土壤因子对植物生长的影响 试从土壤因子和大气因子对植物生长的影响,来说明提高作物产量的?
肖小河.乌头品质与土壤因子的相关性研究[J].中药材,1990,13(11):3.
自己找
土壤是中药材生长的基础和场所,其环境质量是GAP
中药材生产的先决条件。中药材生产涉及的气候、土壤等农
业生态因子与中药材GAP 的相关性研究是发展和完善中药
材产业化技术体系的基础保障。从本质上讲,中药材在不同
地区的生长发育随各地的地质条件、气候、土壤、生物等环境
生态条件的差异相应表现出产量、外观、有效成分含量的差
异变化,这说明环境生态条件与中药材生长发育息息相关。
现代中药材生产必须结合地理环境、农业生态条件对产量品
质的综合影响,以中药材GAP 为核心指导,走中药材GAP
基地建设的道路,以最终保证中药材质量的平衡稳定。
本文就土壤环境质量对中药材生长发育、品质质量、产
业化体系及中药材GAP 的相关性影响作出综述。
1 土壤环境质量和中药材GAP 的基本概念及特征
随着社会的发展和技术的进步,人类对自然环境的影响
范围和强度都在不断加大,由此引起的区域生态环境问题也
在不断扩大和加剧,如沙漠化、盐渍化、水土流失和酸雨等。
这些区域生态环境质量正在严重地威胁着人类赖以生存的
大气、土地和水资源,进而影响了可持续发展的能力。农田
土壤受重金属和农药等污染,继而对农作物和人体健康造成 严重威胁,是当今世界人们普遍关注的环境问题。土壤
是作物赖以生存的基础,其环境质量的优劣将直接影响作物
的产量和品质,它是农业环境生态质量的重要因子,由土壤
自然环境条件和人为社会经济结构组成。土壤环境质量指
标是土壤和作物污染程度的硬性指标,包括地质、地貌、气
候、水质、土壤、植被、工农业结构各生态因子及其相关因素,中土壤背景值和土壤环境容量是土壤环境质量评价和监
测的重要依据。
中药材产业化技术体系包括中药材资源数据库、中药材
资源生产管理规范、中药材资源精深加工技术等群组,其中
中药材GAP 规范是其重要的核心内容。中药材GAP 是国
际上正积极探索和实施的中药材生产质量管理规范,为使中
药材生产过程具标准化、规范化、丙工化而探索并实施的标准化规程。具体内容包括中药材产地生态环境、种质资源的利用,引种驯化栽培规格(SOP) 、生产质量管理规范等,其中大气、水质、土壤等环境生态质量是中药材GAP 实施的首要因素。
2 土壤环境质量对中药材GAP 的影响
合格的中材GAP 产品生产离不开土壤、气候、生物等环
境生态因子的综合效应,尤其是土壤生态因子配合其他农业
生态因子组合成最佳的可持续农业生态模式,已成为中药材产业化体系中生产合格GAP 中药材产品的重要条件。
211 地质状况对中药材GAP 的影响中药材具有地域性特点,讲求道地性。地质、气候及生物等各因子组合的“地质背景系统( GBS) ”制约着中药材的分布、生长发育及产量品质,也就是中药材有效成分的形成和积累与地质背景系统有着密切关系,这是道地药材具有强烈地域性之本质。究其原因,地质构造、分布和种类,土壤是以母质为基础的,在气候、生物等作用下,不断地同外界进行着物质、能量、信息的交流,即通过、岩石2(母质)2土壤2中药材”系统,将物质、能量、信息流(如矿质元素、地下水、地热等) ,源源不断地传递给中药材,这相应从某种角度决定了中药材的种类、地域分布和内在成分含量。因此, GAP 中药材的生产首先必须考虑的就是地质状况对中药材的产地制约,必须遵循“产地区划,讲求道地”的原则。
212 地形地貌对中药材GAP 的影响中药材主要分布于山区、丘陵、平原等大陆地貌类型中,拨高度、坡度、坡向及地形地貌等影响着中药材的分布、生长发育,为地形引起母质在地表进行再分配,进而引起光
热、水在母质和土壤中的再分配,其各因子的综合作用,导致中药材跟随土壤呈现纬度、经度、垂直地带性的“三向地带性”结合规律。中药材栽培在选择合适的地势类型的基础上,必须遵循“三向地带性”结合规律,在考虑经纬度、海拔的基础上进行引种驯化,扩大资源的再生繁衍,增强其产量品质。
213 气候因素与中药材GAP
