土壤肥力是植物生长好坏、能否获得高产的主要因素之一。土壤除能提供良好的立足条件外,还需要提供足够的营养、水、气条件才能使植物生长良好。影响药用植物生长的土壤因素很多,如,土壤质地、土壤有机质、土壤营养、土壤水分、土壤空气及土壤微生物等,下面仅介绍几个主要因素。
一、土壤质地
土壤的粗细,也就是土壤的机械组成,土壤中各种粒级配合的比例,或各粒级在土壤重量中所占的百分数,称为土壤质地。土壤是由数量不等的粘粒、砂粒和粉粒组成的。各种粒级的组成比例不同,就形成了各种土壤,主要可归纳为三类,即砂土、粘土和壤土。
质地不同,土壤所表现的肥力性状(如扎根条件,透水通气好坏,保持水分和养分的能力等)、耕作性能和生产性能也不同,对药用植物生长的影响也很大,特别是根茎类的药用植物对土壤质地的要求较严格。多数种类都喜欢在疏松的壤土中生长,这类土壤有利于根系的生长和地下根茎的发育。
(一)砂土类
砂粒含量较多,粘粒较少,土壤粒间孔隙大,小孔隙少,总孔隙度小。毛管作用弱,保水性差,但通气性良好,易干旱,耕性较好;因含粘粒少,保肥性能也差,养分容易淋失,有机质含量少,分解快,贫瘠;砂性土热容量小,土壤易增温也易降温,昼夜温差大,早春土温易上升发暖,但晚秋一遇寒流,温度下降快,植物容易遭受冻害。因此砂性土要多施肥,深施有机肥,施用化肥时要少施、勤施,基肥、追肥并重。
砂性土壤广泛分布于新疆、青海、甘肃、内蒙古等省区,华北平原、各地河流两岸及沿海地区也有分布。
此类土壤适宜种植一些耐旱性强的药用植物,如北沙参、甘草、麻黄等,北沙参主要产区山东烟台地区,多种植在海边砂土或砂质壤土上。由于砂土疏松,北沙参根系生长发育良好,主根入土深,可达40cm左右,同时分杈少,质量好。而生长在一般的粘壤土内,根系发育不良,主根短,分杈多,商品质量差。麻黄、甘草多分布在我国西北、内蒙古等省区干旱的沙丘、荒漠上,在粘重多湿的土壤里则生长不良。
(二)粘土类
这类土壤比较粘重,耕性差。粘粒含量较高,总孔隙度虽大,但土粒间孔隙小,小孔隙多,土壤的通气性透水性差,易积水,引起根的腐烂,甚至死亡,水分蒸发慢。不耐涝、不耐旱;土温低,温差变化小,有机质分解慢、腐殖质易积累;含矿物质养分丰富,特别是K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+等阳离子含量较高。吸附性能较强,不易被水淋失,保肥力强。腐殖质含量高,氮的含量也较一般土壤高;因粘土较紧实、板结,湿时泥泞,干时坚硬,耕作费力,水、气常处于矛盾状态。
由于这类土壤物理性状较差,对多数药用植物均不适宜,常造成缺苗,同时根系发育不良,特别是根茎类或深根类的药用植物,根系不易舒展,主根不易深入较深的土层。因而支根多,品质差。适宜在粘土类生长的多为沼泽生或水生药用植物。如泽泻、菖蒲、芡实等,常种于水稻田或溪沟、池溏等低湿地方。此外,少数旱生的药用植物如川明参也适宜在排水良好的粘壤土上种植,生长良好,根充实,质量好。种于砂土或砂质壤土上的川明参,根含水量高,粉质少,不充实,加工后质量较差。
(三)壤土类
所含土粒的粗细比例适度,砂粘合宜,其性状介于砂性土和粘性土之间,兼有二者的优点。大小孔隙比例适当,通透性、保蓄性好。养分含量丰富,有机质分解快,土性温暖,耕性良好。
壤土类广泛分布于黄土地区、华北平原、松辽平原、长江中下游、珠江三角洲河网平原及河流两岸冲积平原上。
这类土壤是多数药用植物栽培最理想的土壤,特别是根茎类药用植物更喜欢在这种疏松肥沃的土壤上生长,有利根系的发育和根茎的膨大。如党参、当归、地黄、贝母、人参、丹参等。
有些根系较长的如黄芪、栝楼、山药、牛膝等,主根长30—100cm,有的甚至可达150cm。不但要求耕层是疏松的砂质壤土,同时也要求心土疏松。这样生长的主根直,分杈少,入土深,刨收容易,不易断根。如黄芪的主产区内蒙古,怀山药、怀牛膝主产区河南黄河岸边的武陟、温县等地,砂质壤土疏松、土层深厚、富含腐殖质及透水力强,生产的黄芪、怀山药、怀牛膝根长且直,不分杈或少分杈。加工后商品质量高,常出口,为国家换取大量外汇。
