陳俊銘　張宇　陳小麗　李進

摘 要 為研究鋁離子對香蕉生長及根系活性的影響，在6個香蕉盆栽中分別加入不同量的AlCl3·6H20進行試驗，并將試驗結果進行對比分析。結果表明，土壤中鋁離子濃度為0～4 mg·kg-1時，對香蕉生物量累積、根系活力有一定促進作用;當鋁離子濃度為4～8 mg·kg-1時，土壤中的交換性鋁含量顯著上升（31～37 cmol·kg-1），土壤pH則顯著下降，香蕉受鋁害影響，其生物量累積和根系活性均被土壤中的鋁離子抑制。

關鍵詞 香蕉;根系活性;交換性鋁

中圖分類號：S156 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.12.071

目前，由于汽車尾氣排放、酸雨、長期不合理施用化肥等導致的土壤酸化加劇以及土壤酸化引起的植物鋁毒害問題嚴重制約著現(xiàn)代農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展，已成為全球性的農業(yè)環(huán)境保護問題。據統(tǒng)計，酸性土壤占據了全球耕地總面積的40%，且受害面積還在逐步增加，土壤酸化問題已經到了必須解決的時候[1]。同樣，分布于我國南方區(qū)域15個省份的酸性土壤總面積約有203萬平方千米，占全國總耕地面積的21%左右[2]。隨著我國集約化農業(yè)的快速發(fā)展，長期不合理施用化肥導致我國南方耕地土壤酸化及鋁毒危害加劇，這已經成為我國南方地區(qū)農業(yè)生產的主要限制因素。

在自然條件下，鋁在土壤中多以難溶性的硅酸鹽或者氧化鋁的形式存在，如鋁土礦、長石、高嶺石、云母等，但隨著土壤pH的降低，土壤中的鋁則以化學形態(tài)存在。尤其當pH<5時，土壤中的鋁主要以Al3+為主，其微克級離子濃度會對很多作物產生毒害作用，故此鋁脅迫是限制作物生長發(fā)育的主要障礙因子[3]。

湛江市位于粵西地區(qū)，其代表土壤為酸性較強的磚紅壤，是鋁毒災害高發(fā)地區(qū)。同時，湛江又是廣東省主要的香蕉主產區(qū)，香蕉生產受土壤酸度及鋁毒害影響嚴重?；诖?，以湛江市典型磚紅壤和威廉姆8號香蕉為供試材料，研究了不同鋁離子濃度處理對香蕉生長、根系性狀以及對土壤中交換性鋁含量和pH的影響，以期為南方酸性耕地的鋁毒害防控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試作物

供試作物為威廉姆8號香蕉，在真葉期取三片長勢一致的香蕉幼苗，將其移栽于塑料盆中，每盆種植1株幼苗。

1.2 供試土壤

供試土壤為廣東湛江廣東海洋大學后山香蕉地中的磚紅壤，此香蕉地種植香蕉3年以上，土壤pH為5.3，經測定土壤的基礎理化性質如表1所示。采集土壤后，挑出土壤中的石塊、枯枝落葉等，磨碎，過2 mm的篩，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 試驗設計

2017年4月27日在廣東海洋大學生物技術研究所溫室大棚進行盆栽試驗，按每千克土中加入鋁的量設置處理，分別為0 mg·kg-1、0.5 mg·kg-1、1.0 mg·kg-1、2.0 mg·kg-1、4.0 mg·kg-1、8.0 mg·kg-1共6個鋁濃度水平，依次記為A0、A1、A2、A3、A4、A5，每個處理有4個重復，共計24盆香蕉。

試驗每盆裝有3.0 kg的供試土壤，且每盆分別添加1.02 g過氯化鉀、1.27 g過磷酸鈣、1.26 g尿素作為基肥，充分混勻。2017年4月27日移栽供試香蕉到盆栽中，待香蕉生長2個月后，開始按處理設置加入鋁離子。即分別將14.4 mg、26.8 mg、53.7 mg、107.4 mg、214.8 mg的AlCl3·6H20（鋁含量為11.18%）加入到100 mL容量瓶中，定容成100 mL的鋁溶液，并分別緩慢均勻的加入到A1、A2、A3、A4、A5處理中，對照處理則加入同樣體積的蒸餾水。培養(yǎng)香蕉8周后收獲香蕉，采集土壤樣品，并測定植株生物量、根系性狀以及土壤的交換性鋁含量和pH等相關指標。

1.4 樣品分析

參考《土壤農化分析》（魯如坤，1999），采用pH計電位法測定土壤pH（按2.5∶1的水土體積質量比），采用氯化鉀淋洗-堿滴定法測定交換性Al3+，采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量，采用堿解擴散法測定土壤中堿解氮的含量，用Olsen法測定土壤中速效磷的含量，采用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定土壤中的速效鉀含量[4]。