光、热、水、气是构成气候条件的主要因子,它们决定了
成土过程的水热条件,是土壤环境系统中重要的因素,而且
与中药材生长发育唇齿相关。光照是中药材进行光合作用不可缺少的条件。不同类型的中药材对光照的要求不同,特别是对质量的影响。根据中药材对光照时间长短和生长发育所需日光量的不同,可分为阴生植物(如人参、细辛、黄精等) ,阳生植物(如地黄、薏苡等) 和中生植物;同时中药材个体的生长发育时期不同,光照强度对其的影响也不相同。因此,在中药材栽培上切实了解与掌握植物对光照强度的需求和特点,对GAP 中药材生产有着重要意义。例如,造地、间作、套作时,对植物种类的选择和搭配以及间苗、整枝、合理密植等都要适应植物对光强度的要求。温度是对中药材生产经常干扰的最重要的环境因子,对土壤的发育主要表现在土壤风化作用上。植物的生长发育均与温度存在最低、最适、最高温度“三基点”有着密切关联,植物的发育阶段不同,对温度“三基点”的要求也不相同,这是植物进化过程中对温度形成多样化适应的结果。因此,进
行中药材GAP 生产,掌握药用植物的温度“三基点”,非常关键。
水是中药材生命活动过程中不可缺少的环境条件。从生物化学、生物物理学水平来说,水在生命系统中对有机体
的热量平衡有着重要作用;从植物生态学水平来说,水对气
候类型的形成与稳定起着重要作用。水分在植物体内含量
最重,土壤水是植物根部吸收水分的主要源泉。不同植物对
水分的需要量不同,其生命活动的监界湿度是因物种而异
的,它决定了物种的分布范围。据中药材对水分的适应能力
和适应方式,一般将其分成旱生、湿生、中生、水生等不同种类,这是它们对水条件长期相适应的结果。尤其值得提醒的是,水质的好坏和污染程度直接影响药用植物产品品质,因此,中药材GAP 生产过程中,对水质的要求(包括灌溉水) 均应有其规范的标准。如灌溉水质执行农田灌溉水质量标准GB 5084292 等。
大气是由干净空气,水气和各种悬浮的固态杂质微粒组
成,是环境的重要组成要素,为维持一切生命活动所必需。
它的质量好坏,对整个生态系统和中药材品质直接带来影
响。氧和氮是地球一切生物呼吸和制造营养的源泉,中药材
必须在通气良好的土壤中生长;CO2 对植物光合效应影响巨
大。但污染的空气(尤其是工业“废气”) 对中药材品质产生危害。因此,在中药材GAP 生产中,空气环境质量须执行一定的标准规范,如“大气环境”质量标准GB3095282 等。
214 土壤生态因子与中药材GAP
中药材栽培生产对土壤除要求能提供良好的生根立足
条件外,还要求土壤能提供充足的营养、水分和空气(即土壤肥力) 。品质纯正、质量稳定的中药材原料需要未受重金属和农药等污染的土壤条件。土壤质地、土壤有机质、土壤营养、土壤水分、土壤酸碱度、土壤空气及土壤微生物等均影响土壤肥力及中药材生长发育和产量品质,土壤污染程度是中药材品质好坏的重要影响因素,中药材GAP 生产要求的土壤环境质量须有一定的规范标准,如执行1561821995 。
土壤质地是土壤中大小不同的土粒组合比例,按砂、粉、
粘粒的组成比例,可将土壤分为砂土、壤土及粘土类。不同
中药材要求的土壤类型均有较大的差异,一般保水保肥力
强、蔬松、团粒结构优良的砂壤土均适应大多数中药材的良好生长发育;土壤有机质是中药材和微生物的养料源泉,也是土壤肥瘦好坏的重要标志之一。它在改良土壤结构,提高土壤肥力,充分协调水、热、气关系起着巨大作用;土壤水分是土壤肥力的重要成分,是中药材生长发育水分最重要的来源。它地土壤和植物体内进行物质转化和能量平衡起着重要的促进作用;土壤酸碱度(即“土壤反应”) 对土壤肥力及植物生长影响很大,大多数中药材喜在中性或微酸、微度域值。故中药材栽培中注意土壤酸碱度并积极采取措施加以调控以适应中药材生长及质量的要求。
土壤营养(氮、磷、钾、微量元素、有机质等) 是供中药材
