马尾松酸性根际环境中铝的化学行为——以重庆酸雨区马尾松林地土壤为例

以重庆酸雨区马尾松林地土壤为例,通过马尾松幼苗盆栽试验法研究了酸性土壤–马尾松根系界面铝(Al)的化学行为.林地土壤中的铝可分级为交换态铝(Alex)、有机态铝(Alor)、氧化态铝(Alox)、碳酸盐态铝(Alc)和不溶态铝(Alin).研究结果表明:共存盐基离子Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+和Na~+对Al~(3+)在土壤–马尾松根系界面行为的影响呈正效应(缓解铝毒),影响顺序为Ca~(2+)Mg~(2+)K~+≈Na~+.全氮和全磷含量与根系铝含量呈正相关;土壤有机质(Organicmatter,OM)含量与根际Alor浓度呈正相关.土壤pH值(5.0)与根际Alex呈负相关,根际Alex大于非根际Alex,马尾松根系铝的吸收主要取决于根际土壤Alex含量,Alex进入根系后逐步与根细胞壁小分子有机化合物配位,主要以Alor累积于根部.图1表5参20     

铝胁迫下马尾松幼苗有机酸分泌和根际pH值的变化

以马尾松幼苗为试验材料,选用砂培法研究铝胁迫对马尾松根际pH值、有机酸分泌以及植株中铝累积变化的影响。结果表明,高浓度铝导致根际pH值增加,当铝浓度高于300μmol.L-1时,根际pH值则趋于平稳。在测试的5种有机酸(草酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、乙酸)中,当铝浓度由0升至300μmol.L-1时,草酸和苹果酸根系分泌量随之升高,与根际pH值呈正相关关系;而当铝浓度高于300μmol.L-1时,草酸和苹果酸分泌量则趋于平稳,草酸和苹果酸的分泌影响根际pH值的变化。其次,活性铝通过根系进入植株后,由于营养作用和运输机制,出现分布差异,根部铝积累量明显高于茎和叶。当根系接触的铝浓度低于300μmol.L-1时,植株铝积累量与根际pH值,以及草酸、苹果酸分泌量呈显著正相关。     

模拟酸雨对华南典型树种生长及营养元素含量的影响

我国是世界上的第3大酸雨区,而华南地区是我国酸雨比较严重的地区之一。越来越严重的酸雨将对森林生态系统林木生长产生负面影响。本文采用盆栽试验模拟研究酸雨对华南典型树种尾叶桉和马尾松幼树生长及营养元素含量的影响。酸雨水平有4个:pH6.8(CK)、pH5、pH4和pH3。幼树生长期间观察并记录其酸雨受害症状,每隔10a测量一次树高,4个月后统计生物量、叶面积情况,并分析植株样品中的N、P、K、Ca、Mg等元素的质量分数。试验结果表明,在不同酸度酸雨的协迫下,尾叶桉和马尾松幼苗表现出不同程度的受害症状,酸度越高受害越严重。酸雨显著地抑制尾叶桉和马尾松的树高生长,降低幼苗生物量,减少叶面积生长。与对照相比,生长四个月后,pH5、pH4和pH3处理分别导致尾叶桉生物量降低10.79%、19.21%和27.25%,马尾松降低12.78%、22.98%和28.70%。尾叶桉植株内P、Mg、Ca质量分数不同程度地受到酸雨的影响,而N、K质量分数不受酸雨影响;马尾松除了P元素以外,其它元素质量分数在各个酸雨处理之间差异不显著。     

磷对铝胁迫下荞麦根际土壤铝形态和酶活性的影响

采用土培法,以耐铝性明显差异的两个荞麦Fagopyrum esculentum基因型“江西养麦”(耐性)和“内蒙荞麦”(敏感)为材料,研究铝胁迫下磷对荞麦生长和根际土壤铝形态、土壤酶活性的影响.结果表明,0.4 g·kg~(-1)铝配施0.2 g·kg~(-1)磷的内蒙和江西荞麦根系生物量分别比不施磷组增加了67.9%和21.2%,磷能显著缓解铝对荞麦根系生长的抑制,提高根系生物量和根冠比.磷铝互作下根际土壤的交换态铝含量显著降低,毒性较小的吸附态羟基铝和络合态铝含量显著增加.根际土壤酶活性变化复杂,过氧化氢酶活性与磷质量分数呈正相关,w_p=0.2 g·kg~(-1)对铝胁迫下荞麦根际土壤转化酶活性最有利.说明施磷降低铝胁迫根际土壤的交换态铝含量,提高土壤过氧化氢酶活性,减缓铝毒对植株生长的抑制作用.     

