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白及(Bletilla striata)为兰科白及属多年生宿根草本植物，以块茎供药用，能收敛止血，消肿生肌[1]，可治疗烧烫伤、手足皲裂[2]。近年来环境破坏严重，野生白及被过度采挖，造成白及资源日益枯竭，现已被列入《濒危动植物种国际贸易公约》[3]。而现代化工业制药对白及原料药材的需求量大，市场供需矛盾日趋突出[4]。可见，加大对野生白及生境的保护和利用，把白及由野生驯化为家种，对满足当代人们医病用药的需要，以及保护药用植物资源免于灭绝，均具有深远意义[5]。
盐亭的野生白及喜温暖、阴凉及空气湿度大的环境，不适应群居，常零星生长于林下阴湿处，或者常绿阔叶林、灌木林下。土壤是植物生境中重要的因子，其中的土壤酶是土壤微生物和植物有效吸收利用养分的关键因素，也是土壤功能多样性最有效的指示剂[6]。尤其是对于以块根鳞茎入药的白及，土壤的理化性质和土壤酶活性对其生长繁殖的影响更大[7]。反之，白及根部淋出物所含有的次生代谢物也会对土壤生物和酶活性产生影响[8]。有研究表明，贵州野生白及土壤中脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性与土壤物理性质之间的相关性不显著[9]，但土壤脲酶与过氧化氢酶活性对温度十分敏感[10]，说明土壤理化性质与土壤酶活性是白及根部生长的重要生境因素。
野生白及在四川省盐亭县有较多的自然分布，但由于人们对野生资源的认识不够，加之种植、采收技术的匮乏，使盐亭的白及生产仍处于未规模化开发的初级阶段，了解白及的生境条件和栽培技术是野生白及引种驯化中亟待解决的问题。因此我们选取四川盐亭野生白及的生境土壤，测定土壤的理化性质，分析其生境土壤特征，并对比其根系土壤酶活性，综合探究白及根系土壤酶的活性状况以及对其生长的影响，旨在为提高人工栽培高质量白及的技术提供依据。
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在四川盐亭野生白及生长环境取样。盐亭位于盆中丘陵区，气候温和，属亚热带湿润季风气候，主要有雍江、榉溪、湍江、弥江、梓江五大水系。全县森林覆盖率56.93％，林地面积达937.07 km2[11]。选择林下丘陵野生白及分布较平均的林地约500 m2作样方（标记为BS），对照组采样点选择同样林下丘陵无白及生长的地方（标记为CK）。采用S形五点采样法分别用环刀采集野生白及种植地和对照组土样，即时封装，编号，并于冰盒保存，带回实验室后立即分批测量并转入冰箱。
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用酸度计测定土壤pH值，直接法测容重，烘干法测土壤自然含水量。土壤全氮的测定采用凯氏消煮法，水解性氮的测定用碱解扩散法，全磷的测定用酸溶法，速效磷的测定采用碳酸氢钠法。采用高锰酸钾滴定法测定土壤过氧化物酶[12]。磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶[12]，标准曲线y=0.1581x+0.0625，R2=0.9959。用苯酚钠比色法测定脲酶的活性[13]，标准曲线y=0.0382x+0.0167，R2=0.9954。用3,5—二硝基水杨酸比色法测定转化酶活性[12]，y=0.0098x+0.0059，R2=0.9940。BS组和CK组各指标实验数据均为5次重复。
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采用SPSS13.0软件对所得数据计算平均值和标准差，并进行两独立样本t检验的分析，用EXCEL2016作图。
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实验测得，野生白及土壤的pH值为7.198±0.077(表1)，经t检验与对照组有显著差异(表2)，为偏碱性。野生白及土壤的容重为1.530±0.013 g/cm3，含水量18.000±1.488%，土样容重较高，土体紧实，孔径小，透气透水性能不良，保肥保水能力较差，是属于含矿物质多而结构差的未熟化的生土。这可能是采样点的林地属于较茂密的柏树林地，从而使白及土样容重偏高。
表 1 野生白及土壤的pH值、容重和含水量
Table 1. pH value, bulk density and water content of wild Bletilla striata habitat soil
pH 容重
Bulk density (g/cm3)含水量
Water content (%)对照(CK) 6.634±0.178 1.467±0.017 15.960±3.261 白及土壤(BS) 7.198±0.077 1.530±0.013 18.000±1.488 表 2 野生白及土壤理化指标和土壤酶活性的t测验
Table 2. T test of soil physical and chemical indexes and soil enzyme activities of wild Bletilla striata
方差齐性检验
Levene's Test for Equality of VariancesT测验 Sig.(2-tailed)
Sig.(2-tailed)of t-testF Sig. 总体方差无显著差异
Equal variances assumed总体方差有显著差异
Equal variances not assumedpH值 pH value 1.620 0.239 0.000 0.001 容重bulk density 0.408 0.541 0.000 0.000 含水量water content 3.821 0.086 0.239 0.253 全氮total nitrogen 0.281 0.610 0.064 0.065 全磷total phosphorus 0.074 0.793 0.021 0.021 水解氮hydrolytic nitrogen 2.746 0.136 0.214 0.225 速效磷
