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酸性土壤中影响作物生长的最主要的限制因子是铝毒和锰毒，铝主要在较低pH时活性较高，而Mn2+在酸性到微酸性条件下均可以稳定存在。关于毒害机理和植物调控机制已有很多研究，但这些研究多侧重于生理过程，较少关注铝和锰在根表或根际的化学行为。一方面是带电的根表与铝和锰的相互作用，另一方面是在根际发生的氧化还原反应。 植物根表带负电，可以通过静电作用吸附Al3+和Mn2+等阳离子;这两种阳离子也可与根表面官能团形成表面络合物发生专性吸附，使铝和锰以不同的形态在根表分布，从而影响其植物毒性。但至今很少有人用完整植物根研究其与铝离子和锰离子的作用，特别是吸附于根表的铝离子和锰离子的形态分布及其对铝毒和锰毒的可能影响还未见报道。不同植物根表官能团的种类和数量存在差异，这将影响根表对铝离子和锰离子的吸附量及其形态分布，并从而影响铝和锰对植物的毒性和植物的耐受能力。因此，弄清铝离子和锰离子在植物根表的形态分布及其影响因素可为植物铝毒和锰毒控制提供依据，具有重要现实意义。 土壤矿物中的铝进入土壤溶液主要是通过酸溶作用，但作为变价金属的锰，其氧化还原作用影响着其活性和植物可利用性。植物根系可以分泌具有还原性的有机物，可将土壤中的氧化锰还原为Mn(Ⅱ)，当这个反应在氧化锰含量较高的土壤中发生时，有可能造成植物锰毒。因此弄清植物根系分泌物对氧化锰的还原作用可为植物锰毒控制提供依据。 为此，本文主要研究了(1)铝在根表的形态分布及其对铝毒的影响以及对铝毒的缓解;(2)锰在根表的形态分布和根系分泌物对氧化锰的还原对锰毒的影响。主要研究结果如下: (1)以水培条件下获得的大豆或玉米的鲜根为研究对象，将根与铝和锰在酸性条件下反应后依次提取吸附于根表的铝和锰，并将其区分为交换态、络合态和沉淀态，比较了两种作物根表面性质的差异及其与铝形态分布的关系，研究了共存阴、阳离子和有机酸对根表铝和锰形态分布的影响。铝在植物根表以络合态为主，锰以交换态为主。大豆根的CEC和官能团的含量均高于玉米根，导致其根表交换态铝和络合态铝含量高于这2种形态铝在玉米根表的含量。这也是大豆受铝毒害比玉米严重的原因之一。植物根尖总铝和交换态铝含量最高，随着离根尖距离增加，总铝和交换态铝含量逐渐减小。Ca2+、Mg2+等阳离子与铝离子和锰离子竞争根表面阳离子交换位，降低根系交换态铝和交换态锰含量。硝态氮与铵态氮相比显著增加了根系对铝的吸附和吸收。草酸、苹果酸和柠檬酸可以有效降低根对铝和锰的吸附，草酸的作用最强。 (2)通过培养实验向土壤中添加植物物料，研究其降低红壤酸度、减轻铝毒的效果。油菜秸秆和稻草等氮和灰化碱含量低的物料主要通过抑制土壤中残留铵态氮的硝化反应对红壤酸度起间接改良作用。香樟叶灰化碱含量高，氮含量低，它既可直接中和土壤酸度，又可抑制硝化反应，表现出对红壤酸度很好的改良效果。豌豆秸秆灰化碱含量也较高，但由于含有大量有机氮，其矿化产生的铵态氮的硝化反应抵消了其对红壤酸度的部分改良效果。将非豆科有机物料与豌豆秸秆配合施用，由于非豆科有机物料对硝化反应的抑制作用，有机物料对土壤酸度的改良效果提高。研究了硝化抑制剂双氰胺(DCD)对铵态氮肥在土壤中转化的影响，发现DCD可以抑制铵态氮的硝化反应，从而可以有效缓解氮肥引起的红壤酸化。 (3)采用水培试验、室内批平衡实验和盆栽实验，研究了根系分泌物对氧化锰的还原作用。在高铝低磷多铵条件下，根系分泌较多还原性有机物。较低pH和较高温有利于根系分泌物对MnO2的还原溶解。根系分泌物中的邻苯二酚、半胱氨酸和抗坏血酸对MnO2有较强的还原溶解能力，柠檬酸和香草酸有中等还原溶解能力，草酸、酒石酸、水杨酸和邻苯二甲酸对MnO2的还原溶解能力很弱。当有还原性有机化合物存在时徐闻砖红壤、昆明砖红壤和澄迈砖红壤中的氧化锰容易发生还原溶解反应，增加土壤中可溶态和交换态Mn2+的含量，并可能对植物产生锰毒害。施用铵态氮肥通过促进根系分泌还原性物质和降低土壤pH促进根际土壤氧化锰的还原，施用硝态氮肥或将硝态氮肥与铵态氮肥混合施用可减缓土壤氧化锰的还原。与种植玉米相比，种植大豆导致根际土壤氧化锰的还原增强，土壤交换性锰含量增加更多。 因此，酸性土壤中铝在根表以交换态和络合态为主是造成植物铝毒的可能原因;在氧化锰含量较高的土壤中锰容易被根系分泌物还原为Mn2+且锰在根表以交换态吸附为主是造成植物锰毒的可能原因之一。