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红三叶草地土壤植物系统中矿质元素的数量特征(3)

已有 3763 次阅读 2011-9-18 09:32 |个人分类:植物化学元素生态|系统分类:论文交流|关键词:学者| 红三叶, 矿质元素

第二节 红三叶矿质元素相对生物吸收能力

已如前述,植物对元素的选择吸收力是决定植物元素化学成分的首要因素。但是,环境条件,特别是土壤的理化特征,对植物的化学元素含量亦有直接或间接的影响。目前,评价化学元素的相对生物吸收能力,通常采用生物吸收系数作指标。这一指标,在一定程度上可以表征土壤-植物系统中化学元素迁移的难易程度,反映植物对土壤中元素的吸收和富集能力(龚子同,1994;廖金凤,1999;梁其彪,1998;田均良,1996) 在生长季节内,红三叶地上部的矿质元素含量(Ep)动态已如在图5-2和图5-3所示;其生长地土壤的元素含量(Es)动态,见图5-6EpEs之比即为生物吸收系数。

由图5-6可见,土壤与红三叶植物体的各种矿质元素含量的高低有明显不同。其排序为Al>Fe>K>Mg>Na>Ti>Ca>N>Mn>P>Ba>V>Cr>Zn>Sr>Li>Ni>Cu>Pb>Co>Mo。并且,土壤中矿质元素含量在生长季节的变化幅度较小。其最高值与最低值之比通常小于1.5;变异系数低于10%。只有PbCrBa含量的最高值与最低值之比在1.52.0之间;变异系数高于12%

1.红三叶矿质元素生物吸收系数的动态特征

5-10的数据表明,红三叶21种元素生物吸收系数的最高值大多出现于苗期,有NFeMnCuZnNaCoVNiAlBaTiLi。但有些元素的最高值出现在其他生育期:Ca在开花期;MgSrPCr在结实初-中期;KMoPb在结实末期;没有出现在分枝、现蕾期和结实后期者。其最低值多出现于开花期,有NPKFeMnCuZnNaNiTi;苗期有CaMgSr;分枝期为Mo;结实初-中期有CoVPbAlLi;结实末期有CrBa;没有出现在现蕾期和结实后期者。

10生长季节红三叶矿质元素生物吸收系数的变化

N       P         K        Ca        Mg      Fe        Mn       Cu      Zn       Mo    

苗期             33.31   4.28    0.627   5.52     0.287   0.084   0.127   1.158   0.743   0.049  

分枝期         20.77   2.85    0.650   15.98   0.324   0.009   0.051   0.530   0.377   0.043  

现蕾期        19.50    3.16    0.629   17.62   0.334   0.005   0.060   0.379   0.438   0.048  

开花期        15.94    2.81    0.533   27.07   0.305   0.004   0.046   0.329   0.361   0.051

结实初期   16.81    3.26   0.564   18.75   0.354   0.004   0.065   0.365   0.455   0.051  

结实中期    19.26    4.65    0.823    8.83   0.351    0.005   0.076   0.531   0.534   0.060

结实后期    18.89    4.49    1.046    7.34   0.314    0.009   0.065   0.442   0.464   1.182  

结实末期     24.17   4.53    1.203    8.23   0.301    0.009   0.069   0.467   0.511   1.548  

           Na      Co       V         Sr       Ni       Pb       Al       Cr      Ba        Ti        Li

苗期          0.038  0.089  0.056  0.531  0.273  0.115  0.050  0.091  0.073  0.0074  0.085

分枝期       0.018  0.020  0.014  0.789  0.132  0.005  0.005  0.063  0.075  0.0009  0.009

现蕾期       0.017  0.031  0.014  0.738  0.158  0.119  0.002  0.080  0.055  0.0004  0.054

开花期       0.011  0.007  0.010  0.724  0.089  0.032  0.002  0.058  0.063  0.0003  0.003

结实初期    0.014  0.002  0.009  0.863  0.115  0.003  0.002  0.078  0.091  0.0004  0.008

结实中期    0.015  0.014  0.012  0.720  0.170  0.015  0.002  0.103  0.062  0.0004  0.001

结实后期  0.032  0.040  0.018  0.738  0.172  0.190  0.004  0.005  0.072  0.0009  0.009