生长发育的“粮食”,是创造优质高产中药材必需的物质条件之一。植物的生长发育所需的营养均有其营养元素平衡问题,明显表现在土壤营养各因素之间以及与植物营养的相关性和中药材营养吸收具有选择性和阶段性吸收特性上,土壤营养元素除碳、氢、氧来自大气外,其余元素基本上都来自土壤,而施肥和土壤自身的营养富集是土壤营养的重要来源。因此,合理施肥是中药材产量水平的关键,高品位施肥是中药材产品质量的重要保证。进行中药材GAP 产品生产时,结合中药材生长发育规律和土壤营养的实际水平,寻求最佳的施肥模式,是中药材能达到“高效优质丰产”的重要措施。
土壤微生物、土壤有机质或土壤腐殖质是土壤肥力水平
的重要体现因素。有些中药材必须借助土壤微生物的共生
才能生长发育,同时土壤微生物又是土壤有机质的分解动
力,这些均给中药材良好的生长发育提供了优良的土壤环境
条件。
3 结语
311 土壤环境质量系统中,各环境因子是相互影响、相互制约的综合平衡关系,其结果使中药材生长发育表现出明显的土壤选择性。坚持合理的用养地结合,人为和社会经济结构的良好调整,走持续高效发展道路,远离污染,寻求和创造优质的土壤生态环境,进行中药材基地化建设,是“绿色”中药材产业化体系发展的基础条件,也是中药材GAP 生产的首
要因素。
312 解决中药材品种“质量统一”问题的根本措施在于寻求生态环境质量的“大统一”。在摸清中药材地质背景系统(GBS) 的基础上,综合考虑BS 对中药材的优势效应和制约效应,即结合地质条件、土壤系统、环境气候、生物等环境生态因子对中药材生长发育、品质质量的效应影响规律,综合平衡土壤等各生态因子的相关效应关系,确保中药材特有种类质量的平衡稳定。这其实就要进行中药材基地化建设生产,制定和组织实施中药材GAP 标准。其中筛选和评价土
壤环境质量等生态因素是“基地化”首先必须考虑的先决条件。
313 寻求合乎规范标准的大气、水质、土壤等土壤环境质量生态条件,针对中药材对气候、环境生态、地域性的特殊要求,组合成最佳的农业生态模式,是中药材基地化建设和中
药材GAP 的重要保障。
选择示范区主要农作物玉米和黄豆，针对洼地底平地、梯形地、石穴地三种耕地类型，利用模糊数学方法分析评价了各耕地类型影响作物生长的各层次主要障碍因子（表29）。影响洼地的主要障碍因子为土壤化学营养因子，影响梯形地的主要障碍因子为土壤环境因子和土壤化学营养因子，影响石穴地的主要障碍因子为土壤环境因子。化学营养因子可以通过施肥等投入得到缓解，但是环境因子必须通过长期的生态环境治理才能好转。其他层次障碍因子依次得到主要因子，从而依据难易程度采取措施提高土地生产潜力。需要指出的是，各类型土地中为主要障碍因子，并不代表这个因子对于这类型土地要差于其他类型土地，只是对该类土地内各因子相对而言的障碍因子主次。
表29 示范区各土地类型的土壤主要障碍因子
气候因子
土壤微生物包括细菌、真菌和放线菌等．温度和降水等
气候因子通过调控土壤的养分供给、数量及活性等影响土壤
微生物呼吸作用．
2．1．1温度在全球变暖的背景下，土壤呼吸作用所释放的
CCh将随着地球表面温度升高而增加，温度升高和土壤呼吸
作用增加构成全球变化的正反馈效应【 。，40, ．但许多研究
表明，随着温度升高．土壤呼吸作用对温度的敏感性将逐渐
降低，产生温度适应现象，从而可能在短期内缓冲气候的进
一步变暖．Luo等[ 。 认为基质的数量与质量可以调控土壤
呼吸作用对温度的响应，因为在温暖环境下，如果为微生物
生命活动提供能量的基质有限，微生物群落组成就会出现变
化；或者，对与土壤呼吸作用有关的生理和生态功能进行相
应的调整[ ，从而减少土壤呼吸量．土壤呼吸是一个酶促生
化反应过程，随着温度条件不同，微生物体内与呼吸作用有
关的酶的活性会产生一些变化，当温度超过一定的生理阈
限，一些酶的活性可能降低，甚至失活[ 。。，从而导致微生物
呼吸作用的温度敏感性降低．
另外，温度作用使得不同季节内微生物与根系呼吸作用
图1 土壤呼吸作用的主导影响因子
Fig．1 Affecting factors of soil respiration．
所占比例大小不同．李凌浩等【45]认为，在温度低于15℃ 的6
月中旬之前和8月下旬之后，土壤呼吸作用以微生物对土壤
有机质的分解为主；而在6月中旬至8月下旬之间，除土壤