rapidly available phosphorus6.031 0.040 0.001 0.003 酸性磷酸酶
acid phosphatase activity26.282 0.001 0.001 0.004 碱性磷酸酶
alkaline phosphatase activity7.789 0.024 0.000 0.000 中性磷酸酶
neutral phosphatase activity39.749 0.000 0.008 0.02 过氧化氢酶活性
catalase activity2.207 0.176 0.000 0.000 脲酶urease activity 6.289 0.036 0.002 0.007 转化酶活性
invertase activity0.175 0.687 0.003 0.003 -
土壤中95%以上的氮都与有机质结合，能反映土壤诸多性质，是土壤肥效的重要方面。经测定和t检验分析，野生白及土壤的全氮含量为0.9856±0.047 g/kg(图1)，低于对照组，但与对照组差异不显著(表2)。从土壤肥力等级来看，土壤全氮含量在0.9 g/kg—1.3 g/kg的土壤为中等含量的土壤，故野生白及土壤全氮含量为中等。
图 1 野生白及土壤全氮和全磷含量
Figure 1. Total nitrogen and total phosphorus content of wild Bletilla striata habitat soil
土壤中水解氮含量小于100 mg/kg即为缺乏水解氮的土壤。水解氮易于矿化，占氮源的比例大，是缓效氮源，对野生物种意义较大。野生白及土壤的水解氮含量为60.87±1.85 mg/kg(图2)，低于对照，且与对照组有显著差异(表2)。结合全氮含量来看，发现野生白及土壤氮含量较为缺乏。
图 2 野生白及土壤水解氮和速效磷含量
Figure 2. Hydrolyzed nitrogen and available phosphorus content of wild Bletilla striata habitat soil
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土壤全磷含量是一个潜在的肥力指标，而速效磷是土壤中可以直接利用的磷肥，其含量的高低直接表明土壤供应磷素的能力。野生白及土壤的全磷含量为0.798±0.053 g/kg(图1)，低于对照组，且与对照组土壤全磷含量存在显著差异(表2)，其全磷含量属于中等。土壤速效磷含量为18.4±1.4 mg/kg(图2)，低于对照组，且与对照组也存在显著差异(表2)。说明野生白及土壤磷含量也较为缺乏。
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磷酸酶主要来源于植物根系和土壤微生物的分泌，是一类催化土壤有机磷化合物矿化的酶，其活性高低直接影响土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性。从酸性磷酸酶、中性磷酸酶和碱性磷酸酶的活性来看，盐亭野生白及根系土壤磷酸酶在0.426—0.473 mg/g之间，都远高于对照组(图3)，且均与对照组呈极显著差异(表2)。说明野生白及土壤中的磷酸酶活性较高，能够促进土壤有机磷分解转化发挥其生物有效性。
图 3 野生白及土壤磷酸酶活性
Figure 3. Phosphatase activity of wild Bletilla striata habitat soil
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过氧化氢酶作为土壤中的氧化还原酶类，其活性可以表征土壤腐殖质化强度大小和有机质转化速度，过氧化物酶在有机质氧化和腐殖质形成过程中起着重要作用。盐亭野生白及根系土壤过氧化氢酶活性高于对照组(图4)，且与对照组有极显著差异(表2)。
图 4 野生白及土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性
Figure 4. Activities of catalase, urease and invertase of Bletilla striata habitat soil
土壤脲酶是土壤氮循环过程中重要的土壤酶。脲酶对土壤有机氮水解转化起着重要作用，主要分解有机氮转化过程中形成的尿素，使其转化成矿物态的NH3，而矿物态NH3则是植物氮素营养的直接来源。野生白及根系土壤酶活性显著高于对照组(图4，表2)，说明分解尿素的能力较强，能够较好地将有机氮转化为氮素营养。
转化酶广泛存在于土壤中，主要来源于植物的根系和土壤微生物，是表征土壤微生物活性的重要的土壤酶。转化酶能裂解蔗糖分子，使蔗糖水解成葡萄糖和果糖。盐亭野生白及根系土壤转化酶活性也显著高于对照组(图4，表2)，说明土壤中能被植物和微生物利用的易溶性营养物质较多。
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通过对盐亭野生白及生境土壤和非白及生境土壤理化性质的比较，发现野生白及生境土壤与周围草本土壤环境有着明显差异。野生白及生境土壤容重较大，pH值较对照偏碱性，含水量稍高。土壤理化性质与植物生长相关，这种相关关系对于人工种植过程中土壤的选择和养分管理有重要意义[14]。云南野生小白及的土壤容重在1.1 g/cm3左右[15]，而在贵州野生白及生长的土壤中，土壤比重的范围在2.06—2.55 g/cm3[7]，而盐亭野生白及土壤的容重为1.5 g/cm3左右，介于二者之间。土壤比重越小则土壤的通气性能和持水能力越好[16]，说明盐亭野生白及的生境土壤有较好的通气性。但从含水量来看，盐亭野生白及土壤远低于云南野生小白及土壤含水量[15]，说明土壤持水性不好。pH值与云南小白及相当[15]，均为弱碱性，这与白及宜生长于弱碱性土壤的研究结果相似[17]。此外，在盐亭野生白及所属的川中丘陵区种植白及，还可采用松针土改土来改善土壤结构，防止板结，为白及根系的生长提供良好环境[18]。
