石漠化石灰土与水土保持植物葛藤化学元素含量特征

第29 卷　第4 期 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Vol. 29　No . 4 　2009年8 月 Journal o f Cent ral South Univ ersit y o f Fo restr y & Techno log y Aug. 2009　 文章编号: 1673- 923X ( 2009) 04- 0001- 06 石漠化石灰土与水土保持植物葛藤 化学元素含量特征� 宁晓波1, 2 ,项文化1, 3 ,梁小翠1, 4 ,方　晰1, 3 ( 1.中南林业科技大学,湖南 长沙 410004; 2.贵州省林业厅,贵州贵阳 550001; 3.南方林业生态应用技术国家工程实验室,湖南 长沙 410004; 4.国家野外科学观测研究站,湖南会同 418307) 摘　要: 　对贵州花溪区石灰土及水土保持植物葛藤化学元素的含量进行了研究.结果表明: ( 1)石灰土pH 值为7. 98,有机质含量为 56. 60 g·kg- 1.全N、全P 含量分别为3. 56、0. 64 g·kg- 1, N 和P 有效率低,速效N 仅占全N 含量的0. 47% ,速效P 仅占全P 的1. 46% . 全K 含量为6. 92 g·k g- 1,属缺K 型土壤.全C a、全Mg 含量分别为15. 44、2. 74 g·kg - 1. ( 2)微量元素含量依次排序为Fe> M n> Zn> Ni> Pb> Cu> Co> Cd.全Pb、全Zn、全Cu含量均未超过我国土壤环境质量 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ( GB15618-1995)中的 3级标准,可以作为林地使用. ( 3)水土保持植物葛藤体内不同元素含量的差异较大, N、K、Ca 元素含量在10 g·k g- 1以上, P、M g 元素含量为1～6 g·kg- 1, Fe 元素 在 1 000 m g·kg- 1以上, Zn、M n、Pb、Cu元素含量为 10～100 m g·kg- 1, C d、Ni元素含量< 5 mg·k g- 1. ( 4)葛藤对土壤中N、P、K、 Ca、Mg 元素的积累能力最强,其次是对Zn、Cd、Cu、Pb元素,而对M n、Ni、Fe元素的积累能力最弱.研究结果可为石漠化石灰土的植 被修复提供理论依据. 关键词: 　生态学;石漠化;石灰土;葛藤;化学元素含量 中图分类号: 　Q 945. 12　　　　　文献标志码: 　A Content Characteristics of Chemical Elements in Pueraria lobata and Its Calcareous Soil on the Rocky Desertif ication Area in Guizhou Province NING Xiao-bo 1, 2 , XIANG Wen-hua 1, 3 , LIANG Xiao-cui 1, 4 , FAN G Xi 1, 3 ( 1.C ent ral South University of Fores tr y and Techn ology, Ch ang sha 410004, Hunan, China; 2. Fores t ry Department of Guizhou Pr ovin ce, Guiyang 550001, Guizhou, Chin a; 3. National Engin eering Laboratory for Applied T echnology of Forest ry & Ecology in South Ch ina, Changsha 410004, Hunan, Ch ina; 4. Nat ional Field S tat ion for Scient if ic Observat ion and E xperiment , Huitong 418307, Hunan, China) Abstract: Th is s tudy made an inves t igat ion of the chem ical elem ent contents in P uerar ia lobata, a plant u sed for soil-water conservat ion and in its calcareous s oil on a limes tone rocky desert if icat ion area in Hu axi Dist rict , Gu izhou Province. Result s show that the s oil 's pH value is 7. 