微生物呼吸作用之外，植物活根系呼吸作用占有较大比例，
此时土壤呼吸作用由温度和水分共同控制．
2．1．2降水降水既可影响土壤含水量，又通过冲刷和淋溶
作用促进地上的有机残体向地下运输，使之成为土壤呼吸作
用的重要基质【34]．降水对土壤呼吸作用的影响是一个极为
复杂的过程，在不同生态系统中，因为不同的植被类型与覆
盖状况、土壤理化性质、降水前土壤中的水分状况、微生物种
类的构成和降水特点等等，降水对土壤呼吸作用的影响结果
是不一样的["]、降水促进微生物的活性与种群数量增
加[41 o6o]，土壤呼吸量因此迅速增大．AnderSon 2、Orchard
等[55]将降水对微生物活动和土壤可溶性有机碳分解的促进
作用当作一个短时效应(1 h内)，而降水后土壤中微生物生
物量的激增对土壤C02排放的促进作用则是一个长时效应
(1 d以内)、也有研究表明，降水将使土壤的通透性变差，
cch在土壤中的扩散阻力因此增大，导致雨后实际测定的土
壤呼吸作用减少[ t6o]、
2．2 土壤因子
土壤是微生物生存的基础，土壤环境变化将对微生物呼
吸作用产生直接影响，其中主要包括土壤水分、土壤有机质、
土壤pH值和土壤空气cch浓度等、
2．2．1土壤水分土壤中溶解性有机质是土壤微生物活动
能量的主要来源【24]，土壤水分的变化可能会使土壤中溶解
的有机碳总量发生变化、当土壤水分含量过低时，土壤溶液
中可溶性有机质的扩散受到妨碍，细菌等微生物将处于饥饿
环境之中．Linn等【48]将水分低于某一最适状态时土壤水膜
上可溶性有机质的限制归结为土壤呼吸量下降的原因．另
外，当土壤水分含量发生变化时，土壤微生物会适当调整能
量的用途、例如，一旦土壤含水量降低，微生物为了防止发生
萎蔫现象，就会将能量转移到生产适当的溶质上去[61]，从而
减少cch的产生．
与体积或质量含水量影响相比，土壤水的基质势(Ma—
tfic Potentia1)更适合描述由于土壤含水量降低所引起的微
生物或根系的干旱胁迫[23]、Orchard等[55]发现，基质势与微
生物呼吸之间存在着很好的指数关系．当基质势低于
一0．01 MPa时，微生物呼吸作用开始下降，这归因于细菌活
动的减弱，而真菌可以忍耐更大的水分胁迫．
2．2．2土壤有机质土壤微生物呼吸作用实际上是微生物
作用下的土壤有机质(SOM)分解过程，SOM 不仅为微生物
活动提供能源，而且对土壤物理、化学和生物学性质都有深
刻影响．土壤呼吸作用与SOM 含量及其组成有关，一般将
SOM 依分解难易程度划分为活性、中间和惰性组分3种、
CENTURY模型将性土壤异养呼吸作用80％ 归为活性组分
的分解，其余20％为中间组分的贡献【65]、另外，SOM 不同组
分对温度和C02浓度升高的反应不同[69]，从而间接影响土
壤呼吸作用、
2．2．3土壤pH值土壤pH值是土壤各种化学性质的综合
反应，可影响微生物生理代谢酶活性和细胞膜的稳定性，进
而影响菌体对环境营养物质的利用[33]、另外，有机质的合成
和分解、土壤微生物的活动、根系的生长发育和吸收功能等
都与土壤pH值有关．对东北羊草草原4种群落类型研究表
明，pH值与微生物呼吸速率呈负相关[ 引，而在海北高山草
2．2．4土壤空气CCh浓度土壤空气CCh浓度主要与土壤
中生成COz活性的大小和土壤通透性有关，随着土壤深度、
土壤含水量、土壤类型以及季节的不同而变化【l ．土壤空气
coz浓度较高时将抑制微生物的呼吸作用【砣， ．在农业生
产中．地膜覆盖栽培在增产的同时亦阻碍了土壤空气与地表
空气的交换。增加了土壤CCh浓度，土壤微生物的呼吸作用
受到极大抑制．因此，玉米生育期覆膜处理土壤呼吸强度大
多低于裸地
对于植物而言，大气中的碳和氮几乎是无限的，适宜的光照、温度、水分和来自土壤植物生长所必需矿质养分的供给，使植物转化、固定大气中碳氮并积累于土壤的这一过程得以长久、持续地进行下去，土壤有机质不断增长，直至另一过程——土壤有机质的分解过程的强度与有机质积累的速度相当时为止，而到达这一阶段则需要经历相当长的时间。