模拟酸雨对水稻根系激素含量与生长的影响

为进一步清晰酸雨抑制植物生长的内在机制,采用水培法研究酸雨(pH 5.0—2.5)对水稻根系激素含量(生长素IAA、赤霉素GA、玉米素ZT、脱落酸ABA)、根系活力与质膜H+-ATPase活性及根系生长的影响.结果表明,与对照(CK)相比,经酸雨胁迫5 d后,pH 5.0组水稻幼苗根长及鲜重下降,但激素含量IAA和ABA、根系活力、H+-ATPase活性、根表面积和体积均显著上升,表明pH 5.0酸雨下水稻幼苗通过提高IAA、ABA含量,根系活力以及激活H+-ATPase活性调控水稻对营养的吸收,使根长及鲜重较其他酸雨处理组受抑较弱.pH 4.5、pH 3.5和pH 2.5酸雨组水稻幼苗IAA/ABA、GA/ABA、ZT/ABA、根系活力以及根系生长指标显著下降,表明pH 4.5、pH 3.5和pH 2.5酸雨降低激素含量影响根系细胞分裂和伸长,抑制根系活力导致水稻根系各生长指标受抑.将胁迫后幼苗移至对照条件下恢复5 d后,pH 5.0酸雨组根系活力和生长指标均恢复至CK,IAA/ABA、GA/ABA和ZT/ABA和质膜H+-ATPase活性有所上升;而pH 4.5—2.5酸雨组各指标变幅减小且优于胁迫期,表明水稻幼苗通过提高生长促进型激素(IAA、GA、ZT)含量、根系活力以及质膜H+-ATPase活性减轻酸雨对根系生长的制约,根系生长指标均有一定程度的恢复,且恢复程度受酸雨强度制约.     

铈对酸雨胁迫下水稻幼苗期防护与修复作用

为进一步了解铈(Ce~(3+))对酸雨胁迫下植物的作用,采用溶液培养法探究Ce~(3+)对酸雨胁迫下水稻幼苗(30 d)的抗氧化酶系统(过氧化物酶POD、超氧化物歧化酶SOD)、丙二醛(MDA)、氧自由基产生速率、硝酸还原酶(NR)、质膜透性和叶绿素含量的影响.结果显示,与对照相比,模拟酸雨(pH 3.0)胁迫下,水稻幼苗NR活性和叶绿素含量降低,POD、SOD、MDA、质膜透性和氧自由基产生速率升高;在水稻叶面喷施30 mg·L~(-1)Ce~(3+)后,与酸雨组相比,防护组与修复组NR活性、叶绿素含量提高,POD、SOD、MDA、质膜透性和氧自由基产生速率降低.酸雨影响植物生长代谢,不利于植物健康生长.30 mg·L~(-1)Ce~(3+)对酸雨胁迫下水稻幼苗各生理指标具有改善作用,可以减轻酸雨对植物的危害,而不同指标防护与修复的作用不同.     

酸雨胁迫下接种土壤微生物对栾树幼苗生长的影响

为探讨菌根真菌对宿主植物在酸雨逆境中的调节作用,以华北地区森林群落常见树种栾树(Koelreuteria paniculata)幼苗为研究对象,采用双因素完全随机试验设计开展盆栽试验,设置了3个酸雨梯度(pH分别为3.5、4.5、5.6)及2种土壤微生物接种方式(接种、不接种),对各处理下幼苗生长情况、叶片氮磷含量、根内泡囊-丛枝菌根真菌(Vescile-Arbuscular Mycorrhizal fungi)定殖情况进行测定及分析。结果表明:(1)栾树幼苗根系泡囊-丛枝菌根真菌表现出趋酸性的特征,其侵染率在pH 3.5中定殖率最高(76.3%),在pH 5.6中定殖率最低(34.4%);(2)在pH 3.5和pH 4.5酸雨处理中,接种土壤微生物显著促进了栾树幼苗的生长(P0.05),但在p H 5.6处理则无显著促进作用(P0.05),接种土壤微生物显著降低了3种酸雨胁迫下栾树幼苗叶片氮及氮磷比值,栾树幼苗在强酸胁迫下有更高的菌根依赖性(pH3.5:MD=54.2%,p H4.5:MD=38.7%,pH5.6:MD=0);(3)相关性分析表明,在pH3.5和pH4.5处理中,菌根真菌侵染率与苗木生物量、株高、基径、叶片氮及叶片氮磷比等显著相关(P0.05),而在pH 5.6处理中则均无显著相关关系。栾树幼苗泡囊-丛枝菌根真菌在强酸胁迫下表现出提高定殖率的适应策略;强酸胁迫下(pH 3.5、pH 4.5),泡囊-丛枝菌根真菌对栾树幼苗生长的调节作用较弱酸胁迫(pH5.6)明显;接种土壤微生物通过提高泡囊-丛枝菌根真菌的侵染率促进强酸雨下栾树幼苗基径、株高、地上及地下生物量。研究结果在一定程度上反映了接种土壤微生物对酸胁迫下栾树幼苗的促生长作用模式及调节作用。     