98 an d it s con tents of organic mat ter, t otal N and P ar e resp ect ively 56. 60 g·kg- 1, 3. 56 g·kg- 1and 0. 64 g·kg- 1, indicat ing a low ef f iciency for N and P because available N and P occupies on ly 0. 47 and 1. 46% respect ively of total N and P; th at the s oil' s total K content is 6. 92 g·kg- 1( a K-poor soil ) and it s contents of total Ca and Mg are 15. 44 g· kg- 1 and 2. 74 g·kg- 1; that the s oil' s microelement contents can be ranked f rom h igh to low in the follow ing order : Fe> Mn> Zn> Ni> Pb> Cu> Co> Cd; and that it s con tents of total Pb, Zn and Cu d o not exceed w hat th e nat ional standards reg ulate, th us a feasible vegetation res torat ion. Resul ts als o show that P uer aria lobata has a gr eat dif f erence for the contents of d iff er ent elements; that it s contents of total N, K and Ca are higher than 10 g·kg- 1, it s contents of total P and Mg are between 1 g·kg- 1 and 6 g·k g- 1, it s total Fe content is h igher than 1 000 mg·kg - 1, it s contents of total Zn, Mn, Pb an d Cu are between 10 mg·k g- 1and 100 mg·kg - 1and it s � 收稿日期: 2009-04-19 基金项目: 科技部公益性研究项目 ( 2007415) ; 国家野外科学观测研究项目 ( 20060515, 20070822) ; 国家林业局重点项目( 200611, 200617, 2007R23) ;湖南省科技厅重点项目( 2006SK4059, 2007SK4030) . 作者简介: 宁晓波( 1960- ) ,男,贵州毕节人.教授级高工,博士研究生,主要从事林业科研和管理工作. contents of total Cd and Ni ar e low er than 5 mg·kg - 1; and that it h as a s t ronges t abilit y for the accumulat ion of N, P, K, C a an d Mg, a s t rong one for Zn, Cd, C u, Pb and a w eak est on e for M n, Ni and Fe. T hese result s may provide a theoret ical basis for vegetat ion res tor at ion on a limestone rock y desert ificat ion area. Key words: ecology; rocky deserti ficat ion; calcareous soil; P ueraria lobata; conten t of chem ical elements 土地石漠化是指在亚热带地区岩溶极其发育的自然环境背景下,受人为活动的干扰破坏,造成土壤严重侵 蚀,基岩大面积裸露,生产力严重下降的土地退化现象[ 1] .贵州省岩溶石漠化土地正以平均每年508. 16 km2的 速度不断扩展 [ 2] . 在石漠化过程中,表层土壤在强烈的水蚀作用下, 土壤细粒物质被侵蚀, 土壤剖面出现明显砂 化现象,或发生表层土壤被泥砂堆积和覆盖,造成土壤结构破坏,保水保肥性能恶化,土壤表层有机质和养分丧 失[ 3] .水土流失以及土地石漠化已成为贵州省生态环境中最突出的问题[ 4] .土壤不仅为植物生长和发育提供必 需的营养物质, 而且对植物生长、发育及其群落演替等方面起着决定性的作用.土壤化学成分是土壤肥力的重 要组成部分,对植物生态系统的结构和功能有着重要影响.防止水土流失与土地退化,对解决贵州喀斯特区域 的土壤匮乏,发展农业生产, 改善生态环境具有十分重要的意义[ 4] .