土壤pH对植物生长发育影响的研究进展

唐 琨，朱伟文，周文新，易镇邪，屠乃美

(湖南农业大学农学院，长沙410128)

土壤是植物生长的依托。近年来由于人类的不合理利用，土壤开始出现退化现象。土壤退化包括侵蚀退化、土壤酸化、污染退化、肥力退化和生物学退化等几种类型。土壤酸化是土壤酸碱性失调的一种重要形式，随着土壤酸度的提高，土壤质量和生产力下降，植物的生长和发育也随之受到严重制约。开展土壤酸碱性对植物生长发育的影响研究，对缓解日益突出的人口与环境资源之间的矛盾意义重大。

1 土壤酸碱性对植物生长的间接影响

土壤酸碱性，是指土壤溶液中H+浓度的负对数，用pH值表示，是土壤重要的化学性质。酸性或碱性物质的输入会导致土壤物理的、化学的及生物学的过程发生改变，且与土壤养分的有效性及有害物质的产生有关，进而影响土壤肥力，对植物的生长发育产生间接影响［1］。

1.1 对土壤物理性质的影响

酸性物质的输入会导致红壤团聚体的稳定性降低。随pH值的降低，红壤团聚体破坏率增高、稳定性降低，其影响表现为土壤有机质淋失增加，氧化铁活性提高，土壤侵蚀加速。

土壤微结构也在一定程度上受到pH的影响。随酸度增大、作用时间增长，影响愈明显，主要表现为土壤微龟裂密度增大、数量增多，从而破坏微团聚体的结合，加速水分运行，增大渗漏和毛管蒸发的作用，导致土壤耐旱性减弱，肥力降低，从而影响作物的生长［2］。土壤过碱，会导致土壤有机质含量低、酸性淋溶作用强、质地黏重、结构性差，土壤板结，土壤通气性、透水性差，土壤水、气、热不协调，容易发生冲刷，引起水土流失，土壤肥力降低，不利耕作和植物生长［1］。土壤过酸或过碱，都会导致其物理性质变差，造成土壤和植物的抗逆性减弱，抵御旱涝等自然灾害的能力下降，生产能力降低［3］。

1.2 对土壤化学性质的影响

1.2.1 与土壤养分有效性的相关性

近年来，国内外进行了一系列关于土壤有效养分与土壤pH值的相关性研究，一般认为，土壤养分有效性的最高值大多出现在土壤pH值6.5～7.5之间。土壤pH值过高或过低，都会使植物所需养分元素的生物有效性发生变化，从而导致植株某些元素营养失调［4，5］。试验研究表明，土壤酸化会导致盐基离子淋失加速，且其淋失量随土壤pH值变化而变化，淋失总量与H+浓度呈极显著的相关关系(r=0.9990)，长期作用会导致土壤养分库的损耗，造成土壤养分贫瘠［6～9］。甲卡拉铁等［9］研究发现，pH值较低时，K+不易被土壤固定，这时钾的有效性较高;pH值升高后，土壤对K+的固定作用加强，钾的有效性降低，即有效钾含量随着土壤pH值的升高而降低。而磷在酸性条件下易被铁、铝固定，在碱性的石灰质土壤又易被钙固定，说明磷在中性条件下才能发挥其最高有效性。一些微量元素如铁、锌、铜、硼在酸性条件下具有较高有效性，而钼却是在碱性条件下有效性较高。以上研究表明，大多养分元素的有效性受土壤pH影响［10～14］。

1.2.2 与土壤中重金属元素活化的相关性

在我国多个城市郊区农业土壤的重金属含量调查中，Cu的含量均超出了土壤背景值［15］。土壤中吸附Cu的解吸是Cu的活化过程，它直接影响Cu的生物毒性的迁移。朱玉祥试验研究表明，土壤pH升高有利于重金属离子Cu的吸附，进而降低Cu的活化程度，阻碍Cu的生物毒性的迁移。

由于锰、铬、镉等有毒金属离子在低pH值下具有较高溶解度，所以在土壤酸度提高时一些重金属元素的活性会增加［16］。郭朝晖等［17］研究了模拟酸雨连续浸泡污染下的红壤和黄红壤中重金属的释放及形态转化，结果表明:随模拟酸雨的pH值下降，污染土壤中重金属释放强度增大且较明显。对模拟酸雨下土壤中铜、镉的作用研究表明:随模拟酸雨的pH值下降，淋出液中铜、镉含量明显增加，pH低于4.0时，这种作用更为明显。

1.3 对土壤生物学性质的影响

1.3.1 对土壤微生物的影响

土壤中的微生物种群数量、分布与活性等表明了土壤中物质代谢的旺盛程度，也是衡量土壤肥力和养分的一个重要指标［18，19］。土壤生物影响土壤营养物质的分解、转化，进而影响植物根系对营养物质的吸收利用。