与非白及生境土壤相比，盐亭野生白及水解氮含量稍高，全氮、全磷和速效磷含量均显著降低。自然生长的野生白及是喜阴植物，盐亭野生白及生长环境中，茂密的树木使得土体紧实，这影响了保水保肥效果和养分含量。有研究发现，在快速生长时期，白及对氮的需求较大，而对磷的需求量较小[19]，盐亭野生白及生境土壤的氮磷含量符合这一特征，也说明野生白及对根系土壤中氮磷的利用较好。测定数据表明，盐亭野生白及生境土壤是属于含矿物质多而结构差的未熟化的生土，说明白及对土壤自然肥力的要求不高。但也有研究发现，野生白及生长过程中对肥料的需求较大，在由野生进行家养驯化时，应注意底肥和不同时期的氮磷肥配比，尤其是摸清氮磷钾对白及林下栽培的整个生长发育规律，才能有助于白及产量和品质的提高[20-21]。
植物与土壤环境相互适应，土壤酶在土壤营养物质的循环和能量的转化过程中起着重要作用[22]，尤其是土壤脲酶、磷酸酶活性与土壤肥力之间存在着密切的关系[23]。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。土壤磷酸酶的活性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性[24]。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[25]。磷酸酶和脲酶是评价土壤肥力状况的重要水解酶[26]。在实验中，盐亭野生白及根系土壤的磷酸酶活性较低，但脲酶的活性处于比较高的水平，且均高于对照。这说明土壤有机质的转化能力比较高，土壤的供氮能力和有机质氧化能力也比较高。同时，过氧化氢酶作为土壤中的氧化还原酶类，其活性可以表征土壤腐殖质化强度大小和有机质转化速度，因此在有机质氧化和腐殖质形成过程中起着重要作用。土壤转化酶可以增加土壤中的易溶性营养物质，其活性与有机质的转化和呼吸强度有密切关系[24]。研究结果显示，盐亭野生白及根系土壤的过氧化氢酶和转化酶活性均显著高于对照，活性也处于比较高的水平，说明盐亭野生白及通过根系分泌物及残体脱落影响土壤肥力组分变化、酶活性及pH值，从而促进土壤养分循环。这与能够适应贫瘠环境条件的草麻黄研究结果相似[27]。
过氧化氢酶、转化酶、酸性磷酸酶的活性与土壤肥力因素(有机质、全氮、水解氮、有效磷、有效钾)密切相关，且酶彼此之间也密切相关，因此可以作为土壤肥力的参数[22]。研究发现，土壤磷酸酶及土壤pH之间呈显著负相关，土壤酶活性和土壤有机质具有相关性[17]。对野生樱桃李的研究证明，有机质、全氮的升高不利于蔗糖酶和过氧化氢酶活性的增加，但有利于磷酸酶和脲酶活性的增加[28]。此外，土壤酶活性与土壤中的有机质含量、生物代谢过程、微生物活性以及土壤湿度等都有着密切的关系[29]，土壤微生物数量也影响了土壤生物化学活性及土壤养分的组成与转化。因此，在盐亭野生白及的人工栽培过程中，一定要控制好土壤pH值，容重、含水量以及氮磷含量，在白及不同生长期调整各种营养元素的使用量比例，并综合考虑多种因素，创造适宜白及吸收营养的环境，这样有利于高产高质量白及的培育。
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研究结果表明，四川盐亭林下野生白及生境土壤pH值略显碱性，土壤容重适中，全氮、全磷和速效磷含量适中，水解氮含量较缺乏。但野生白及生境土壤的磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶和转化酶酶活性较高，利用和转化土壤有机质的能力较好。
Study on Soil Physical and Chemical Properties and Soil Enzyme Activities of Wild Bletilla striata Habitat in Yanting, Sichuan
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摘要: 为探究林下野生白及生境土壤性质，采集了四川盐亭丘陵地林下野生白及生境土壤，并以附近非白及生境土壤为对照，测定了土壤理化性质和土壤酶活性，并进行了对比分析。结果表明，野生白及生境土壤的pH值为7.198±0.034，土壤容重为1.53±0.015 g/cm3，全氮含量为0.9856±0.047 g/kg，磷含量为0.798±0.053 g/kg，速效磷的含量为18.4±1.4 mg/kg，水解性氮的含量为60.87±1.85 mg/kg。但野生白及生境土壤的磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶和转化酶酶活性显著高于对照，其根部利用和转化土壤有机质的能力较好。