葛藤Puer aria lobata Ohw i又名野葛,属豆 科蝶形花亚科葛属,为多年生落叶草质藤本植物,茎可达10 m 以上, 纤维发达而坚韧,适应性强,易生长,耐干 旱、瘠薄,是良好的覆被植物,根系发达,主根深达3 m 以上, 发达的侧根伸向四面八方,在表土层形成稠密的根 网,在防止冲刷、崩塌,护坡固沟,保护堤岸、路基等方面有显著作用,也可用于绿化荒山荒坡、土壤侵蚀地、石 山、石砾地、悬崖峭壁、复垦矿山废弃地, 为优良的水土保持植物和贫瘠地区的绿化先锋植物 [ 5] . 本文中对贵州 石漠化石灰土及水土保持植物葛藤的化学元素含量特征进行了研究,旨在更好地发掘各地丰富的植物资源,加 强对它们特别是其栖息地的保护以及为我国石漠化地区的植被修复提供理论依据. 1　试验区概况 试验区设于贵州省贵阳市花溪区, 地理位置为北纬26°11′～26°34′,东经106°27′～106°52′. 该区最高海拔 1 655. 9 m , 最低999 m ;年平均气温15. 2℃,年平均降水量1 178 mm ,相对湿度为85%, 属亚热带季风湿润气候, 具有冬无严寒、夏无酷暑、气候温和、雨量充沛、雨热同季的特点. 母岩以碳酸盐岩(石灰岩)为主,土壤为石灰土. 植被为中亚热带湿润常绿阔叶林带,自然植被主要以壳斗科Fagaceae、樟科Lauraceae、山茶科T heaceae 为主,次 生植被有杨梅Myrica rubr a、光皮桦 Betula luminif era、柏木 Cpuressus f unebris、女贞 L igustr um lucidum、桃 Pr unus p ersica、李P runus salicina、火棘Pyr acantha f or tuneana、粗叶悬钩子Rubus alceaef olius Poir 等. 2　研究 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 2. 1　样品采集 在试验区草本植物覆盖度为30%的山坡地段, 设置面积为667 m2 的样地,在样地内按棋盘式布设8个采样 点,每个采样点先按0～20、20～40 cm 分层分别采集土壤后再混合成1个土壤样品,共采集8个,去除石砾与杂 物,经室内风干后,过20目和100目筛备用. 将试验样地划分为4个大约相等部分,在每个部分采集葛藤样品2. 0 kg ,共采集样品4个.将样品带回实验室 用自来水和去离子水清洗干净,置105 ℃烘箱杀青5 min,再置80 ℃烘箱烘至恒质量,研磨粉碎作化学分析用. 2. 2　化学分析方法 土壤pH 值用SJ-4型pH 计测定;有机质用重铬酸钾氧化法测定;全N 用半微量凯氏法测定;速效N 用蒸馏 法测定;全P 用碱熔-钼锑抗比色法测定;速效P 用盐酸-氟化铵法测定;全K用碱熔-火焰光度法测定;速效K 用 醋酸铵提取-火焰光度法测定; Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、Cd、Ni、Pb、Co (全量)用碳酸钠碱熔-盐酸提取后,采用 Hp3510原子吸收分光光度计测定.植物样品全N 用半微量凯氏法测定; 全P 用钒钼黄比色法测定;全K 用火焰 光度法测定; Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、Fe、Co、Ni、Pb、Cd(全量)用Hp3510原子吸收分光光度计测定. 2. 3　数据处理 数据用SPSS13. 0软件进行统计分析. 2 中　南　林　业　科　技　大　学　学　报 第29 卷 3　结果与分析 3. 1　葛藤生长的石灰土化学元素含量 3. 1. 1　大量元素含量 土壤的酸碱性反应是土壤的重要属性,也是土壤的基本化学性质之一.它一方面可以反映土壤的许多其他化 学性质,特别是盐基组成状况;另一方面它制约着土壤中许多物理的、化学的及生物学的过程和性质[ 1] .由表1可 以看出,石灰土pH 值为7. 98,呈碱性反应,而我国长江以南的土壤多为酸性或强酸性, pH 值大多在4. 5～5. 5之 间, 长江以北的土壤多为中性或碱性, pH 值一般在7. 5～8. 5之间 [ 6] .本研究区虽地处长江以南, 但为石漠化石灰 土类, 其土壤中主要是碱金属及碱土金属的碳酸盐、重碳酸盐, 这些盐类中的碳酸根离子能和H+ 结合,促进H2O 解离, 使溶液中OH -浓度增加,土壤则呈碱性反应.土壤酸碱性在葛藤土壤中比较稳定,适宜于葛藤生长. 土壤有机质是土壤的重要组成物质,也是土壤固相中较为活跃的部分[ 6] . 它是表征土壤质量的重要因子, 尤其在石漠化地区, 土壤有机质含量直接影响石漠化土壤质量的高低, 并对石漠化地区生态演化有直接的影 响[ 7] .我国耕地土壤耕层有机质含量一般为50 g·kg- 1以下,华北、西北地区大部分低于10 g·kg - 1[ 6] .