試驗結束時采集植株根部和地上部，根部鮮樣用于測定根系活性和丙二醛，剩余樣品用烘箱在105 ℃下殺青，最后在75 ℃下烘干至恒重，分別稱量地上部和根部干重，并計算根冠比;采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定香蕉的根系活力[5];采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定根系的丙二醛（MDA）含量[6]。

1.5 數據統(tǒng)計分析方法：

利用SPSS 18.0、Microsoft Excel 2010進行數據分析統(tǒng)計。

2 結果與分析

2.1 不同濃度鋁對香蕉植株的生物量和根冠比的影響

生物量是描述植物生長狀況的最直接指標。不同濃度鋁對香蕉植株的生物量和根冠比的影響見表2，隨著鋁濃度的上升，植株的地上部、根重、整株重、根冠比均呈先升高后降低趨勢。生物量最高的處理為A1，其根干重和整株干重分別比對照處理A0增加了23.7%和27.0%;而A5處理的根系干重及整株干重均顯著下降，相較對照A0分別下降了14.0%、7.9%;但A4處理的生物量與對照A0的差異不顯著，說明加入的鋁溶液濃度小于A4處理時，鋁離子對香蕉的生長無明顯的影響，甚至有一定的促進作用。而當加入的鋁溶液濃度大于A4處理時，過高濃度的鋁離子會對香蕉的根系造成毒害，抑制香蕉根系和整株增重。

根冠比是指植物根部與地上部的干重比值。在植物苗期，較高的根冠比能夠給植物提供良好的營養(yǎng)生長條件，會增加根系營養(yǎng)物質的吸收面積和能力[7]，因此，植物根冠比的增加是對植物有利的。如表2所示，香蕉的根冠比隨鋁濃度水平的增加呈先增大后減小的趨勢，A3處理的根冠比顯著大于其他處理。

2.2 不同濃度鋁對香蕉根系活力及丙二醛含量的影響

在逆境條件下，植物的根系會受到損傷，致使根系活力下降，從而導致根系對水分和無機鹽的吸收能力下降，最終使整個植株的生長發(fā)育受到抑制。如表3所示，香蕉的根系活力變化隨土壤中鋁濃度的增加呈先上升后又下降趨勢。處理A2和A3香蕉的根系活力比對照香蕉的根系活力分別增長了21.0%、20.2%，而處理A5香蕉的根系活力比對照香蕉的根系活力降低了25.5%。

植物在逆境脅迫或衰老過程中、在細胞內活性氧代謝的平衡被破壞的情況下，對植株活性氧的積累十分有利?；钚匝醮罅坷鄯e，膜脂的過氧化作用就會有所加強，進而會損壞細胞膜系統(tǒng)，最終導致植物無法生長而死亡。丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終產物，其產生之后會加劇對細胞膜的損害，使細胞膜降低甚至失去選擇透過性，進而引起細胞內的電解質外滲，導致細胞內的穩(wěn)態(tài)環(huán)境遭到破壞[8]，因此，丙二醛含量經常被用于植物衰老生理和抗性生理的研究中。如表3所示，隨著鋁含量的增加，香蕉根系中的MDA含量呈降低趨勢，從A0到A4均有小幅度下降，但處理間差異不顯著;當鋁的加入量為A5時，香蕉根系的MDA含量較對照A0上升了104.0%，且A5處理香蕉根系中的MDA含量顯著大于其他處理。

2.3 不同濃度鋁對土壤中交換性鋁含量和pH的影響

從表4可以看出，隨著鋁濃度的增加，土壤中的交換性鋁含量也顯著增加，相對于對照組土壤中的交換性鋁，A5處理的交換性鋁含量增加了134.9%。相反，土壤pH隨著鋁濃度的增加有所下降，高鋁濃度A5和A6處理的土壤pH下降明顯，顯著小于A0、A1、A2、A3處理。

3 結論與討論

3.1 討論

3.1.1 不同濃度鋁對香蕉植株生物量的影響

低濃度（0～4 mg·kg-1）的鋁處理對于香蕉幼苗的根系生長具有一定程度的促進作用（表2），在此濃度內，可能造成香蕉根系的質膜透性增加但不會致其完全失去生物活性，從而使得各種物質進出細胞的能力增加，使根系對水分和各種營養(yǎng)物質吸收的能力增強[9];但也有可能是由于低濃度的鋁促進了根系細胞的分裂分化[10]，從而促進了根系生物量的增加。

3.1.2 不同濃度鋁對香蕉根系活力及丙二醛含量的影響

研究結果（表3）顯示，在A2～A4可能存在1個鋁濃度臨界值，小于此臨界值，香蕉的根系活力會隨著鋁濃度的上升而上升;而當超過這個臨界值時，香蕉根系的抗逆性到達極限，鋁脅迫開始對香蕉造成傷害，進而導致了根系活力的下降。劉鵬等[11]在相關研究中也發(fā)現(xiàn)大豆、木豆等植物存在類似的鋁濃度與根系活力的關系。