有些根系分布较浅的药用植物,如黄连、郁金等都要求上层疏松、下层紧密的土壤。因黄连地下根茎向上生长,须根多分布在表土层,所以疏松肥沃的表土层是根茎向上生长和膨大的良好环境。下层紧密的土壤,能使郁金块根不致于长得太深,挖收比较方便。
土壤质地对药用植物生长的影响,还可以从同一药用植物在不同的土壤类型中生长所表现的差异,看出土壤质地的显著影响。如杜永祥在黄芪栽种产生“鸡爪芪”原因的调查中看出,同一种黄芪(Astragalus membranaceus Bunge)在不同的土壤类型上种植,黄芪的生长表现有明显变化,发育状况有显著差异。
棕色森林土(山地棕色砂砾土),其质地疏松,含腐殖质较少,砂性较大,排渗水力强,透气性好,水、肥、气、热协调,pH值呈微酸性。种植黄芪的根系长直,分杈甚少,根皮黄棕色,表皮光滑,无锈斑,无水眼,折断面纤维细腻,粉性好,呈鞭杆状,商品质量最好。
淋溶黑土(黑砂壤土),质地松散,渗水力好,保水力强,透气性好,有团粒结构,淋溶明显,三相协调,pH值呈中性或微酸性。种植黄芪的根较长直,分歧不多,根皮黑褐色,兼有少量锈斑,折断面纤维较粗,粉性较小,商品质量好。
碳酸盐黑土(盐碱土),质地较松,渗水力较好,保水力较差,含有盐碱,pH值呈碱性,有明显返碱。种植黄芪的根系较长,分杈较少,但因根皮受盐碱侵蚀,锈斑严重,折断面纤维木质化,粉性甚小,商品质量差。
沿江冲积砂土,质地疏松,渗水力好,保水力强,含水量大,腐殖质少,pH值呈微酸性。种植黄芪的根系长直,分杈较少,但因土壤含水量大,根皮水眼重,烂皮较多,商品质量较差,特别是地势低洼或多雨年份水眼、烂皮现象更为严重。
森林灰化土(白浆土),表土层腐殖质较多,质地松散,保水力强;心土层(称淀积层或白浆层)质地粘重紧密,渗水力甚差,透气性极不好,有石灰菌丝体,三相失调,pH值呈酸性。种植黄芪的主根短曲,伸至淀积层停止,致使根系变异,分衩甚多,呈鸡爪型,且因表土层保水力强,根皮锈斑多,水眼重,折断面纤维较粗,粉性较小,商品质量最差。
草甸土(草炭土),其成土地势低洼,腐殖质层深厚,排水力差,保水力强,含水量大,pH值呈酸性。种植黄芪的主根较短,分衩较多,水眼甚重,烂皮明显,商品质量低劣。
特举黑龙江省有代表性的两种土类列入表5—1。
表5—1 不同土壤类型对黄芪的生长发育影响
注:1.根粗部位:芦下10cm处粗度
2.均为本地种子
我国地域辽阔,地形复杂,各类土壤在各地都或多或少有分布。而各种药用植物由于长期生长在某一环境条件下,形成了对某种土壤的一定适应性。所以各种药用植物对土壤条件的要求,很不相同,在栽培时应根据药用植物的特性,选用相应的土壤栽培,才能达到优质高产的目的。
二、土壤有机质
土壤固相中除了矿物质外,还有一个重要的组成部分,就是土壤有机质。在自然土壤中有机质的含量多的可达10%以上,一般土壤则较少,约在—3%之间。土壤有机质含量虽不多,但其作用很大,它不仅是养分的主要来源,而且对土壤一系列性质和生产性状的好坏也起着决定性作用。因此,土壤有机质被视为土壤肥力的中心,是评定土壤肥瘦好坏的重要标志之一。许多药用植物都喜欢在有机质含量高的腐殖质土生长。
(一)土壤有机质的来源和类型
土壤有机质主要来源于动植物和微生物的残体,以及施入的有机肥料,土壤有机质在土壤中都要经过微生物分解,由于分解的程度不同,一般可分为三类:
1.新鲜有机质
即很少被微生物分解的那一部分有机物,它们仍保持着解剖学上的特征,大部分为动植物的残体。
2.部分被分解的有机物
这类有机质已失去解剖学上的特征,呈暗褐色小块,对疏松土壤有良好的作用。
3.腐殖质