土壤中微生物的种类和数量在酸性条件下均较少，微生物的活性低，有机质分解缓慢，其含量相对较高;反之，土壤pH值升高，微生物活性增强，加速了有机质的分解，其含量会相对较低。土壤中碱解氮的含量与有机质含量密切相关［20］。碱解氮是衡量土壤肥力的重要指标之一，因此，土壤pH值升高，有机质含量降低是导致碱解氮减少的重要原因。

土壤养分的有效性在一定程度还受土壤微生物活动的影响。而是否具有适宜的pH范围又是影响土壤微生物活动的重要因素。真菌一般较耐酸，在中性至微碱性的土壤环境中，细菌和放线菌活动旺盛，易使土壤有机质矿质化，释放更多有效养分。

1.3.2 对土壤酶的影响

土壤酶反映土壤各种生物化学过程的动向和强度，是土壤生物学活性的重要组成部分，在土壤的物质循环和能量循环中起到重要作用［21］。土壤酶与土壤组分结合形成复合酶，其酶学特性与纯酶不同［22］，但二者都具有适宜的pH范围。一些调查结果表明，土壤酶活性与土壤pH密切相关，人工改变土壤pH值，土壤酶活性会在一定程度上受到影响［23，24］。

有研究表明:过氧化氢酶、多酚氧化酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脱氢酶、蛋白酶等几种酶的活性与土壤pH呈正相关，pH值升高时酶活性随之增大。上述几种酶活性受土壤pH的刺激，呈现酸化抑制碱化激活现象，但总体上［OH－］抑制作用较小。而蔗糖酶和转化酶的活性在pH增加时受到抑制，活性变化呈现酸化激活碱化抑制。土壤pH对纤维素酶活性的影响则没有很强的规律性。土壤pH值变化对氧化物酶活性的影响表现不显著［25，26］。

2 土壤酸碱性对植物生长的直接影响

2.1 对植物外观形态的影响

通过微量比色法，测定250多种植物花瓣细胞液的pH值，发现其范围在2.5～7.5之间，红色花表皮细胞液的pH值较蓝色花表皮细胞液的pH值低，且红色花衰老时常伴有花瓣颜色转蓝和液泡pH升高的现象，所以pH值的高低是花色的影响因素之一。通常情况下，随着pH值上升，花青素发生变化，花瓣颜色逐渐由红变蓝。随着土壤pH降低，花瓣中总花青苷含量增加，说明土壤酸碱性影响花青苷的积累，从而影响花色的深浅［28］。

王京元等［29］以大豆为试验材料，测定盆栽大豆幼苗在酸或碱胁迫下的一些生理指标。结果显示:土壤pH为7.0时，大豆的平均株高最高，土壤pH为9.8时，大豆平均株高最小。吲哚乙酸是促进植物生长的激素，由于其为酸性，故在酸性的土壤环境下，有利于植物生长素的合成，而碱性土壤环境会抑制吲哚乙酸的作用。所以，大豆的株高随土壤pH值的升高而呈现下降的趋势。

2.2 对植物物质吸收的影响

重庆市南山风景区林地从20世纪70年代末开始出现小部分林木生长发育不良，叶片出现褐色坏死斑，至1986年开始成片死亡。经测定，其叶片含S量高达2.2%(干重)，超过本底10倍以上。数量化理论方法分析表明，该地区森林衰亡的主要原因是土壤和雨水的pH值偏低。

过量的铅会破坏土壤结构，阻碍植物发育，其在土壤中的存在形态会随着土壤pH、Eh、湿度、通气状况等因素的改变而发生变化，进而影响其生物有效性，直接决定了其在土壤－植物系统中的分布和迁移量［30］。罗盛旭等研究了土壤pH、Eh对土壤－苦丁茶树系统中铅分布的影响，发现铅在土壤中的含量分布从酸性到碱性呈递减趋势，而在苦丁茶树根、茎、叶中的含量分布则呈递增趋势，且主要被富集在茶树根部，表明pH下降有利于降低铅对苦丁茶树的污染毒害［33］。

土壤有机质和pH对果实矿质元素含量有重要影响:pH对土壤养分、有效钙影响较大，对果实全磷和全钾含量的影响则较弱;果实全钙含量与土壤全氮呈负相关、与pH呈正相关;影响果实全铁含量较大的因子分别为土壤pH、有效钙和有效硼;土壤中有效硼含量对果实全硼含量具有直接的影响作用，因此土壤pH对果实全硼含量也有重要影响。生产中选择适宜的土壤pH环境，可以有效避免果树营养元素缺乏症和毒害的发生［31～34］。

2.3 对植物生长发育的影响

用人工控制pH值的方法进行发芽试验，研究pH值对小麦种子萌发的影响。结果表明:pH=6.5时小麦种子出芽率最大;pH值在6.0～7.0之间时，对小麦种子的发芽率影响不大;pH ＜5.0或pH＞8.0时种子发芽率下降。由此可知，小麦种子的发芽受pH值影响。