試驗表明（表3），在低濃度鋁條件下（0～4 mg·kg-1），MDA的積累量相對較低，不會對香蕉根系的質膜有太大影響，此時香蕉根系的細胞膜能夠維持正常的選擇透過性，使膜脂過氧化作用處于較低水平。但隨著鋁濃度的增大，香蕉根系產生了大量的MDA，對根系質膜損傷加大，使膜脂過氧化作用增強，導致質膜透性增大，使香蕉的各項生長指標（如生物量、根系活力等）受到嚴重抑制。紀雨薇[12]的相關研究也表明，馬尾松在較高鋁濃度時，其根系MDA含量達到最高值，此時馬尾松的根系結構會遭到嚴重破壞，引起根系活力下降。

3.1.3 不同濃度鋁對土壤中交換性鋁含量和pH的影響

土壤中的交換性鋁含量與所加入鋁溶液的濃度呈正相關性，當鋁的加入量達到A4水平，即土壤交換性鋁含量為31 cmol·kg-1時，香蕉的生物量和根系活力均開始顯著降低。因此，建議通過測定土壤中的交換性鋁含量來確定某地區(qū)的鋁毒危害的臨界濃度，當鋁離子含量達到臨界水平時，才會對作物生長產生鋁毒危害，這時才是改良土壤酸度，減輕作物鋁毒危害的最佳時機，避免了大量或不合理施用石灰類土壤調理劑所引起的土壤板結、復酸化、重金屬污染等一系列問題。

3.1.4 土壤中交換性鋁含量和pH與香蕉生物量的關系

由表2和表4可以看出，在較低pH和較高交換性鋁含量的情況下，香蕉植株的生物量顯著降低。梁文君等[13]也發(fā)現(xiàn)在土壤pH低于5.5時，玉米的生物量明顯降低。因此，在酸性土壤中，植株生長會受制于土壤pH、交換性鋁等致酸離子[14]

3.2 結論與討論

鋁離子的加入量在0～4 mg·kg-1時，即土壤交換性鋁含量為15～31 cmol·kg-1時，其對香蕉苗的生物量、根系活力無明顯影響，或有一定促進作用。鋁離子的加入量在4～8 mg·kg-1時，其土壤中的交換性鋁含量顯著上升（31～37 cmol·kg-1），土壤pH則顯著下降，且香蕉苗受鋁脅迫，生物量和根系活性均顯著降低。說明當鋁離子的加入量超過4 mg·kg-1時，即土壤交換性鋁含量大于31 cmol·kg-1時，香蕉苗生長開始受到鋁離子的抑制，建議施用適量的石灰類酸性土壤調理劑來減少土壤鋁毒危害。

參考文獻：

[1] Kochian L V. Cellular Mechanisms of Aluminum Toxicity and Resistance in Plants[J]. Annual Review of Plant Physiology & Plant Molecular Biology， 1995，46（1）：237-260.

[2] 周蓉.花生耐鋁性及遺傳改良研究進展[J].花生學報，2003，32（Z1）：144-148.

[3] 周蓉，廖伯壽，陳小媚，等.鋁脅迫對花生根系的影響[J].花生學報，1998（4）：1-4.

[4] 魯如坤.土壤農業(yè)化學分析方法[M].北京：中國農業(yè)科技出版社，1999.

[5] Clemensson-Lindell A. Triphenyltetrazolium chloride as an indicator of fine-root vitality and environmental stress in coniferous forest stands： Applications and limitations[J]. Plant & Soil，1994，159（2）：297-300.

[6] 王學奎.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2006.

[7] 馬祥慶，梁霞.植物高效利用磷機制的研究進展[J].應用生態(tài)學報，2004（4）：712-716.

[8] 季楊，張新全，彭燕，等.干旱脅迫對鴨茅根、葉保護酶活性、滲透物質含量及膜質過氧化作用的影響[J].草業(yè)學報，2014，23（3）：144-151.

[9] 王水良，王平，王趁義.鋁脅迫對馬尾松幼苗根系形態(tài)及活力的影響[J].生態(tài)學雜志，2010，29（11）：2097-2101.

[10] 阮建云，王國慶，石元值，等.茶園土壤鋁動態(tài)及茶樹鋁吸收特性[J].茶葉科學，2003（1）：16-20.

[11] 劉鵬，YangY.S.，徐根娣，等.鋁脅迫對大豆幼苗根系形態(tài)和生理特性的影響[J].中國油料作物學報，2004（4）：51-56.

[12] 紀雨薇.馬尾松鋁脅迫生理響應機制[D].重慶：西南大學，2016.

[13] 梁文君，蔡澤江，宋芳芳，等.不同母質發(fā)育紅壤上玉米生長與土壤pH、交換性鋁、交換性鈣的關系[J].農業(yè)環(huán)境科學學報，2017，36（8）：1544-1550.

[14] Hoyt P B， Nyborg M. Toxic Metals in Acid Soil： I. Estimation of Plant-Available Aluminum1[J]. Soil Science Society of America Journal， 1971，35（2）：114-118.

（責任編輯：趙中正）