如表1所 示,石灰土有机质含量为56. 60 g·kg- 1 ,高于西北地区土壤有机质含量的5. 7倍, 表明土壤有机质含量较丰富, 因为土壤有机质来源于动植物及微生物残体, 其中高等植物为主要来源[ 6] . 而研究地除葛藤 Pueraria lobata 外, 还有白茅 Imper ata cy lindrica、荩草 Ar thr axon hisp idus、野菊 Dendranthema indicum、悬钩子 Rubus palmatus、拔葜Smilax china 等植物.它们为土壤有机质的含量作出了贡献. 表1　石灰土大量元素含量 Table 1　Macroelement concentrations in limestone soils 元素 范围 平均值 标准差 变异系数/ % pH 值 7. 85～8. 10 7. 98 0. 08 0. 97 有机质/ ( g·k g- 1) 29. 56～76. 86 56. 60 12. 87 25. 43 全N/ ( g·kg- 1) 2. 93～5. 55 3. 56 0. 82 23. 03 全P/ ( g·k g- 1) 0. 41～0. 80 0. 64 0. 10 15. 93 全K/ ( g·kg- 1) 5. 77～7. 84 6. 92 0. 59 8. 57 全Ca/ ( g·k g- 1) 9. 13～26. 14 15. 44 5. 32 34. 46 全M g/ ( g·kg- 1) 1. 98～3. 74 2. 74 0. 46 16. 82 速效N/ ( mg·kg- 1) 6. 08～33. 26 16. 56 8. 61 51. 99 速效P/ ( mg·k g- 1) 4. 57～16. 02 9. 37 3. 95 42. 21 速效K/ ( mg·kg- 1) 56. 66～218. 31 115. 94 54. 26 46. 81 土壤N 素是植物生长过程中必需的元素之 一.我国土壤全N 含量变化很大,其变幅为0. 40～ 3. 80 g·kg- 1 ,但多数土壤在0. 5～1. 0 g·kg- 1之 间[ 6] .葛藤生长的土壤全N 含量为3. 56 g·kg- 1 , 达到我国土壤全N 含量的高水平,超过多数土壤 最高值1. 0 g·kg - 1的3. 6倍. 土壤中氮素可分为 无机态N 和有机态N,无机态N 一般只占土壤全N 量的1%～2% ,波动性很大,是土壤中N 素的速效 部分,易被植物吸收利用[ 6] .土壤全N 含量与有机 质含量呈正相关[ 7] . 从表1可以看出,研究地土壤 有机质含量较高, 全N 量含量也较高,速效N 为 16. 56 mg·kg - 1,但土壤N素有效率[ 8]仅为0. 47%,即N 素有效率很低, 99%以上的N 素以有机态N 贮存于土 壤中,而且有机态N 必须通过土壤微生物的矿化作用才能逐步转变为无机态N 供植物吸收利用.石漠化石灰土 全P 的含量为 0. 64 g·kg - 1, 低于全国土壤全 P 含量 0. 13～1. 53 g·kg - 1[ 6]的上限值, 速效 P 含量仅为 9. 37 mg·kg - 1, 可能与矿物态P 存在有关. 从表1还可以看出,土壤全K 含量为6. 92 g·kg - 1,属全国全K 含量 4. 15～20. 75 g·kg - 1的下限水平; 速效K 为115. 94 mg·kg - 1, 参照土壤速效 K 含量对应水平等级,即< 80 mg·kg- 1为严重缺K; 80～125 mg·kg - 1为缺K; 125～155 mg·kg - 1适量; > 155 mg·kg - 1为富K [ 9] .葛藤生 长 的土壤应为缺K型土壤.因此在生产实践中,应增施有机肥料,以提高土壤供K 水平. Ca、Mg 元素是土壤矿 物质的组成部分, 主要由成土母质继承和演变而来. 石灰土 Ca 含量为15. 44 g·kg - 1, M g 含量为 2. 74 g·kg- 1 ,而一般土壤中Ca含量为13. 7 g·kg - 1, M g 含量为6. 0 g·kg- 1[ 6] .表明贵州省石漠化石灰土中Ca 含 量较高, Mg 含量不高, 这可能与成土母岩有关. 3. 1. 2　微量元素含量 土壤中微量元素含量主要与成土母质和土壤的矿物组成有关,此外也受气候、地形、植被等成土因素的影 响.石灰土微量元素含量以Fe最高, 平均含量达61 131. 19 mg·kg - 1, Cd最低, 平均含量仅2. 28 mg·kg- 1 ,二 者竟相差2. 7万倍. 可见, 同一土壤中,微量元素含量的差别是很大的(见表2) .微量元素含量高低排序为: Fe> M n> Zn> Ni> Pb> Cu> Co> Cd.