结实末期    0.028  0.053  0.020  0.608  0.138  0.261  0.003  0.003  0.049  0.0010  0.010

对表5-10数据进行分析的结果表明,在生长季节内,红三叶元素生物吸收系数的动态模型均为二次多项式(Ax=cx2+bx+a)。其方程式如表5-11所示。其中,NPKFeMnCuZnMoNaCoVNiPbAlTLii 16种元素为降-升型(“∪”型,b<0c>0);CaMgSrCrBa 5种元素为升-降型(“∩”型,b>0c<0)。上述相关曲线,除MnZnBa外,均达到了显著水平。

21种元素在生长期间的变异系数有显著不同。变异系数大于100%的有AlFeLiTiMoPb;在100%50%之间者有CoVCrCaCu;在50%10%之间者有NaMnNiK NZnPBaSr;小于10%者有Mg

11 红三叶矿质元素生物吸收系数的动态特征

元素             方程式                          相关系数     最大值      最小值     变异系数

N        0.966x2-9.563x+39.484           0.937***      30.888       15.824          26.3

P        0.0907x2-0.6389x+4.317          0.772*          5.011        3.213           21.4

K        0.0278x2-0.171x+0.821           0.966***      1.232        0.558           32.2

Ca       -1.1243x2+9.4171x-0.0404      0.777*         19.639       3.341           54.3

Mg      -0.0035x2+0.0337x+0.2601     0.747*          0.341        0.290           7.4

Fe       0.0006x2-0.0053+0.0116         0.904**        0.013        0.005           171.3

Mn      0.0031x2-0.0313x+0.1312        0.688(*)      0.103        0.052           35.7

Cu       0.369x2-0.3893x+1.3357        0.856**         0.983        0.312           50.7

Zn       0.0156x2-0.1501x+7628         0.669(*)        0.628        0.402           24.7

Mo      0.0689x2-0.4267x+0.5429      0.943***       1.539        0.000           162.6

Na       0.0017x2-0.0156x+0.0478       0.870**        0.034        0.012           45.2

Co       0.0052x2-0.0493x+0.1212       0.914**         0.077        0.005           88.8

V        0.0023x2-0.0238+0.0668         0.870**         0.045        0.005           80.0

Sr        -0.0167x2+0.1549x+0.4433     0.804*         0.800        0.582           14.4

Ni        0.007x2-0.0712x+0.2976        0.721*          0.233        0.117           35.5

Pb        0.0134x2-0.1014+0.2074        0.840**         0.254        0.016          103.7

Al        0.0021x2-0.0226+0.0577        0.842**         0.037        0.000          197.2

Cr        -0.003x2+0.0172x+0.059        0.747*           0.084        0.005           62.3

Ba        -0.0007x2+0.0048x+0.064      0.399             0.072        0.058           19.2

Ti        0.0003x2-0.0035x+0.0087       0.853**        0.006        0.000           166.4

Li        0.0036x2-0.039x+0.0992         0.844**         0.064        0.000           170.9

注:1.****** (*) 分别表示显著性水平为0.0010.01 ,0.05 0.1

2.表中的最大值和最小值为计算值。

3.方程式均为二次多项式;式中x为生育期,用数字18表示,依次代表苗期、分枝期、现蕾期、开花期、结实初期、结实中期、结实后期和结实末期。

2红三叶矿质元素生物吸收系数的数量特征

分析表明,21种矿质元素生物吸收系数的差异十分显著 。其差异显著性水平为F=0.0001。其元素生物吸收系数的排序为N>Ca>P>K>Sr>Cu> Zn>Mo>Mg>Ni>Pb>Mn> Ba>Cr>Co>Na>V>Li>Fe>Al>Ti

现用红三叶生育期间8次测定数据的平均值,来比较各元素生物吸收系数的差别。拟将富集元素分为高中低3级;贫集元素分为低中高3级。如表5-12所示,NPCa属于富集元素,其余18种均为贫集元素。

12 红三叶矿质元素生物吸收系数的数量特征

  分级                                            生物吸收系数(Ax)指标                       矿质元素

