论文部分内容阅读
酸性土壤主要分布于亚热带及热带地区，多种胁迫因子共存于酸性土壤，限制了大多数植物的生长。但酸性土壤上的一些植物种类却能生长良好，并没有表现出酸性土壤的毒害现象。这些植物能在酸性土壤上正常生长，可能有着自身的适应机制。此前的研究多关注于某一种植物的耐性机制或将更大范围下的某种林地类型作为整体研究，对处于两种研究量之间的分类研究较为缺乏。因此，本论文通过江西及湖北两地自然保护区内的土壤-植物调查，研究了不受人为干扰或干扰较小的自然条件下不同植物种类对酸性土壤、两种野生植物对极端酸性土壤-酸性硫酸盐土的适应机制。另外，氮肥在农田土壤中的不合理施用被认为是诱导土壤酸化的重要因素。由于酸性土壤上存在的低pH问题，人为影响下的农田土壤pH进一步降低，对作物生长更加不利。不同植物会偏好吸收不同的氮形态，进而会影响土壤pH变化。本论文进一步以不同作物为研究对象，在不同铵硝供应下，对土壤pH变化与植物阴阳离子及氮吸收间的关系进行了研究。主要研究结果如下:
(1)江西天门山植物-土壤调研发现，70种植物的根围土壤pH范围很广，从3.71-6.05。植物铝含量从0.32 mg kg-1到27670.13 mg kg-1。有些植物地上部对铝的累积是植物耐酸性土壤的一种机制，但是铝超积累植物在所有调研植物中并不是其主要类群。虽然铝超积累植物的根围土壤pH一般都偏低，但植物中铝含量与植物根围土壤pH并没有显著相关性，植物根围土壤pH主要与土壤ANC(酸中和能力)、CEC（阳离子交换量）有显著相关性，植物对铝的吸收主要靠其自身遗传生理特性控制。把植物叶片按铝含量（AI＞200 mg kg-1;Al＜200 mg kg-1）进行分类后，我们发现，营养元素（氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁）在植物体内对铝毒害的抗性作用似乎不同。在Al＜200 mg kg-1分类中，营养元素（氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁）与植物体内铝呈正相关关系，而在Al＞200mg kg-1分类中，营养元素（氮、磷、钾、镁、铁）与植物体内铝呈负相关关系。另外，发现了4种未报道过的铝超积累植物:冬青、刺叶桂樱、小叶青冈和檵木。
(2)湖北神农架地区植物-土壤调研表明，神农架地区植物土壤根围pH范围更广，为3.98-8.04，植物铝含量从6.69 mg kg-1到5861.85 mg kg-1。相比于江西自然条件下的植物根围土壤pH，湖北神农架地区调查的植物根围土壤pH普遍更高。对于同一种铝超积累植物:茶，无论在江西还是湖北，都会产生对铝的富集现象。进一步说明，植物对铝的吸收可能受其生理遗传控制。同时，在海拔3000米的坡地上，湖北神农架处的土壤pH较上世纪60年代有所降低。
(3)在酸性硫酸盐土上发现了两种能正常生长的野生植物:野荸荠和五棱飘拂草，与试验的所有品种水稻相比，野荸荠及五棱飘拂草能完全适应酸性硫酸盐土壤下的逆境环境。但水稻对这种逆境环境的适应性很弱，试验的所有水稻品种（240个）均不能完成整个生育期。与水稻相比，野荸荠和五棱秆飘拂草适应强酸环境不是因为根际碱化，而是因为这两种植物具有较高的铝铁耐力和较强的养分（磷、钙、镁、钾、硫）吸收能力。相反，水稻对铝和铁的吸收能力较强，对养分的吸收能力较低，可能是因为铝和铁的毒害导致水稻养分吸收能力低，不能正常生长。野荸荠及五棱飘拂草在酸性硫酸盐土上的耐性机制不同，前者可能是铝排斥机制，后者可能为内部忍耐机制。
