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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）: duzhanchi 2011-9-18 09:32; 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 5-6 。 Ep 与 Es 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 AlFeKMgNaTiCaNMnPBaVCrZnSrLiNiCuPbCoMo 。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 Pb 、 Cr 、 Ba 含量的最高值与最低值之比在 1.5 ～ 2.0 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表 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 N 、 Fe 、 Mn 、 Cu 、 Zn 、 Na 、 Co 、 V 、 Ni 、 Al 、 Ba 、 Ti 、 Li 。但有些元素的最高值出现在其他生育期： Ca 在开花期； Mg 、 Sr 、 P 、 Cr 在结实初 - 中期； K 、 Mo 、 Pb 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 N 、 P 、 K 、 Fe 、 Mn 、 Cu 、 Zn 、 Na 、 Ni 、 Ti ；苗期有 Ca 、 Mg 、 Sr ；分枝期为 Mo ；结实初 - 中期有 Co 、 V 、 Pb 、 Al 、 Li ；结实末期有 Cr 、 Ba ；没有出现在现蕾期和结实后期者。表 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 =cx 2 +bx+a ）。其方程式如表 5-11 所示。其中， N 、 P 、 K 、 Fe 、 Mn 、 Cu 、 Zn 、 Mo 、 Na 、 Co 、 V 、 Ni 、 Pb 、 Al 、 T 、 Lii 16 种元素为降 - 升型（“∪”型， b0 ， c0 ）； Ca 、 Mg 、 Sr 、 Cr 、 Ba 5 种元素为升 - 降型（“∩”型， b0 ， c0 ）。上述相关曲线，除 Mn 、 Zn 、 Ba 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 Al 、 Fe 、 Li 、 Ti 、 Mo 、 Pb ；在 100% ～ 50% 之间者有 Co 、 V 、 Cr 、 Ca 、 Cu ；在 50% ～ 10% 之间者有 Na 、 Mn 、 Ni 、 K 、 N 、 Zn 、 P 、 Ba 、 Sr ；小于 10% 者有 Mg 。表 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 0.966x 2 -9.563x+39.484 0.937 *** 30.888 15.824 26.3 P 0.0907x 2 -0.6389x+4.317 0.772 * 5.011 3.213 21.4 K 0.0278x 2 -0.171x+0.821 0.966 *** 1.232 0.558 32.2 Ca -1.1243x 2 +9.4171x-0.0404 0.777 * 19.639 3.341 54.3 Mg -0.0035x 2 +0.0337x+0.2601 0.747 * 0.341 0.290 7.4 Fe 0.0006x 2 -0.0053+0.0116 0.904 ** 0.013 0.005 171.3 Mn 0.0031x 2 -0.0313x+0.1312 0.688 (*) 0.103 0.052 35.7 Cu 0.369x 2 -0.3893x+1.3357 0.856 ** 0.983 0.312 50.7 Zn 0.0156x 2 -0.1501x+7628 0.669 (*) 0.628 0.402 24.7 Mo 0.0689x 2 -0.4267x+0.5429 0.943 *** 1.539 0.000 162.6 Na 0.0017x 2 -0.0156x+0.0478 0.870 ** 0.034 0.012 45.2 Co 0.0052x 2 -0.0493x+0.1212 0.914 ** 0.077 0.005 88.8 V 0.0023x 2 -0.0238+0.0668 0.870 ** 0.045 0.005 80.0 Sr -0.0167x 2 +0.1549x+0.4433 0.804 * 0.800 0.582 14.4 Ni 0.007x 2 -0.0712x+0.2976 0.721 * 0.233 0.117 35.5 Pb 0.0134x 2 -0.1014+0.2074 0.840 ** 0.254 0.016 103.7 Al 0.0021x 2 -0.0226+0.0577 0.842 ** 0.037 0.000 197.2 Cr -0.003x 2 +0.0172x+0.059 0.747* 0.084 0.005 62.3 Ba -0.0007x 2 +0.0048x+0.064 0.399 0.072 0.058 19.2 Ti 0.0003x 2 -0.0035x+0.0087 0.853 ** 0.006 0.000 166.4 Li 0.0036x 2 -0.039x+0.0992 0.844 ** 0.064 0.000 170.9 注： 1.