量增加)高
粱叶片 SOD 和 CAT 活性提高的结果与蔡妙珍等的
研究结果相近。
脯氨酸(Pro)的积累是植株对逆境环境反应的一
个敏感指标。王保义等[23]的研究指出, 荞麦叶内游
离脯氨酸含量随铝胁迫强度增强而增加；谢国生
等 [24]研究铝胁迫对水稻幼苗的影响也得出类似结
果。本研究中, 对照高粱植株的脯氨酸含量最高, 施
磷石膏、石灰的高粱植株脯氨酸分别下降 11.5%~
32.2%和 13.6%~35.0%, 也表明强酸性黄壤存在铝胁
迫的影响, 施磷石膏、石灰的高粱植株脯氨酸下降,
说明铝胁迫的影响被减弱, 强酸性黄壤得到改良。
3 讨论
强酸性土壤因铝毒和养分缺乏等问题而导致作
物生长不良, 缓解或消除铝毒是改良这类低产土壤
的根本所在。否则即使养分供应充足, 作物仍不能
正常生长。本试验对照处理施用了丰富的氮磷钾肥,

表 5 高粱植株干重与氮、磷、钾、钙含量的相关系数
Tab. 5 Correlation coefficients among nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, aluminum contents
and dry weight of broomcorn plant
项目 Item 干重 Dry weight N P K Al Ca
干重 Dry weight 1.000 0.911** 0.779* 0.790* −0.747* 0.360
N 1.000 0.824* 0.750* −0.594 0.161
P 1.000 0.956** −0.248 −0.194
K 1.000 0.209 −0.222
Al 1.000 −0.864*
Ca 1.000
R0.05=0.75, R0.01=0.87.

表 6 不同处理对高粱叶片活性氧代谢酶及脯氨酸含量的影响
Tab. 6 Effects of different treatments on SOD, CAT, POD activity and protein content of broomcorn leaves
处理
Treatment
超氧化物歧化酶活性
SOD activity
[U·g−1(FW)]
过氧化氢酶活性
CAT activity
[μmol(H2O2)·min−1·g−1]
过氧化物酶活性
POD activity
[U·min−1·g−1]
脯氨酸含量
Protein content
[μg·g−1(FW)]
CK 259.6±0.9G 95.2±1.5G 71.8±1.4A 28.6±1.0A
L1 312.8±2.2E 100.8±1.8F 67.4±1.3B 25.3±0.9B
L2 328.8±1.8D 122.4±1.5E 58.4±1.3C 21.9±0.8C
L3 350.8±2.5B 136.0±1.6D 50.7±1.2D 19.4±0.6D
PG1 283.9±1.9F 149.6±1.8C 65.5±1.4B 24.7±0.7B
PG2 346.3±1.0C 163.2±1.9B 53.1±1.2E 21.3±0.7C
PG3 354.4±4.4A 190.4±2.1A 32.8±1.0F 18.6±0.6D
642 中国生态农业学报 2009 第 17卷


