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由于酸雨沉降以及化学肥料的过量使用等因素,土壤酸化程度进一步加剧,随之而来的铝毒害问题对我国粮食生产造成巨大威胁。目前,改良剂对酸性土壤改良以及植物铝毒害缓解的方法是农业生产中广泛应用的措施之一。在此背景下,本研究以黄棕壤和红壤为供试土壤,采用生物炭、生石灰、腐殖酸钾或外源脯氨酸4种不同改良剂对酸性土壤改良及植物铝毒害缓解进行研究。本文通过土壤盆栽试验研究4种不同改良剂对酸性土壤pH、速效养分、交换性铝含量以及土壤酶活性的影响,同时也通过白菜产量、养分吸收及抗逆性等分析不同改良剂对植物铝毒害的缓解效应,以揭示其对酸性土壤改良及白菜铝毒害缓解的潜在机制,为探讨植物铝毒缓解的新思路提供理论基础。研究结果如下:
(1)生物炭、生石灰和腐殖酸钾3种改良剂对黄棕壤和红壤上白菜生长的影响有较大差异:生物炭和生石灰均能较大地提高白菜的产量,而腐殖酸钾在黄棕壤中的施用效果好于红壤。黄棕壤和红壤上施用生物炭和生石灰均能促进白菜生长,增强其抗逆性,主要是提高了白菜产量、叶片氮磷钾养分含量及积累量、可溶性蛋白含量,显著降低丙二醛含量;但黄棕壤和红壤上施用腐殖酸钾对白菜生长的影响不同,黄棕壤上施用腐殖酸钾使得白菜产量显著增加了63.1%,达到25.93g/株,然而红壤上添加腐殖酸钾对白菜的生长无明显改善,仅为0.18g/株。
(2)生物炭、生石灰和腐殖酸钾3种改良剂对黄棕壤和红壤的土壤肥力影响不同:生物炭增加土壤pH、有效磷、速效钾、有机质含量以及脲酶与酸性磷酸酶活性,显著降低了交换性铝含量,土壤肥力得以增强,其中黄棕壤的pH增加1.39个单位,交换性铝含量减少了89.3%,有机质含量提高了168.4%;红壤pH增加0.82个单位,交换性铝含量降低了93.9%,有机质含量提高了775.6%。施用腐殖酸钾和生石灰均可显著提高土壤pH及蔗糖酶活性,减少交换性铝含量,但腐殖酸钾处理的交换铝含量依然很高;而施用生石灰降低了土壤碱解氮、速效钾、有机质含量。
(3)铝胁迫下小白菜的产量、抗氧化酶活性以及土壤pH明显降低,其中,产量降低了约10.6%,土壤pH降低了0.75个单位;此外,叶片丙二醛和铝含量以及土壤活性铝总量明显升高,其中,小白菜叶片铝含量和土壤活性铝含量分别增加了24.3%和15.3%,对小白菜产生明显胁迫作用抑制其生长。铝胁迫下施用不同浓度外源脯氨酸可以明显增加小白菜产量,抗氧化酶活性也显著提高,而叶片丙二醛和铝含量以及土壤活性铝含量显著降低,叶片铝含量分别降低了20.4%、45.6%和49.8%,说明不同浓度外源脯氨酸均能缓解铝对小白菜的胁迫作用。外源脯氨酸可缓解铝对小白菜胁迫作用,且缓解效果为T5>T4>T3,以50mmol·L-1外源脯氨酸缓解效果较好。
因此,生物炭、生石灰、腐殖酸钾或外源脯氨酸均可增强白菜抗逆性,增加土壤pH,降低土壤活性铝含量,促进白菜生长,进而缓解植物铝毒害。
(1)生物炭、生石灰和腐殖酸钾3种改良剂对黄棕壤和红壤上白菜生长的影响有较大差异:生物炭和生石灰均能较大地提高白菜的产量,而腐殖酸钾在黄棕壤中的施用效果好于红壤。黄棕壤和红壤上施用生物炭和生石灰均能促进白菜生长,增强其抗逆性,主要是提高了白菜产量、叶片氮磷钾养分含量及积累量、可溶性蛋白含量,显著降低丙二醛含量;但黄棕壤和红壤上施用腐殖酸钾对白菜生长的影响不同,黄棕壤上施用腐殖酸钾使得白菜产量显著增加了63.1%,达到25.93g/株,然而红壤上添加腐殖酸钾对白菜的生长无明显改善,仅为0.18g/株。
(2)生物炭、生石灰和腐殖酸钾3种改良剂对黄棕壤和红壤的土壤肥力影响不同:生物炭增加土壤pH、有效磷、速效钾、有机质含量以及脲酶与酸性磷酸酶活性,显著降低了交换性铝含量,土壤肥力得以增强,其中黄棕壤的pH增加1.39个单位,交换性铝含量减少了89.3%,有机质含量提高了168.4%;红壤pH增加0.82个单位,交换性铝含量降低了93.9%,有机质含量提高了775.6%。施用腐殖酸钾和生石灰均可显著提高土壤pH及蔗糖酶活性,减少交换性铝含量,但腐殖酸钾处理的交换铝含量依然很高;而施用生石灰降低了土壤碱解氮、速效钾、有机质含量。
(3)铝胁迫下小白菜的产量、抗氧化酶活性以及土壤pH明显降低,其中,产量降低了约10.6%,土壤pH降低了0.75个单位;此外,叶片丙二醛和铝含量以及土壤活性铝总量明显升高,其中,小白菜叶片铝含量和土壤活性铝含量分别增加了24.3%和15.3%,对小白菜产生明显胁迫作用抑制其生长。铝胁迫下施用不同浓度外源脯氨酸可以明显增加小白菜产量,抗氧化酶活性也显著提高,而叶片丙二醛和铝含量以及土壤活性铝含量显著降低,叶片铝含量分别降低了20.4%、45.6%和49.8%,说明不同浓度外源脯氨酸均能缓解铝对小白菜的胁迫作用。外源脯氨酸可缓解铝对小白菜胁迫作用,且缓解效果为T5>T4>T3,以50mmol·L-1外源脯氨酸缓解效果较好。
因此,生物炭、生石灰、腐殖酸钾或外源脯氨酸均可增强白菜抗逆性,增加土壤pH,降低土壤活性铝含量,促进白菜生长,进而缓解植物铝毒害。