是彻底被微生物改造过的有机物,呈黑色或黑褐色的胶体物质,是复杂的高分子有机化合物,它与矿物质颗粒紧密结合,只能用化学方法分离,而不能用任何机械的方法分开,是土壤有机质中主要的类型,对土壤肥力影响很大。
(二)有机质在土壤肥力中的作用
1.植物养料的主要来源
土壤有机质含有植物所需的一切养分,如C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg以及多种微量元素。有机质经过微生物的矿质化作用,释放植物营养元素,供给植物和微生物生活的需要。微生物在分解有机质的过程中,取得生命活动所需要的能量,同时产生的CO2供植物的碳素营养。植物还能直接吸收某些简单有机化合物,如氨基酸、有机磷化合物以及高度分散的胶态及分子态腐殖质等。
土壤中氮素的来源主要是土壤有机质,这些有机质有的经过矿质化释放出植物可吸收态氮素,另外很多则经过分解合成作用而转化成土壤腐殖质,贮于土中。由于腐殖质比较稳定,分解缓慢,每年只有2—4%的氮释放为有效态,所以土中有效氮含量并不高,一般约占土壤全氮的1—2%。
土壤中磷的含量在—之间,除了有机态磷有待分解释放外,无机磷也与钙、镁、铁、铝结合为不易溶解状态,因此这部分磷的释放也很重要。一方面含磷有机物分解释放出植物可吸收态磷,另一方面,由于有机质是一种络合剂,能与难溶性磷酸盐的盐基进行络合作用,从而也提高磷的可给性。
此外,土壤有机质所含的钾、钙、镁、硫、铁以及其它微量元素,随着有机质的分解,逐渐供植物利用。
2.对植物生长有刺激作用
可溶性胡敏酸在低浓度下(百万分之几至十万分之几)能刺激根系的生长,而在高浓度的情况下则抑制根系发育。
可溶性胡敏酸进入植物体后,能促进植物的呼吸作用,提高细胞膜的透性从而增加养分吸收的数量。
总之,低浓度可溶性的胡敏酸在作物生长的前期能促进根系的发育,后期能促进养分的吸收,而对作物吸收作用的促进则贯穿于作物的整个生命过程中。
3.能提高土壤保水保肥能力
半分解的有机物能使土壤疏松,大大增加了土壤的孔隙度,从而提高土壤的保水性。腐殖质又是亲水胶体,能吸持大量水分,其吸水率为400—600%,而粘粒的吸水率则为50—60%,比粘粒大10倍左右,所以能吸收更多的水分。
腐殖质是一种胶体物质,有多种功能团,如羧基和酚羟基上的H+,可与土壤溶液中的阳离子进行交换,使这些阳离子不致流失,同时腐殖质的代换量比粘粒大4—5倍。所以腐殖质能大大提高土壤的保肥力。
4.改善土壤物理性质
腐殖质是良好的胶结剂,能促进土壤团粒结构的形成。尤其在有钙离子存在的条件,腐殖质产生凝聚作用,使分散的土粒胶结成团聚体,可形成良好的水稳性团粒。腐殖质的粘结力比粘粒小11倍,粘着力比粘粒小一半,但都比砂粒大。因此,它能减低粘土的粘性,增加砂土的粘性,从而改善粘土的通透性和耕性,以及砂土的松散性。腐殖质还可使土色变黑,吸热能力加大,使土温提高。
5.促进土壤有益微生物的活动
土壤有机质是微生物营养和能量的主要来源。同时腐殖质能调节土壤的酸碱反应,使之有利于微生物的活动。
鉴于上述土壤有机质对改良土壤结构、提高土壤肥力的巨大作用,使得土壤具有疏松、透气、肥沃的特性,即水、肥、气得到充分的协调,创造了植物生长发育所需要的良好条件,也是多数药用植物生长最优良的条件。那些在山区林间自然形成的有机质含量丰富的土壤,即所谓腐殖质土最适于一些浅根系的多年生药用植物生长,如人参、黄连、细辛等,它们的根系都不大,只在表土层生长。黄连须根分布于表土层0—25cm处,而集中分布于5—10cm土层里,说明其根系的好气性,而腐殖质土既疏松又透气,是黄连根茎生长最优良环境。人参、西洋参及细辛,也属多年生阴生植物,光合作用能力较低,吸肥量少,植株生长缓慢,在生长期间不需要过多的速效性肥料。腐殖质土除具疏松特点外,其特性稳定,能源源不断地释放所需养分供吸收利用,因而使植株生长良好,不但产量高,质量也好。
三、土壤养分