将石灰土中各微量元素含量与贵州省土壤背景值和全国石灰土类环境背景 3第4 期 宁晓波等: 石漠化石灰土与水土保持植物葛藤化学元素含量特征 值[ 10 ]进行比较可知, Zn含量低于贵州省土壤背景值和全国石灰(岩)土类环境背景值, Cu、Mn、Cd、N i、Pb、Co 含量均高于贵州省土壤背景值和全国石灰(岩)土类环境背景值(见表2) . 我国土壤环境质量标准( GB15618-1995)中的三级标准主要适用于林地土壤 [ 11] ,其中Pb、Zn、Cu 和Cd 的标 准值分别不超过500、500、400和1. 0 mg·kg - 1.由表2可以看出,贵州省石灰土中Pb含量为43. 46 mg·kg - 1, Zn 为60. 81 mg·kg - 1, Cu为35. 27 mg·kg- 1 ,均未超标,仅Cd含量( 2. 28 mg·kg - 1)超过三级标准的2倍,表 明石灰土基本上适用于林地.在造林时, 注意选用抗逆性强的乡土树种(如栾树K oelreuter ia paniculata) [ 12]及 种植富集Cd能力强的林下植物,如绿珠藜Chenopodium acuminatum、茼麻Abut ilon hybridum 等,以降低Cd的 污染. 表2　石灰土微量元素含量 Table 2　Microelement concentrations in limestone soils 项目 Cu Fe Zn Mn Cd Ni Pb C o 平均值/ ( mg·kg- 1) 35. 27 61 131. 19 60. 81 1 043. 50 2. 28 46. 17 43. 46 24. 19 范围/ ( mg·kg- 1) 30. 61～ 39. 43 47 852. 78～ 70 275. 94 55. 29～ 67. 04 874. 85～ 1 205. 34 1. 74～ 2. 69 37. 89～ 60. 25 26. 46～ 61. 15 20. 33～ 28. 98 标准差 2. 33 6 239. 99 3. 20 109. 23 0. 26 5. 48 10. 76 2. 12 变异系数/ % 6. 61 10. 21 5. 27 10. 47 11. 54 11. 88 24. 76 8. 77 贵州省土壤背景值/ (m g·kg- 1) 25. 70 - 82. 40 591. 00 0. 13 33. 70 29. 30 17. 10 全国石灰(岩)土类环境背景值/ ( m g·kg- 1) 28. 80 - 110. 20 812. 00 0. 33 43. 50 32. 20 18. 30 3. 1. 3　石灰土中化学元素相关分析 相关分析结果(见表3)表明, 石灰土的pH 值与N、P 呈极显著负相关性( p< 0. 01) ,与Ni呈极显著正相关性 ( p < 0. 01) ,与K、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、Cd、Pb、Co 则相关性不显著,表明pH 值对N、P、Ni的含量影响较大, 而对K、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、Cd、Pb、Co 含量的影响不明显. N、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn 与部分元素相关性显著 ( p < 0. 05) , 与其他元素相关性不显著( p > 0. 05) . 表3　石灰土化学元素含量(全量)的相关分析� Table 3　Correlations between nutrient concentrations in limestone soils 元素 pH值 全N 全P 全K 全Ca 全M g 全Cu 全Fe 全Zn 全Mn 全Cd 全Ni 全Pb 全N - 0. 652* * 全P - 0. 549* * 0. 599* * 全K 0. 131 - 0. 442* - 0. 062 全Ca 0. 235 0. 347 0. 220 - 0. 405* 全M g - 0. 070 0. 337 0. 507* 0. 318 0. 467* 全Cu 0. 023 - 0. 203 - 0. 026 0. 170 - 0. 224 - 0. 209 全Fe - 0. 172 - 0. 189 0. 062 0. 712* * - 0. 469* 0. 264 0. 171 全Zn - 0. 158 0. 312 0. 243 - 0. 129 0. 530* * 0. 430* 0. 259 0. 037 全M n 0. 224 - 0. 321 - 0. 367 - 0. 220 - 0. 304 - 0. 692* * - 0. 149 - 0. 266 - 0. 737* * 全Cd - 0. 158 0. 310 0. 083 - 0. 564* * 0. 285 - 0. 237 - 0. 086 - 0. 671* * 0. 210 0. 110 全Ni 0. 556* * - 0. 