通过模拟酸化试验，观测pH值对油菜根系的影响，结果显示，根生物量、根系长度、根体积均随pH值的下降呈现明显的下降趋势，且当pH值逐渐上升时，以上3项指标均开始呈现上升趋势;油菜根系活力的最高峰值出现在pH 6.1左右，当pH值低于5.8时，根系开始表现出衰老的迹象。从该试验中可得到以下结论:土壤环境的酸碱性变化对油菜根系的生长发育产生了一定的影响［35］。

已有研究表明，土壤pH值是影响病原菌存活的重要因子，根茎病害的发生与土壤pH值密切相关［36～38］。魏国胜等［39］选用咸丰烟区发生根茎部病害烟田土壤，对其pH值的分布进行研究，得出如下结果:强酸性(pH＜4.4)和碱性土壤(pH＞6.5)有利于抑制根茎部病害的发生。经方差分析，无根茎部病害发生的土壤与发生根茎部病害的土壤其pH值存在显著性差异。

王京元等［29］以大豆为实验材料，测定盆栽大豆幼苗在酸或碱胁迫的条件下，叶片相对电导率、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、含水量等指标，综合各项生理指标结果可以看出，大豆在pH值6.6～7.8范围的土壤上都能正常生长。大豆叶片的电导率在土壤pH＞8.0的条件下，明显高于其他处理，这说明土壤pH＞8.0时，大豆细胞质膜受到较严重的损坏。土壤pH值较高时，大豆叶片的可溶性糖含量明显升高，这不仅对细胞质浓度的提高、细胞水势的降低、植物吸水能力的增强有积极作用，更是植物抵御逆境胁迫不可或缺的重要元素［40，41］。可见，大豆的生长发育情况受到土壤pH值的影响。

2.4 对植物产量及品质的影响

土壤pH值降低会导致果树缺钙等生理病害发生，从而严重影响果品的优质高产。土壤pH值降低还会导致钙、镁、钾等盐基离子的加速淋失，使果实中钙素的含量明显减少，导致果实发生苦痘病、痘斑病和水心病等生理病害［42］。研究显示，苹果果实综合品质与土壤pH的相关系数为0.6397，两者呈显著正相关。此外，土壤pH值与果实的单果重、果皮色泽和果实风味等指标的相关性也都达到显著水平。由此可见，果园土壤的pH值，不仅对水果产量产生显著作用，还影响果实的品质［43］。

刘春英［44］通过对植烟土壤施用不同组合改良剂，考察土壤pH值对烤烟生物产量、经济产量、上等烟叶比例、烟叶还原糖及烟碱含量的影响。结果表明以上几方面指标均得到不同程度提高，其中以“石灰+菌棒+常规化肥”改良剂组合效果最佳，其生物产量、经济产量、上等烟叶比例、烟叶还原糖及烟碱含量分别比对照提高50.89%、49.18%、38.84%、16.49 g/kg和 3.1g/kg。由此可见，土壤酸碱性是影响烤烟品质和产量的重要因素。

苏燕生［45］以毛豆为供试品种，分别在pH值为4.4的灰泥田一及pH值为4.9的灰泥田二进行试验。田块一施525 kg进口复合肥+75 kg尿素/hm2，田块二在田块一的基础上增施30 kg进口复合肥、45 kg尿素和150 kg/hm2KCl。分别于毛豆出苗后在畦间开沟，田块一追施石灰0.5 kg/小区和1 kg/小区;田块二施入石灰0.75 kg/小区和1.5 kg/小区。测试收获后的土壤pH值，结果表明，增施石灰改变了土壤的pH值，毛豆增产效果明显。

3 展望

不适宜的土壤pH值严重影响了植物的生长发育，土壤改良工作的重要性日益凸显。除一些传统的改良酸性土壤的方法外，生产实践中，人们还发现利用某些矿物、工业废弃物也能改良土壤酸度，如白云石、磷石膏、粉煤灰、磷矿粉和碱渣等，都可应用于酸性土壤的改良［46～48］。此外，有研究发现，绿肥、草木灰和各种家畜的粪肥等有机物料在提供作物需要的养分、提高土壤肥力水平的同时，还能增加土壤微生物的活性，增强土壤对酸的缓冲性能，在农业生产中具有价格优、取材方便、毒害少、污染小的优点［49］。相关研究表明，某些植物物料对土壤酸碱性也具有明显的改良作用［50～53］，且可在短期内见效。此外，还可以通过合理化土壤管理来减缓土壤的酸化进程，促进农业的可持续发展，如，合理选择作物品种、合理的水肥管理、合理选择氮肥品种、有机物料改良、作物秸秆还田等都是有效的方法［54］。

目前，关于土壤酸碱性对植物生长发育的影响的研究已经取得了很多成果，但由于土壤的地域性差异、实验条件不同等诸多因素的干扰，很多问题都没有定论。如对土壤pH值影响植物生长发育机理的研究还不够深入，不够全面;土壤酸碱性对大田作物养分利用效率的研究，土壤酸化对作物氮利用效率的影响机理方面的大田试验研究很少，还缺少长期定位研究。因此，开展相关方面的研究，进行深层次的探讨亟待加强。

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