模拟酸雨致酸土壤对小麦幼苗生长发育的影响

用模拟酸雨淋洗土壤,造成土壤酸化和盐基流失,然后播种小麦(Triticumaestivum)。幼苗长至5片叶子时的测定表明:幼苗的生物量、叶片叶绿素含量和光合速率均降低,次生根减少,根系活动下降。酸化土壤对根系生物量和某些生理活动的影响大于对地上部的影响。     

9种草本观赏植物叶绿素含量和细胞膜透性对酸雨胁迫的响应

研究模拟酸雨(pH 2.0、3.0、3.5)对9种草本观赏植物叶片叶绿素(Chl)含量和细胞质膜透性的影响。结果表明,酸雨强度与草本观赏植物Chl含量呈负相关,酸雨胁迫次数越多,Chl含量越低,不同pH胁迫只是变幅之间存在差异,而在酸雨处理终止后,植物叶片Chl含量逐步恢复,且不同敏感型植物在各时段的恢复速度(或修复进程)不同,其规律为敏感植物<中等植物<抗性植物。酸雨强度与植物叶片质膜透性呈正相关,每增加1次酸雨胁迫,植物叶片质膜透性在前次基础上有所增加,增加幅度也表现出敏感植物>中等植物>抗性植物的基本规律。酸雨处理结束后,3类植物叶片质膜透性基本呈现“低—高—低”变化规律,质膜透性的变化峰值多出现在酸雨处理终止后的48 h,仅变化幅度存在差异,即敏感植物>中等植物>抗性植物。     

模拟酸雨的土壤淋洗液对马尾松华山松幼苗生长的影响

用不同酸度的模拟酸雨土壤淋洗液作培养液，以中性降水土壤淋洗液作对照，研究了马尾松、华山松幼苗受土壤溶液酸度及Ａｌ３＋浓度毒害的症状。观测了受毒害后的可视性症状出现的时间、根系伸长生长受阻的情况、植物体各部分生物量以及一些物质含量的浓度。结果表明，植物体受土壤溶液中各种浓度的Ｈ＋与Ａｌ３＋影响后，普遍出现根部膨胀、植物体发红的受害症状。低酸度模拟酸雨的土壤淋洗液可在一定时间内使幼苗生物量呈增加的趋势，高酸度模拟酸雨处理后的情况则与之相反。与可视性症状相比，植物体中一些物质的含量对Ｈ＋和Ａｌ３＋浓度更加敏感；根系部分敏感于地上部分；华山松敏感于马尾松。     

红壤地区大豆根系的耐酸铝生理特性

红壤地区的酸铝影响是限制植物生长的重要因素,为了研究酸铝作用下大豆根系在短时间下的生理特性变化,以大豆(Glycine max(L.)Merrill)(029-289,浙春2号)为实验材料,在水培条件下,用不同的酸铝处理(T1,0 mmol·L-1 pH 3;T2,0 mmol·L-1 pH 4;T3,0 mmol·L-1 pH 5;T4,0.5 mmol·L-1 pH 5;T5,l mmol·L-1 pH 5;T6,1 mmol·L-1 pH 3),在处理2 h、4h、6h、12 h、24 h下,测定根系生理特性相关指标.结果表明:在酸铝处理2h后,大豆根系生理特性受到影响.随着溶液pH降低.直根和侧根的生长受到抑制,对植物的生长造成阻碍;而在pH不变下,随铝浓度的变化,根系长度和根系活力先增大后减小.在T6下,对大豆根系的抑制作用在各酸铝处理下最明显,根系活力最小,质膜透性最大.比较不同时间下大豆根系生理特性值的大小,质膜透性浙春2号在6 h,029-289在4 h达到最小;与之相反,根系活力值浙春2号在4 h,029-289在6 h达到最大值.苏木精染色结果显示:T6下,2 h的酸铝胁迫就可检测到铝的存在,不同根段的铝含量大小分别是0～0.3 cm>0.6～0.9 cm>0.3～0.6 cm.因此,根长、根质最、质膜透性和根系活力均可作为植物根系受酸铝影响的鉴定指标,苏木精染色亦可有效的评价大豆的铝耐性.     