399 - 0. 884* * 0. 000 - 0. 073 - 0. 368 0. 092 - 0. 191 - 0. 126 0. 195 0. 053 全P b 0. 171 0. 101 - 0. 316 0. 156 0. 441* 0. 406* - 0. 314 - 0. 030 0. 185 - 0. 331 - 0. 041 0. 359 全Co - 0. 268 - 0. 038 0. 413* 0. 521* * - 0. 415* 0. 226 0. 107 0. 646* * - 0. 062 - 0. 289 - 0. 377 - 0. 348 - 0. 249 � 　* 表示0. 05 水平显著性相关, * * 表示0. 01 水平显著性相关. 表 4　葛藤大量元素含量 Table 4　Macroelement concentrations of Pueraria lobata 元素 范围/ ( g·k g- 1) 平均值/ ( g·kg- 1) 标准差 变异系数/ % N 20. 75～20. 79 20. 76 0. 02 0. 09 P 1. 47～1. 56 1. 51 0. 04 2. 88 K 13. 31～13. 51 13. 38 0. 09 0. 67 C a 19. 64～19. 71 19. 67 0. 03 0. 15 Mg 5. 77～5. 81 5. 79 0. 02 0. 33 3. 2　葛藤的化学元素含量 3. 2. 1　大量元素含量 N 元素是组成植物体蛋白质分子的元素,影响 植物的生长发育. 从表4可以看出, 葛藤含N 量为 20. 76 g·kg - 1, 而一般植物体内含 N 量范围为 10. 00～50. 00 g · kg- 1 , 平 均 为 20. 00 g·kg- 1[ 1 4] ,表明葛藤含N 量与一般植物平均含量一致,处于正常状态. P 元素是构成植物体内许多重要有机化合 物的组成成分,能以多种方式参与植物体的生理过程,对促进植物生长发育和新陈代谢起着重要作用[ 13] . 一般植 物体内P 的含量范围为1. 00～8. 00 g·kg- 1 ,平均为2. 00 g·kg- 1[ 14] .葛藤含P 量为1. 51 g·kg - 1, 低于一般植物 含量的平均水平,表明葛藤体内含P 量偏低,这是由植物种类和生长环境差异而决定的. K 元素在植物代谢中主 4 中　南　林　业　科　技　大　学　学　报 第29 卷 要是起着调节性或催化性的作用.一般植物体内含K 范围为5. 00～50. 00 g·kg - 1, 平均为10. 00 g·kg - 1[ 14] .葛 藤含K 量为13. 38 g·kg- 1 ,高于一般植物平均含量的1. 3倍, 表明葛藤含K 量正常. Ca 是构成植物细胞壁的元 素之一. 一般植物体内Ca 的含量范围为 5. 00～50. 00 g·kg- 1, 平均为 10 g·kg- 1 [ 14] . 葛藤体内 Ca 含量为 19. 67 g·kg - 1,超过一般植物平均含量约 2倍, 表明葛藤含Ca 量仍然处于正常状态. Mg 是叶绿素的组成元 素,主要存在植物的绿色器官中,植物体内Mg 的含量范围为1. 00～10. 00 g·kg - 1, 平均为2. 00 g·kg- 1[ 14] .葛 藤体内含Mg 量为5. 79 g·kg- 1 ,表明葛藤含Mg 量不仅在植物体含量范围内,而且超过一般植物的平均含量, 亦表现为正常状态. 表 5　葛藤微量元素含量 Table 5　Microelement concentrations of Pueraria lobata 元素 范围/ ( mg·k g- 1) 平均值/ ( mg·kg- 1) 标准差 变异系数/ % Zn 23. 40～23. 82 23. 60 0. 18 0. 75 Mn 90. 95～95. 59 93. 28 2. 00 2. 14 Cd 0. 83～0. 93 0. 87 0. 05 5. 28 Ni 2. 03～2. 62 2. 38 0. 27 11. 19 Pb 11. 72～13. 46 12. 66 0. 73 5. 73 Cu 12. 42～12. 86 12. 62 0. 19 1. 53 Fe 928. 36～1 043. 57 1 002. 31 51. 78 5. 17 3. 2. 2　微量元素含量 有些元素在植物体中含量极少,植物对其的 需要量也极微少,但是对植物正常生长发育是不 可或缺的,这些元素即为微量元素.它们对植物的 作用有些是属于营养性的, 有些是属于刺激性的. 因此,在植物生长发育过程中均为必需元素,对于 这些元素在植物体内的作用,已经越来越引起人 们的重视.葛藤体内微量元素含量如表5所示. Zn 元素是植物体内氧化还原过程中的催化剂, 与植物生长素的形成有关,可促使吲哚和丝氨酸转化为色氨酸,还 能提高植物对真菌的抵抗力. 