(4)不同作物苗期生长对铵态氮和硝态氮供应响应不一样。其中，鹰嘴豆和萝卜偏好铵态氮，苋菜、小麦和白菜偏好硝态氮，黄豆、玉米、早稻和黑麦草对铵硝的吸收没有偏好。由于不同作物对不同氮肥形态的偏好差异，作物间根际土壤pH呈现出显著性差异。通过研究分析表明，植物吸收的阴离子（硝酸根，磷酸根，硫酸根）总量与土壤△pH（种植作物土壤pH-不种植作物土壤pH）存在显著正相关关系。并且，植物对硝态氮和铵态氮的吸收与土壤△pH也有良好的相关性，随着对硝态氮吸收的增多，土壤△pH趋向于升高。植物对不同形态氮吸收含量与土壤△pH的关系也从土壤中剩余铵态氮和硝态氮含量得到了验证。
(1)江西天门山植物-土壤调研发现，70种植物的根围土壤pH范围很广，从3.71-6.05。植物铝含量从0.32 mg kg-1到27670.13 mg kg-1。有些植物地上部对铝的累积是植物耐酸性土壤的一种机制，但是铝超积累植物在所有调研植物中并不是其主要类群。虽然铝超积累植物的根围土壤pH一般都偏低，但植物中铝含量与植物根围土壤pH并没有显著相关性，植物根围土壤pH主要与土壤ANC(酸中和能力)、CEC（阳离子交换量）有显著相关性，植物对铝的吸收主要靠其自身遗传生理特性控制。把植物叶片按铝含量（AI＞200 mg kg-1;Al＜200 mg kg-1）进行分类后，我们发现，营养元素（氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁）在植物体内对铝毒害的抗性作用似乎不同。在Al＜200 mg kg-1分类中，营养元素（氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁）与植物体内铝呈正相关关系，而在Al＞200mg kg-1分类中，营养元素（氮、磷、钾、镁、铁）与植物体内铝呈负相关关系。另外，发现了4种未报道过的铝超积累植物:冬青、刺叶桂樱、小叶青冈和檵木。
(2)湖北神农架地区植物-土壤调研表明，神农架地区植物土壤根围pH范围更广，为3.98-8.04，植物铝含量从6.69 mg kg-1到5861.85 mg kg-1。相比于江西自然条件下的植物根围土壤pH，湖北神农架地区调查的植物根围土壤pH普遍更高。对于同一种铝超积累植物:茶，无论在江西还是湖北，都会产生对铝的富集现象。进一步说明，植物对铝的吸收可能受其生理遗传控制。同时，在海拔3000米的坡地上，湖北神农架处的土壤pH较上世纪60年代有所降低。
(3)在酸性硫酸盐土上发现了两种能正常生长的野生植物:野荸荠和五棱飘拂草，与试验的所有品种水稻相比，野荸荠及五棱飘拂草能完全适应酸性硫酸盐土壤下的逆境环境。但水稻对这种逆境环境的适应性很弱，试验的所有水稻品种（240个）均不能完成整个生育期。与水稻相比，野荸荠和五棱秆飘拂草适应强酸环境不是因为根际碱化，而是因为这两种植物具有较高的铝铁耐力和较强的养分（磷、钙、镁、钾、硫）吸收能力。相反，水稻对铝和铁的吸收能力较强，对养分的吸收能力较低，可能是因为铝和铁的毒害导致水稻养分吸收能力低，不能正常生长。野荸荠及五棱飘拂草在酸性硫酸盐土上的耐性机制不同，前者可能是铝排斥机制，后者可能为内部忍耐机制。
(4)不同作物苗期生长对铵态氮和硝态氮供应响应不一样。其中，鹰嘴豆和萝卜偏好铵态氮，苋菜、小麦和白菜偏好硝态氮，黄豆、玉米、早稻和黑麦草对铵硝的吸收没有偏好。由于不同作物对不同氮肥形态的偏好差异，作物间根际土壤pH呈现出显著性差异。通过研究分析表明，植物吸收的阴离子（硝酸根，磷酸根，硫酸根）总量与土壤△pH（种植作物土壤pH-不种植作物土壤pH）存在显著正相关关系。并且，植物对硝态氮和铵态氮的吸收与土壤△pH也有良好的相关性，随着对硝态氮吸收的增多，土壤△pH趋向于升高。植物对不同形态氮吸收含量与土壤△pH的关系也从土壤中剩余铵态氮和硝态氮含量得到了验证。