水稻叶片质膜H~+-ATPase对酸雨胁迫的适应机制

采用水培法研究酸雨胁迫对水稻叶片质膜H+-ATPase活性的影响,结果表明,高强度酸雨(pH 2.5和pH 3.0组)胁迫下,pH 2.5组质膜H+-ATPase活性显著受抑,胞内pH降低,POD活性受抑,pH3.0组质膜H+-ATPase活性上升,胞内pH降低,POD活性升高,质膜透性和MDA含量均增加,Fv/Fm和叶鲜重降低;低强度酸雨(3.0相似文献   

外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜根系多胺含量和抗氧化系统的影响

采用营养液栽培,研究了外源亚精胺(Spd)对盐胁迫下抗盐能力不同的2个黄瓜品种"长春密刺"和"津春2号"幼苗根系生长以及根系中多胺(PAs)含量和抗氧化系统的影响.结果表明,外源Spd提高了盐胁迫下黄瓜根系游离态Spd和精胺(Spm)、酸可溶性结合态和酸不溶性结合态腐胺(Put)、Spd和Spm含量,降低了游离态Put含量;同时提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,降低了超氧阴离子(O2(-/.))产生速率、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量及电解质渗透率,明显促进了幼苗根系生长;根系中酸不溶性结合态Spd含量与抗氧化酶活性间呈正相关性.表明黄瓜幼苗根系中较高的游离态Spd和Spm、酸可溶性结合态和酸不溶性结合态PAs尤其是酸不溶性结合态Spd含量有利于提高植株抗氧化酶活性,降低O2(-/.)产生速率和膜脂伤害,增强植株抗盐性.     

模拟酸雨致酸土壤对小麦幼苗生长发育的影响

用模拟酸雨淋洗土壤，造成土壤酸化和盐基流失，然后播种小麦(Triticum aestivum)。幼苗长至5片叶子时的测定表明：幼苗的生物量、叶片叶绿素含量和光合速率均降低，次生根减少，根系活动下降。酸化土壤对根系生物量和某些生理活动的影响大于对地上部的影响。     

模拟酸雨对酸性土壤铝溶出及其形态转化的影响

研究了我国南方酸沉降区主要土壤类型在模拟酸雨影响下，土壤中铝离子释放及铝形态转化的特点。结果表明，酸雨淋洗造成土壤中铝离子释放，酸雨pH值越低，铝离子释放量越大；酸雨淋洗还造成土壤中铝形态发生变化，酸雨pH越低，土壤中羟基态铝和腐殖质铝含量愈低，交换态铝含量越高，土壤中铝对植物和生态系统的危害性也越大。     

外生菌根真菌对油松幼苗根际土壤重金属赋存的影响

油松幼苗接种菌根盆栽试验表明,外生菌根真菌对油松根际土壤重金属铜、镉的赋存形态产生显著影响.与普通根际相比,菌根际土壤中交换态铜、镉含量显著下降,而有机结合态含量则显著增加.菌根际土壤重金属形态呈现出由疏松结合态向紧密结合态转化的趋势.接种菌根显著降低根际重金属的生物有效性,缓解重金属对寄主植物的毒害作用.     

闽北地区杉木、千年桐纯林与杉桐混交林的土壤活性铝形态特征

选取福建省北部8年林龄的杉木(Cunninghamia lanceolata)纯林、千年桐(Aleurites montana)纯林及杉木-千年桐混交林(杉桐混交林),通过测定土壤pH值、根际及非根际土壤交换性铝、单聚体羟基铝、酸溶无机铝、腐殖酸铝含量,探讨不同林分根际与非根际土壤活性铝形态分布特征.研究结果表明:(1)3种林分土壤pH值在3.76-4.33之间,杉桐混交林土壤pH值显著高于两种纯林.(2)3种林分中,杉桐混交林的交换性铝含量显著高于杉木纯林,酸溶无机铝含量显著低于杉木和千年桐纯林,根际土单聚体羟基铝含量与两种纯林无显著差异.(3)同种林分间,千年桐纯林、杉桐混交林的根际土交换性铝及单聚体羟基铝含量均显著低于非根际土,杉木纯林根际土4种活性铝含量与非根际土均无显著差异.(4)不同土壤的交换性铝和单聚体羟基铝总量占活性铝总量的6.09%-16.17%,交换性铝含量与土壤pH值均呈现显著负相关(P 0.05).综上,相较两种纯林,杉桐混交林能显著降低土壤酸度及酸溶无机铝含量,对交换性铝含量有一定的提升作用,但并未显著影响土壤中单聚体羟基铝及腐殖酸铝含量;结果可为闽北酸性红壤区人工林经营管理、土壤铝毒害防治及生态环境恢复提供理论依据.(图3表2参38)     