Abstract: In order to explore the soil properties of wild Bletilla striata habitat under forest, the soil of wild Bletilla striata habitat under forest was collected in Yanting hilly lands of Sichuan province, and the soil physical and chemical properties and soil enzyme activities were measured and compared with those of non-Bletilla striata habitat nearby. The results showed that the pH value of the soil in wild Bletilla striata habitat was 7.198±0.034, and the soil bulk density was 1.53±0.015 g/cm3, total nitrogen content was 0.9856±0.047 g/kg, the phosphorus content was 0.798±0.053 g/kg, the content of available phosphorus was 18.4±1.4 mg/kg, the content of hydrolysable nitrogen was 60.87±1.85 mg/kg. However, the activities of phosphatase, urease, catalase and invertase in the soil of wild Bletilla striata habitat were significantly higher than those of the control, and its roots had better ability to utilize and transform soil organic matter.
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Key words:
- Wild Bletilla striata;
- Habitat;
- Soil enzyme activity;
- Cultivation
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图 1 野生白及土壤全氮和全磷含量
Fig. 1 Total nitrogen and total phosphorus content of wild Bletilla striata habitat soil
图 2 野生白及土壤水解氮和速效磷含量
Fig. 2 Hydrolyzed nitrogen and available phosphorus content of wild Bletilla striata habitat soil
图 4 野生白及土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性
Fig. 4 Activities of catalase, urease and invertase of Bletilla striata habitat soil
表 1 野生白及土壤的pH值、容重和含水量
Tab. 1 pH value, bulk density and water content of wild Bletilla striata habitat soil
pH 容重
Bulk density (g/cm3)含水量
Water content (%)对照(CK) 6.634±0.178 1.467±0.017 15.960±3.261 白及土壤(BS) 7.198±0.077 1.530±0.013 18.000±1.488 
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表 2 野生白及土壤理化指标和土壤酶活性的t测验
Tab. 2 T test of soil physical and chemical indexes and soil enzyme activities of wild Bletilla striata
方差齐性检验
Levene's Test for Equality of VariancesT测验 Sig.(2-tailed)
Sig.(2-tailed)of t-testF Sig. 总体方差无显著差异
Equal variances assumed总体方差有显著差异
Equal variances not assumedpH值 pH value 1.620 0.239 0.000 0.001 容重bulk density 0.408 0.541 0.000 0.000 含水量water content 3.821 0.086 0.239 0.253 全氮total nitrogen 0.281 0.610 0.064 0.065 全磷total phosphorus 0.074 0.793 0.021 0.021 水解氮hydrolytic nitrogen 2.746 0.136 0.214 0.225 速效磷
rapidly available phosphorus6.031 0.040 0.001 0.003 酸性磷酸酶
acid phosphatase activity26.282 0.001 0.001 0.004 碱性磷酸酶
alkaline phosphatase activity7.789 0.024 0.000 0.000 中性磷酸酶
neutral phosphatase activity39.749 0.000 0.008 0.02 过氧化氢酶活性
catalase activity2.207 0.176 0.000 0.000 脲酶urease activity 6.289 0.036 0.002 0.007 转化酶活性
invertase activity0.175 0.687 0.003 0.003
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