富集元素

 高富集元素                    Ax10                        NCa

中富集元素                    10Ax5

低富集元素                    5Ax1                       P

贫集元素

低贫集元素                   1Ax0.1                  KSrCuZnMoMgNi        

中贫集元素                   0.1Ax0.01               PbMn CoNaVLiFeCrBa

高贫集元素                    Ax0.01                   AlTi            

3.红三叶矿质元素生物吸收系数的相关性

由表5-13可见,在210对元素对中,有89对相关显著,占总元素对的42.4%。其中,成正相关者69对,负相关者20对。从相关显著性水平看,α=0.001者占28.1%;α=0.01者和α=0.05者分别各占37.1%和34.8%。在21种元素中,其显著相关的元素对,NFeMnCuZnNaCoVSrNiAlTiLi 13种元素均在10对以上;PKCaMgMoPbCr 7种元素均在5对以下;Ba0对。在呈显著负相关的20对元素中,与Sr配对的元素对数最多,达11种;其次为Ca,为5种;其余元素均少于3对。Mg虽然与多数元素呈负相关,但除Co之外,均不显著(α0.05)

植物元素生物吸收系数的高低主要决定于植物本身还是环境因素,有关学者对此有不同看法。有的认为元素生物吸收系数“主要受植物体种间生理功能和环境(土壤因子)的影响”何和明等,1998)。有的认为“植物的化学成分在很大程度上取决于土壤的成分,主要通过植物选择性吸收而富集”樊文华,1995;有的认为“植物化学组成与土壤的化学成分并无直接关系,但与土壤类型特别是土壤地球化学类型有联系”龚子同,1994;我们的研究结果表明,不同植物的同种元素生物吸收系数的高低主要取决于植物本身(生理、生化和遗传)的特性。理由是:(1)在相同土壤条件下,红三叶和鸭茅的某些元素(如SrCa)的生物吸收系数可相差5倍以上;(2)测定表明,在生长期内土壤中元素含量变动幅度最大者为Pb。其最大值比最小值只高出1倍,变异系数为22.7%;其余20种元素仅高出0.10.4倍,变异系数均低于15%。同种元素相比较,均远远低于植物的变动幅度。同时,植物与土壤中同种元素含量的相关分析表明,二者的相关性并不显著(α0.05)。但是,同种植物的不同元素的吸收系数的大小,不仅取决于植物本身的特性,而且也明显受到环境(主要是土壤)条件的影响。比如,尽管红三叶Fe的含量远远大于Mo,但前者的生物吸收系数却显著小于后者。这与土壤中Fe的含量大大高于Mo有密切关系。(杜占池,2008

大量研究表明,不同种类的植物,其NPCa多为富集元素;KMgFeMnCuZnMoCoVSrNiPbAlCrBaTiLi等通常为贫集元素。(陈永瑞,1999;粱其彪,1998);刘世海,2002;樊文华,1995;寒颖,1996 田均良,1996孔令韶,1994林强,2005;何和明,1998;廖金凤,1999 龚子同,1994 )。红三叶与这些测定结果是一致的。

而另一些研究结果却迥然不同。主要原因有二:(1)当土壤中的某种元素特高或很低时。如:江西省千烟洲地区马尾松人工林MnNa陈永瑞,1999); 山西五台山山地草甸主要植物种的KNa(樊文华,1995);新疆呼图壁县25种草本和灌木的Na孔令韶,1994);吉林 长白山岳桦(Betula ermanii)MgMnCuZnMoNi等,刘景双,1998均为富集元素。这是因为上述地区的相关元素在土壤中的含量很低所致。而Ca新疆呼图壁为贫集元素,主要是由于该元素在土壤中的含量很高所致(表5-14)。(2)但植物体中某种元素特高时。如:云南哀牢山10种木本植物的MnCuZnPb及新疆呼图壁的Na均为富集元素。其含量依次高达6788.3549.51754.4199.145730.0mg/kg,而红三叶分别低于10020505200mg/kg(姚天全,1999孔令韶,1994


13 红三叶矿质元素生物吸收系数的相关特征

N      P     K      Ca     Mg     Fe     Mn    Cu    Zn     Mo   Na     Co     V      Sr     Ni    Pb     Al     Cr     Ba    Ti     Li