但耐铝力弱的高粱仍不能正常生长, 说明消除铝毒
的重要性。在以往酸性土壤改良中, 研究者大多侧
重于利用有机物、碱性无机物, 如添加石灰或石灰
粉, 通过提高土壤 pH降低铝的活性, 达到缓解铝毒
的目的[25−27]。由于氢氧化钙和石灰粉的溶解度较低,
在土壤剖面中的移动性很差, 对亚表层土壤酸度改
良也很缓慢, 同时大量或长期施用石灰不仅会引起
表层土壤板结而形成“石灰板结田”, 且易导致土
壤钙、钾、镁等元素的平衡失调而导致作物减
产[5]。在酸性土壤上施用石灰还可能引起镁与铝水
化氧化物的共沉淀, 降低土壤溶液中 Mg2+的活度和
植物有效性[28]。本研究结果也表明, 施用石灰降低
土壤交换性铝、提高高粱钙含量的效果较好, 但不
能显著提高植株磷、钾含量, 高粱的长势仍较差。
显然, 石灰并非强酸性土壤的最佳改良剂。
强酸性土壤改良不仅要降低土壤酸度和过多
铝、锰元素等的毒性, 还必须提高土壤中磷、钾养
分的有效性 , 耐酸或耐铝力弱的作物才能正常生
长。研究表明, 高产小麦、玉米的氮/磷、氮/钾、钾
/磷比有一定的适宜范围[19], 且变幅小, 作物营养平
衡对获得高产优质非常重要。本研究结果表明, 施
磷石膏后高粱生长良好, 植株氮/磷、氮/钾、钾/磷比
变幅较小, 与小麦、玉米等禾谷类作物的研究较为
一致[20]。施磷石膏后生长良好的高粱植株磷/铝、氮
/铝、钾/铝、钙/铝比值明显高于生长较差的高粱植
株, 表明土壤铝毒明显被抑制, 而氮、磷、钾养分的
有效性明显提高, 从而达到对强酸性土壤改良和培
肥并举的双重目的。在盆栽试验中对照高粱生长不
良, 有明显的早衰现象, 施磷石膏的高粱生长良好,
无早衰现象。表明对照栽培土壤存在铝胁迫, 高粱
叶片细胞内活性氧产生与清除的平衡遭到破坏, 从
而引起自由基积累和膜脂过氧化产生早衰。对细胞
内膜脂过氧化防御系统重要保护酶(SOD、CAT 和
POD)活性分析的结果也证实了观察的现象。因此,
可以推测磷石膏是一种优于石灰的营养型强酸性土
壤改良剂。施磷石膏对强酸性土壤上高粱生长、营
养平衡和细胞膜保护酶的积极作用是可以充分肯定
的, 但高粱植株生物量的大幅度提高还可能与酸性
土壤的其他物理、化学、生物和生化性状的改善有
关, 这有待进一步深入研究与探讨。
参考文献
[1] 贵州省土壤普查办公室. 贵州省土壤[M]. 贵阳: 贵州科技
出版社, 1994: 63−167, 564
[2] 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
[3] 郭和蓉, 陈琼贤, 郑少玲, 等. 营养型土壤改良剂对酸性土
壤的改良[J]. 华南农业大学学报: 自然科学版, 2003, 24(3):
24−26
[4] 赵其国, 季国亮, 陈怀满, 等. 中国东部红壤地区土壤退化
的时空变化、机理及调控[M]. 北京 : 科学出版社 , 2002:
70−75
[5] 易杰祥 , 吕亮雪 , 刘国道 . 土壤酸化和酸性土壤改良研究
[J]. 华南热带农业大学学报, 2006, 12(1): 23−28
[6] 张宝安 , 章守陶 . 从磷石膏的特性谈农业上的应用[J]. 土
壤肥料, 1997 (2): 3−7
[7] 纪罗军, 陈强. 我国磷石膏资源化利用现状及发展前景综
述[J]. 硫磷设计与粉体工程, 2006 (5): 5−10
[8] 何全基 , 吴永安 . 宏福公司生产动态[J]. 化工矿物与加工 ,
2006 (10): 40−41
[9] 叶厚专 , 范业成 . 磷石膏改良红壤的效应[J]. 植物营养与
肥料学报, 1996, 2(2): 181−185
[10] Alva A. K., Sumner M. E., Miller W. P. Reactions of gypsum
or phosphogypsum in highly weathered acid subsoil[J]. Soil
Sci. Soc. Am. J., 1990, 54: 993−998
[11] Sumner M. E. Gypsum as an Ameliorant for the Subsoil
Acidity Syndrome[M]. Florida Institute of Phosphate Re-
search. Florida: Bartow, 1990: 35−48
[12] Alva A. K., Sumner M. E. Amelioration of acid soil S infertil-
ity by phosphogypsum[J]. Plant and Soil, 1990, 128: 127−134
[13] Sumner M. E., Shahanden H., Bouton J., et al. Amelioration
of an acid soil profile through deep liming and surface appli-
cation of gypsum[J]. Soil Sci. Soc. Am. J., 1986, 50:
1254−1258
[14] 何念祖 , 孟赐福 . 植物营养原理[M]. 上海: 上海科学技术
出版社, 1987: 202−210
[15] 邵宗臣 , 何群 , 王维君 . 红壤中铝的形态 [J]. 土壤学报 ,
1998, 35(1): 38−47
[16] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技
出版社, 2000: 146−203
[17] 赵世杰, 刘华山, 董新纯. 植物生理学试验指导[M]. 北京:
中国农业科学技术出版社, 1998
[18] 唐启义 , 冯明光 . 实用统计分析及其 DPS 数据处理系统
[M]. 北京: 科学出版社, 2002: 33−184
[19] 王正银 . 作物施肥学 [M]. 重庆 : 西南师范大学出版社 ,
1999: 75−92
[20] 谭金芳. 作物施肥原理与技术[M]. 北京: 中国农业大学出
版社, 2003: 71−75
[21] 彭艳, 李洋, 杨广笑, 等. 铝胁迫对不同小麦 SOD、CAT、
POD 活性和 MDA 含量的影响[J]. 生物技术, 2006, 16(3):
38−42
[22] 蔡妙珍, 刘鹏, 徐根娣, 等. 蓼科、禾本科植物细胞膜对铝
胁迫反应的比较研究 [J]. 水土保持学报 , 2005, 19(6):
122−125
[23] 王保义, 李朝苏, 刘鹏, 等. 荞麦叶内抗氧化系统对铝胁迫
的响应[J]. 生态环境, 2006, l5(4): 816−821
[24] 谢国生, 范雪莲, 师瑞红, 等. 铝胁迫对水稻幼苗生理变化
的影响[J]. 农业环境科学学报, 2006, 25(1): 34−38
[25] 陈梅 , 陈亚华 , 沈振国 , 等 . 猪粪对红壤铝毒的缓解效应
[J]. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(2): 173−176
[26] 赵美芝 , 罗质超 , 高建平 . 红壤中交换性铝调控条件的研
究. II. 有机质和 CaCO3对交换性铝的影响[J]. 土壤与环境,
1999, 8(2): 127−129
[27] 孟赐福, 傅庆林, 水建国, 等. 浙江中部红壤施用石灰对土
壤交换性钙、镁及土壤酸度的影响[J]. 植物营养与肥料学
报, 1999, 5(2): 129−136
[28] 王敬国. 植物营养的土壤化学[M]. 北京: 北京农业大学出
版社, 1995: 131−141