北方常见农作物根际土壤中铅、锌的形态转化及其植物有效性

采用盆栽试验结合形态分析技术研究了北方地区常见农作物对污染土壤中铅(Pb)、锌(Zn)的形态转化及其植物有效性的影响。土壤Pb、Zn形态分析结果显示,与非根际土壤相比,多数作物根际可交换态、碳酸盐结合态、有机质结合态Pb比例降低,而铁锰氧化物结合态、残渣态Pb则显著增加;Zn则表现为可交换态比例略呈降低趋势,碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态与有机质结合态升高,残渣态Zn则大幅下降。这提示,作物根际土壤Pb存在由松结合态向紧结合态转化的现象,从而植物有效性降低;而根际土壤Zn的形态变化则与Pb相反,即由紧结合态向松结合态转化,相应地提高了Zn的植物有效性。     

深圳湾红树林沉积物-植物体系汞的分布规律和形态分配特征

为了解重金属汞在非根际沉积物-根际沉积物-红树植物连续体系中的分布特征和迁移规律,以及沉积物中汞的化学形态特征,于深圳湾福田红树林实地采集红树植物幼苗样品及其林下沉积物样品,采用连续提取法对沉积物中汞的各种化学形态进行提取,通过冷原子荧光光谱仪进行定量分析。研究对象包括福田红树林3种常见红树植物,包括白骨壤(Avicennia marina)、桐花树(Aegiceras corniculatum)2个本土种和海桑(Sonneratia caseolaris)1个引进种,并以无植被覆盖的光滩作为空白对照。结果表明,在沉积物-红树植物体系中,根际和非根际沉积物中的总汞含量均高于红树植物幼苗。进入植物体后,汞在茎中的含量均小于根和叶。本土种植株表现出较强的汞积累能力。白骨壤幼苗汞积累量最高,质量分数达到45.32 ng·g-1,其次为桐花树幼苗,汞质量分数为23.49 ng·g-1。3种红树植物对汞的生物积累因子在0.02~0.35范围内,迁移因子处于0.4~0.99范围内,均低于1,表明它们从土壤吸收、并向地上部分运输汞的能力较弱,倾向于采取金属排斥策略,以实现植物体的自我保护。非根际沉积物中汞的各个化学形态质量百分比表现为有机结合态可挥发态残渣态可交换态碳酸盐结合态铁锰氧化物结合态,根际沉积物中汞表现为可挥发态机结合态残渣态铁锰氧化物结合态可交换态碳酸盐结合态,总体表现为生物可利用态和潜在可利用态质量分数较高,不可利用态较少。与本土种相比,引进种海桑能够将更多汞以稳定性相对较高的生物不可利用态和潜在可利用态形式固定于土壤中,表现出较好的治理汞污染能力。     

马尾松和木荷幼苗主要功能性状对氮磷和石灰添加的响应

植物功能性状能够反映植物个体对环境的响应和适应.为探究氮沉降对亚热带优势乔木树种功能性状的影响并寻求缓解过量氮沉降影响的措施,选择马尾松(Pinus massoniana)和木荷(Schima superba)幼苗为研究对象,设置了6个实验处理对照、加氮(20 g m~(-2)a~(-1))、加碳酸钙(100 g m~(-2)a~(-1))、加氮和加碳酸钙、加磷(10 g m~(-2)a~(-1))、加氮和加磷.结果显示:(1)氮添加显著增加木荷的根茎叶生物量,分别增加了319.83%、67.79%和66.14%;但对马尾松生物量的影响不显著.(2)氮添加显著增加木荷的总叶面积(增加了96.13%),但显著降低木荷的根系分叉数(降低了34.26%);马尾松叶片和根系功能性状对氮添加的响应不显著.(3)高氮添加背景下,碳酸钙添加显著降低了木荷的根叶生物量、总叶面积和比根长,分别降低了63.39%、30.56%、44.67%和80.81%;也显著降低了马尾松的比根长、比根面积和根分叉数,分别降低了54.11%、43.12%和59.39%;但对马尾松生物量无显著影响.(4)同时添加氮磷显著增加了木荷的根茎叶生物量,分别增加了96.41%、14.30%和34.65%;但对马尾松的生物量及根系功能性状无显著影响.本研究表明木荷对氮沉降的敏感程度较马尾松高,氮沉降可能通过改变物种的叶片和根系功能性状影响木荷的生长;高氮沉降背景下,碳酸钙添加可能抑制木荷和马尾松幼苗的生长,但磷添加可进一步促进木荷的生长.(图3表2参37)