一般植物含Zn 量为10～100 mg·kg- 1[ 13] ,葛藤体内含Zn 量为23. 60 mg·kg - 1, 在一般植物生长所需量的范围. M n 元素对植物的作用是一种接触剂,它是氧化酶的辅酶,与呼吸作用、光合作 用以及叶绿素的形成都有密切关系. 一般植物含 Mn 量为 10～300 mg·kg- 1 [ 13] , 葛藤含 Mn 量为 93. 28 mg·kg- 1 ,在一般植物正常生长 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的适宜范围内. Cu元素是植物体内构成多种氧化酶的重要元素, 能影响 植物正常的呼吸作用,并对叶绿素有稳定作用,还能提高植物对真菌病害的抵抗力.一般植物含Cu量为2. 00～ 20. 00 mg·kg - 1[ 13] ,葛藤含量为12. 62 mg·kg- 1 ,表明葛藤含Cu量达到一般植物所需量的范围,能满足正常 生长发育的需要. Fe元素对植物叶绿素的形成具有催化作用,是构成许多氧化酶的重要元素, 对植物体中的氧 化还原过程具有调节作用. 一般植物体内含 Fe 量为 25～500 mg·kg - 1[ 13] , 葛藤体内含 Fe 量为1 002. 31 mg·kg- 1 ,是一般植物高含量的2倍, 这可能与土壤中含Fe 量高有关. Ni元素是目前为止最新发现的一种植 物生长的必需营养元素, 是脲酶和某些脱氢酶的金属组分,与氮代谢具有密切的关系, 一般植物含 Ni量为 1. 0～10. 0 mg·kg- 1[ 1 3] .葛藤含Ni量为2. 38 mg·kg - 1, 表明在一般植物要求的适宜范围. 植物体内虽然含有 很多种类元素,但这些被植物吸收并累积在体内的元素并不一定都是植物所需要的.植物根据自身的生长发育 特性来决定某种元素是否为其所需, 而与该元素在体内含量的多少无关 [ 13] . 如葛藤体内 Cd 含量为 0. 87 mg·kg - 1, Pb含量为12. 66 mg·kg- 1 .这2种元素为一般植物非必需元素, 但对葛藤并没有产生危害,而 能够促进其生长发育, 表明这2种元素是由葛藤生长发育特性而决定的. 至于这2种元素对植物的生理功能作 用,还尚待进一步研究. 上述表明,植物组织中各种营养元素的含量相差很远,但植物必需营养元素在植物体内的重要性不论其含 量多少,都是同等重要的,虽然每种元素的含量不一,但缺一不可.植物对某一营养元素之所以一定必需,是因 为该元素有一种或一种以上的特殊功能, 而这些功能是其他元素难以代替的 [ 13] . 如果只强调一种元素而忽视 另一些元素对植物的作用, 势必会造成营养不平衡, 从而影响植物的正常生长[ 13] . 尽管它们严格的必需性还未 确定,但适量存在时,能促进植物的生长发育[ 13] .随着科学技术的进步,尤其是纯化学及分析测定技术的改进, 人们能够确认的植物必需营养元素的种类还会增加,而且对于它们的生理功能作用还会进一步揭示. 3. 3　葛藤在石灰土上的生物吸收系数 植物体内化学元素的组成及含量水平在很大程度上取决于土壤中化学元素的组成及含量水平,以及不同 植物对土壤中各种化学元素的吸收和富集能力.可用生物吸收系数来表示植物对化学元素的吸收和积累能 力[ 15 ] , 计算公式为: A = ( Cp / Cn )×100% .式中: A 为生物吸收系数; Cp为植物体内某元素含量; Cn为土壤元素 含量.计算结果如表6所示. 根据生物吸收系数大小, 葛藤在石灰土壤上对12种化学元素的吸收和富集能力可 分为3个层次.第1层次是N、P、K、Ca、Mg ,葛藤对这5种元素的吸收和富集能力最强, 生物吸收系数都在100 5第4 期 宁晓波等: 石漠化石灰土与水土保持植物葛藤化学元素含量特征 以上,其中N 最高,达583. 15, 按吸收系数高低排序为: N > P> Mg> K > Ca.第2层次是Zn、Cd、Cu、Pb,葛藤对 这4种元素的生物吸收系数在10～50之间.第3层次是Mn、Ni、Fe, 葛藤对这3种元素的吸收和富集能力较弱, 生物吸收系数均在10以下. 表 6　生长在石灰土上葛藤的生物吸收系数 Table 6　Bioabsorption coeff icient of Pueraria lobata in limestone soils 项目 N / ( g·kg- 1) P/ ( g·k g- 1) K/ ( g·kg- 1) Ca/ ( g·kg- 1) Mg/ ( g·k g- 1) Zn/ ( mg·kg - 1) Cp 20. 76 1. 51 13. 38 19. 67 5. 79 23. 60 Cn 3. 56 0. 64 6. 92 15. 44 2. 74 60. 81 A 583. 15 235. 94 193. 35 127. 40 211. 31 38. 