*** ， ** ， * 和 (*) 分别表示显著性水平为 0.001 ， 0.01 ,0.05 和 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 1 ～ 8 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 NCaPKSrCu ZnMoMgNiPbMn Ba CrCoNaVLiFeAlTi 。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， N 、 P 、 Ca 属于富集元素，其余 18 种均为贫集元素。表 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 Ax ≥ 10 N 、 Ca 中富集元素 10 ＞ Ax ≥ 5 低富集元素 5 ＞ Ax ≥ 1 P 贫集元素低贫集元素 1 ＞ Ax ≥ 0.1 K 、 Sr 、 Cu 、 Zn 、 Mo 、 Mg 、 Ni 中贫集元素 0.1 ＞ Ax ≥ 0.01 Pb 、 Mn Co 、 Na 、 V 、 Li 、 Fe 、 Cr 、 Ba 高贫集元素 Ax ＜ 0.01 Al 、 Ti 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， N 、 Fe 、 Mn 、 Cu 、 Zn 、 Na 、 Co 、 V 、 Sr 、 Ni 、 Al 、 Ti 和 Li 13 种元素均在 10 对以上； P 、 K 、 Ca 、 Mg 、 Mo 、 Pb 、 Cr 7 种元素均在 5 对以下； Ba 为 0 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 ( α ＞ 0.05 ) 。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 Sr 和 Ca ）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 0.1 ～ 0.4 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（ α ＞ 0.05 ）。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 N 、 P 、 Ca 多为富集元素； K 、 Mg 、 Fe 、 Mn 、 Cu 、 Zn 、 Mo 、 Co 、 V 、 Sr 、 Ni 、 Pb 、 Al 、 Cr 、 Ba 、 Ti 、 Li 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的 Mn 和 Na （陈永瑞， 1999 ）；山西五台山山地草甸主要植物种的 K 、 Na （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 ) 的 Mg 、 Mn 、 Cu 、 Zn 、 Mo 、 Ni 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 Mn 、 Cu 、 Zn 、 Pb 及新疆呼图壁的 Na 均为富集元素。其含量依次高达 6788.3 、 549.5 、 1754.4 、 199.1 及 45730.0mg/kg ，而红三叶分别低于 100 、 20 、 50 、 5 和 200mg/kg 。（姚天全， 1999 ；孔令韶， 1994 ）表 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 注 : 样本数 n=8 ，α 0.001 =0.925 *** ，α 0.01 =0.834 ** ，α 0.05 =0.707 * 表 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 参考文献陈永瑞 . 千烟洲试区人工林营养元素生物积累的研究 . 自然资源学报， 1999 ， 14 （ 1 ）：成延鏊，田均良 . 西藏土壤元素背景值及其分布特征．北京：科学出版社， 1993. 杜占池，樊江文，钟华平 . 红三叶和鸭茅化学元素生物吸收能力的研究 . 草业学报， 2008 ， 17(2):47-53. 樊文华，张毓庄 . 五台山山地草甸自然保护区 11 种化学元素生物积累的研究 . 生态学报， 1995 ， 15 （ 1 ）： 85-90. 龚子同，顾国安，周瑞荣 . 漠境生物土壤地球化学特点 . 土壤学报， 1994 ， 31 （ 4 ）： 356-370. 何和明，吴生 . 海南岛西南地区某些药用植物微量元素的生物吸收和含量变化 . 中国野生植物资源， 1998 ， 17 （ 4 ）： 23-27. 寒颖，王娜 . 辽宁宽甸子县石柱子地区柱参与马牙参生态地球化学研究 . 人参研究， 1996 ： 17-23. 孔令韶，马茂华，潘代远．新疆呼图壁种牛场地区优势植物 K 、 Na 、 Ca 、 Mg 、 S 的含量特征和数量分析．植物学报， 1994 ， 36(8) ： 627-63 ．梁其彪，李瑞堂，唐润琴，等 . 木论林区稀有濒危植物元素背景值初步分析 . 广西植物， 1998 ， 18 （ 3 ）： 229-236. 刘景双，朱颜明，黄锡畴，等 . 长白山岳桦林化学元素生物地球化学分析 . 地理科学， 1998 ， 18 （ 5 ）： 457-462. 廖金凤 . 海南橡胶树枝和叶中的微量元素含量 . 中山大学学报（自然科学版）， 1999 ， 38 （增刊）： 121-125. 刘世海，薛智德，余新晓，等 . 密云水库北京集水区刺槐水源保护林主要养分元素的生物循环 . 水土保持学报， 2002 ， 16 （ 3 ）： 13-19. 林强，何和明 . 海南岛巴戟属植物的微量元素含量变化 . 中国野生植物资源， 2005 ，（ 6 ）： 70-71 （ 74 ）．田均良，刘普灵，李雅其 , 等 . 西藏高原土壤 - 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