见第六章药用植物营养与施肥,第二节药用植物的土壤营养。
四、土壤水分
(一)土壤水分对药用植物生长的影响
土壤水分在土壤形成中起着很重要的作用,是土壤肥力的重要因素。土壤中所进行的许多物质转化过程,如土壤中矿物养分的溶解和化,有机质的合成与分解都离不开土壤水分。而水分的多少也影响这一转化过程,土壤水分影响土壤通气状况和土壤的热状况,也影响土壤的氧化-还原过程,微生物的活动和有机质的分解。
植物的生命活动也离不开水:首先水分是植物体的重要组成部分,一般植物体内含有60—80%的水分;种子发芽需要水分;水是植物进行光合作用的原料之一,没有水光合作用就不能进行;植物生长发育所需要的养分,必须溶于水后才能被吸收,并输送到植物体所需要的各部分去;植物需吸收大量水分,才能保证叶面蒸腾的需要,以降低并稳定植物体温,使植物在强烈的日光下进行光合作用而不致灼伤。
植物虽需大量水分,但不能盲目给土壤浇水,因土壤中的水、气常处于矛盾状态,水分太多则影响土壤的通气,也影响根系的吸收作用,从而影响根系正常的生命活动,以致于影响全株的生长。药用植物种类多,特性各异,对水分的要求也各有不同。有些药用植物不需要太多的水分,即所谓耐旱的药用植物如麻黄、甘草等,土壤湿度大则生长不良,或引起烂根;有些药用植物则需要较多的水分,如泽泻、菖蒲、芡实等,甚至可以在淹水的嫌气条件下生长,土壤太干则生长不良;而绝大多数药用植物则需在干湿适当的土壤条件下生长,过于潮湿的土壤,常引起烂根,导致全株死亡,太干容易缺苗或生长不良。所以在生长期间应注意水分管理,若天旱不雨,要注意浇水,雨后应及时排水,避免土壤通气不良致使植株窒息死亡。
(二)土壤水分含量及其有效性
1.土壤含水量的表示方法
自然条件下土壤保持的水分含量称为土壤含水量,其表示:方法有以下几种:
(1)重要百分率
即土壤含水量占土重的百分率,一般以烘干土重为基数。
(2)容积百分数
土壤含水量的重量百分数虽然普遍采用,但要说明土壤水分占土壤孔隙的容积,或水分与空气在土壤中所占容积的比率等则不方便,为此应以土壤中水分体积占土壤体积的百分数来表示。
(3)相对含水量
为了更好地说明土壤水分的饱和程度,有效性和水、气状况,在植物栽培中,常用土壤自然含水量占田间持水量的百分数来表示土中水分状况,称为相对含水量。
(4)水层厚度(mm)表示
为了使土壤所含实际水量与降雨量和蒸发量进行比较,将一定深度土层中所含实际水量换算成水层厚度(mm)来表示,有时也称土壤蓄水量(mm)。
水层厚度(mm)=土壤含水量(水重%)×容重×土层厚度(cm)×102.土壤水分对植物的有效性
土壤水分的有效性是指土壤水分能否被植物利用以及利用的难易。土壤水分并非全部都能被植物利用,它取决于根毛吸力和土壤吸力之间的矛盾。当土壤水分充足时,土壤吸水力仅为8—个大气压,水分运动快,植物可以吸收到所需水分。随着植物对水分的吸收和土壤水分的蒸发,土壤水分越来越少,土壤对水的吸力愈来愈大,植物吸水就愈来愈困难。当土壤吸水力达到15个大气压(约等于根的吸水力)时,根毛就不能再吸进水分,植物便呈现永久萎蔫,所以萎蔫系数是土壤有效水分的下限。当土壤含水达到田间持水量时,其能量水平已接近自由水,土壤吸力约为1/3个大气压,这时土壤水分有效性最高,是有效水分含量的上限。田间持水量以上的水分是多余的无效水分,甚至是有害的,因多余的水分会使土壤通气不良,影响根系的生长活动。实际上土壤水分达到植物生长阻滞含水量时,植物的正常生长已受到影响。因而在土壤尚未达到生长阻滞含水量以前,就要抓紧时间及时灌溉。
土壤最大有效水贮量,受土壤质地、结构、松紧状况和有机质含量等条件的影响。就质地而言,砂土最少,壤土最大,粘土比壤土小。
此外,土层深度也是影响土壤有效水量的一个重要因素,在其他因素相同的情况下,土层深的有效水量显然多于土层浅的。所以,通过深耕改土加深耕层也是增加土壤有效水量的一个重要措施。