81 项目 M n / ( mg·kg- 1) Cd/ ( mg·k g- 1) Ni/ ( mg·kg - 1) Pb/ ( mg·kg- 1) Cu/ ( mg·k g- 1) Fe/ ( mg·kg - 1) Cp 93. 28 0. 87 2. 38 12. 66 12. 62 1 002. 31 Cn 1 043. 50 2. 28 46. 17 43. 46 35. 27 61 131. 19 A 8. 94 38. 16 5. 15 29. 13 35. 78 1. 64 4　结　论 葛藤生长的石灰土 pH 值为 7. 98, 呈碱性, 有机质含量较为丰富( 56. 60 g·kg - 1 ) , 全 N 含量为 3. 56 g·kg- 1 ,但N 素有效率低,仅为0. 47%;全P 含量为0. 64 g·kg- 1 ,有效P 含量低,仅为全P 含量的1. 46%; 全K 含量为6. 92 g·kg - 1, 属缺K 型土壤;全Ca 含量较高,为15. 44 g·kg- 1 ;全Mg 含量较低,为2. 74 g·kg- 1 . 石灰土中微量元素含量高低排序为: Fe> M n> Zn> Ni> Pb> Cu> Co> Cd. 根据我国土壤环境质量标准 ( GB15618-1995)规定, 葛藤生长的石灰土可作为宜林地使用,但造林时,注意布置富集全Cd能力强的林下植物. 生长在石灰土上的葛藤是一种优良的水土保持和贫瘠地绿化先锋植物, 其体内不同元素含量的差异很大, 平均含量在10 g·kg - 1以上的元素为N、K、Ca; 1～6 g·kg - 1元素为P、Mg ; 1 000 mg·kg - 1以上为Fe; 10～100 mg·kg- 1为Zn、Mn、Pb、Cu;含量< 5 mg·kg - 1为Cd、Ni. 葛藤对石灰土化学元素的吸收和富集能力表现为3个层次: 第1层次是吸收和富集能力最强的元素,为N、 P、K、Ca、Mg ,生物吸收系数在100以上; 第2层次是Zn、Cd、Cu、Pb元素,生物吸收系数在10～50之间;第3层 次是吸收和富集能力最弱的元素,为Mn、Ni、Fe,生物吸收系数在10以下. 参考文献: [ 1]　张殿发,王世杰,周德全,等.贵州省喀斯特地区土地石漠化的内动力作用机制[ J ] . 水土保持通报, 2001, 21( 4) : 1- 5. [ 2]　熊康宁,黎　平,周忠发.喀斯特石漠化的遥感- GIS 典型研究- 以贵州省为例[ M ] . 北京:地质出版社, 2002: 26- 28, 45. [ 3]　龙　健,李　娟,邓启琼,等.贵州喀斯特山区石漠化土壤理化性质及分形特征研究[ J ] .土壤通报, 2006, 37( 4) : 635- 639. [ 4]　彭　琴,林昌虎,何腾兵.贵州喀斯特山区水土流失特征与水土保持研究进展[ J ] . 贵州科学, 2006, 24( 3) : 66- 70. [ 5]　周王君,龙　伟,奎嘉祥.葛藤的利用价值及开发前景[ J] .草业与畜牧, 2007, ( 2) : 35- 38. [ 6]　李志洪,赵兰坡,窦　森.土壤学[ M ] .北京:化学工业出版社, 2005. [ 7]　林昌虎,张清海,段　培,等.贵州东部石漠化地区不同生态模式下土壤氮素变异特征[ J ] . 水土保持学报, 2007, 21( 1) : 128- 131. [ 8]　杨丁丁,罗承德,宫渊波,等. 退耕还林区林草复合模式土壤养分动态[ J ] . 林业科学, 2007, 43( 1) : 101- 105. [ 9]　许联芳,王克林,朱悍华,等.桂西化喀斯特移民区土地利用方式对土壤养分的影响[ J ] .应用生态学报, 2008, 10( 5) : 1013- 1018. [ 10]　陈书玉. 环境影响评价[ M ] .北京:高等教育出版社, 2002. [ 11]　李法云,曲向荣,吴龙华,等.污染土壤生物修复理论基础与技术[ M ] . 北京:化学工业出版社, 2006. [ 12]　Tian Dalun , Xiang Wenhua, Yan Wend e, et al. Biological cycles of mineral elements in a you ng mixed stan d in abandoned mining s oils [ J] . J ournal of Integrat ive plant Biology, 2007, 49( 9) : 1284- 1293. [ 13]　廖　红,严小龙.高级植物营养学[ M ] .北京:科学出版社, 2003. [ 14]　北京林学院.植物生理学[ M ] .北京:农业出版社, 1979: 141- 158. [ 15]　骆文华,黄仕训,李瑞棠,等.不同栽培基质对石山珍稀濒危植物苗期生长的影响[ J ] .农村生态环境, 2001, 17( 4) : 12- 16. [本文编校:谢荣秀] 6 中　南　林　业　科　技　大　学　学　报 第29 卷