N     1.000                                **     **     ***   **            *     ***    ***     -**    **           **                  ***    **

P     0.442   1.000    *     -**

K     0.131   0.745  1.000                                             ***                                      *             -*

Ca   –0.665  –0.887  –0.649   1.000                              -*            -*     -*                   -*

Mg  –0.639  –0.172  –0.229   0.237   1.000                                            -*             *

Fe    0.915   0.289  –0.166  –0.485  –0.605   1.000   **      ***    **           *     **    ***     -*     **          ***                  ***   ***

Mn   0.889   0.571   0.028  –0.690  –0.396   0.919  1.000    ***    ***          *     *      ***     -*    ***          **                   **    **

Cu    0.936   0.387  –0.085  –0.603  –0.524   0.971  0.931   1.0000 **                  *     ***     -*     **          ***                  ***   ***

Zn    0.877   0.657  0.128   –0.739  –0.376   0.870  0.991   0.894  1.000          *     *      **      -*     **          **                   **    **

Mo   0.089   0.577  0.938   –0.479  –0.375  –0.163  –0.053  –0.158  0.028  1.000                                   **            -**

Na    0.792   0.634  0.501  –0.796  –0.694   0.707   0.713   0.697  0.714  0.528  1.000   **     *       -*     *                                *      *

Co    0.937   0.534  0.322  –0.715  –0.745   0.836   0.817   0.825  0.816  0.323  0.921  1.000   ***     -**    **           *                   **     **

V     0.959   0.411  0.017  –0.603  –0.674   0.979   0.925   0.959  0.894  0.013  0.816  0.929   1.000   -*     **          ***                 ***    ***

Sr    –0.848  –0.555  –0.331  0.570   0.788  –0.733  –0.729  –0.734 –0.756  –0.297  –0.723 –0.883  –0.821  1.000               -*                  -*      -*

Ni    0.862   0.568  0.080  –0.762  –0.392   0.870   0.929   0.907  0.913  –0.035   0.771  0.851  0.904  –0.696  1.000         **                  **     **

Pb    0.376   0.571  0.804  –0.542  –0.566   0.136   0.215   0.098  0.281   0.875  0.703  0.630   0.322  –0.579  0.270  1.000         -*          

Al    0.909   0.268  0.191  –0.467  –0.598   1.000   0.913   0.970  0.861  –0.188   0.690  0.825  0.974  –0.723  0.864  0.112  1.000                ***    ***

Cr    0.100  -0.246  -0.757   0.181   0.429   0.277   0.306   0.320  0.261  -0.915  -0.395  -0.155  0.133   0.102  0.259 -0.750  0.297  1000

Ba   -0.104  -0.285  -0.485   0.134   0.309   0.156   0.089   0.118  0.004  -0.400  -0.070  -0.233  0.017  0.511  0.006  -0.561  0.165  0.270  1.000

Ti    0.928   0.309  –0.127  –0.511  –0.624   0.999   0.919  0.972  0.872  –0.123   0.724  0.855  0.985  –0.746  0.872  0.170  0.998  0.240  0.145  1.000   ***

Li    0.913   0.268  –0.166  –0.472  –0.610   0.997   0.912  0.957  0.861  –0.144   0.716  0.840  0.977  –0.718  0.853  0.156  0.997  0.250  0.180  0.997  1.000

: 样本数n=8,α0.001=0.925***,α0.01=0.834**,α0.05=0.707*


14不同地区土壤元素含量的比较(mg/kg

采样地区                    Ca              K       Mg         Mn      Cu       Zn      Mo      Na         Ni

全国平均值            15400.0  18600.0   7800.0   710.0    22.6   100.0    2.0    10200.0   26.9

重庆红池坝                2087.0  19804.0   9295.0  1046.0   31.2     79.6    0.7      4834.0    35.5

江西千烟州                                                            327.4                                         33.2

山西五台山                               6600.0                                                                  960.0

吉林长白山                                               319.6     43.8     0.8       9.0     0.2                      1.4

新疆呼图壁              39768.7                                                                             23738.8

注:资料来源:熊毅,1987;成延鏊,1993陈永瑞,1999樊文华,1995刘景双,1998孔令韶,1994

参考文献

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