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土壤酸堿度對植物生長的影響

點(diǎn)擊次數(shù)：2040 發(fā)布時(shí)間：2011/10/24 15:32:12

 

pH值是植物營養(yǎng)*重要的參數(shù)。植物營養(yǎng)吸收依賴于對土壤或基質(zhì)的pH值精確調(diào)節(jié)： pH值過低阻礙大量元素吸收；pH過高，阻礙微量元素吸收，如缺鐵失綠等。因此，快速可靠的pH測量是專業(yè)園藝和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的部分。我們利用PH3000土壤酸度計(jì)做測試，對植物生長過程中，pH酸堿度值對其產(chǎn)品的影響做分析：
 
1．酸堿度對植物影響的討論
　　酸堿度對植物的影響是多方面的，大體上分為對外部環(huán)境影響與對植物體自身影響，為確定其中主要因素，現(xiàn)已將千余粒小麥種子分為PH= 4、4.5 、5 、5.5、 6、 6.3、 7 、7.5、 8  9個(gè)梯度進(jìn)行育種，每區(qū)域100顆左右，以營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)。

　　在經(jīng)過40多天觀察紀(jì)錄后（其中有一次篩選）摘錄數(shù)據(jù)如表一
表一   育種記錄
酸堿度
10月15日
10月18日
10月22日
10月25日
10月30日
11月2日
11月7日
4
1.50
6.00
8.00
15.00
17.00
19.00
26.00
4.5
0.90
3.50
8.00
15.00
19.00
21.00
25.00
5
0.70
5.50
10.00
13.50
16.00
18.00
27.00
5.5
0.30
3.00
7.00
14.00
18.00
20.00
25.00
6
0.00
3.00
14.00
14.00
19.50
21.00
30.00
6.3
1.60
7.00
15.00
17.00
22.00
24.00
32.00
7
0.90
5.00
13.00
15.00
17.50
19.00
28.00
7.5
0.60
3.50
8.00
14.00
16.50
18.00
30.00
8
1.10
4.50
10.00
15.00
19.00
21.00
28.00
　　對其中3部分進(jìn)行具體比較，植株的高度已有明顯差異（見圖一）。實(shí)際目測時(shí)在ＰＨ＝6－7區(qū)域的植株要比其他粗壯挺拔。說明酸堿度對植株的影響是顯著的。
圖一 育種生長高度比較
　　但這種差異并不是很懸殊，也可證明在所進(jìn)行的試驗(yàn)區(qū)域PH=4-8時(shí)，并沒有超過小麥的生存極限，對其自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
    為確定酸堿度是否對植物合成蛋白質(zhì)產(chǎn)生影響，對PH= 4、6.3、8 三種植株的RNA進(jìn)行電泳處理比較。
圖二　小麥ＲＮＡ電泳圖像
　　在酶切條件下顯示零等位現(xiàn)象（如圖二），從分子水平上看結(jié)果基本一致，可以說明酸堿度在一定范圍內(nèi)并沒有對植物的蛋白質(zhì)合成產(chǎn)生影響鑒于以上原因，主要進(jìn)行了酸堿度對植物體外部環(huán)境影響。這其中的核心問題就是根對礦質(zhì)元素的吸收。
2．酸堿度對礦物質(zhì)吸收的影響
　　1）根吸收礦質(zhì)元素的過程
　　各種礦質(zhì)元素都是以離子狀態(tài)被吸收的。土壤中各種礦質(zhì)元素的離子，有些存在于土壤溶液中，有些被土壤顆粒吸附著。存在于土壤溶液中的離子和被土壤顆粒吸附著的離子，都能夠被根選擇吸收。

　　根細(xì)胞吸收土壤溶液中各種礦質(zhì)元素的離子的過程，與根細(xì)胞的呼吸作用有密切的關(guān)系。根細(xì)胞通過呼吸作用產(chǎn)生出二氧化碳（CO2），二氧化碳溶于水中，產(chǎn)生碳酸（H2CO3）CO2  + H2O = H2CO3  ，碳酸可以離解成H+和HCO3- ，H2CO3 + H2O= HCO3- +  H+。這兩種離子可以分別于土壤溶液中的陽離子（如K+、NH4+）和陰離子（如NO3-）發(fā)生交換。這樣，H+和HCO3-就進(jìn)入土壤溶液中，而土壤溶液中的一些陽離子和陰離子則被根吸附到根細(xì)胞的細(xì)胞膜的表面上來。根細(xì)胞所吸附的H+和HCO3與土壤溶液中的陽離子和陰離子發(fā)生交換的過程，就叫做交換吸附。在交換吸附的過程中，根細(xì)胞附近的土壤溶液中的陽離子和陰離子減少了，距離根細(xì)胞較遠(yuǎn)處的土壤溶液中的陽離子和陰離子則可以通過擴(kuò)散作用移動(dòng)過來。
　　2）酸堿度對礦物質(zhì)吸收影響的原有理論

　　（1） 生物方面：
　　土壤中轉(zhuǎn)化有機(jī)養(yǎng)分是在微生物參與下進(jìn)行的（微生物分泌使有機(jī)物分解的酶），土壤酸性或堿性對微生物生長有影響。酸或堿環(huán)境還會(huì)使植物根細(xì)胞原生質(zhì)層的蛋白質(zhì)帶正或負(fù)電荷，與所吸收的礦物離子發(fā)生吸引或排斥。
　　經(jīng)查閱資料，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有理論只重視外部環(huán)境對植物體的影響，忽略了植物對外環(huán)境的改變以及其自身的抗逆性。尤其是對在不同酸堿條件下對礦質(zhì)元素吸收率不同，偏酸環(huán)境下礦物元素吸收不利無法解釋。
　�。�2） 化學(xué)方面：
　　土壤酸堿度對土壤結(jié)構(gòu)性有影響。酸性土壤中，氫離子濃度大，容易把膠體中鈣離子代換出來淋失，故酸性土易板結(jié)。而堿性土壤含有大量代換性鈉離子、氫氧離子，使土粒分散，干后板結(jié)，造成堿土的結(jié)構(gòu)性不良。陽離子礦物溶解度降低從而影響吸收。
　　3）聯(lián)系礦物質(zhì)元素吸收原理以及無機(jī)化學(xué)知識(shí)提出
　　離子平衡、電解質(zhì)同電荷互斥原理：
　　弱電解質(zhì)分子在溶液中電離成離子的速率與離子重新結(jié)合成分子的速度相等時(shí)叫電離平衡。這種平衡是動(dòng)態(tài)、暫時(shí)、有條件的,當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí),平衡就向能使這種變化減弱的方向移動(dòng)。當(dāng)溶液表現(xiàn)出酸堿性時(shí)代表H+ 或OH- 過剩，則吸附在根上的OH -（HCO3- + H2O= H2CO3+ OH-）或H+會(huì)與土壤溶液中的同種微粒互斥，從而影響離子交換。
3．單一營養(yǎng)液植物生長試驗(yàn)
　　為證實(shí)上述原理，用小麥進(jìn)行了單種物質(zhì)營養(yǎng)液植物生長試驗(yàn)。以鑒別在不同酸堿環(huán)境下，礦物的吸收以及對溶液的影響。
　　配置硫酸氨（NH4）2SO4（陽離子）、硝酸鈣Ca（NO3）2（陰離子更容易被吸收）、硝酸氨NH4NO3（陰陽離子吸收基本平均）。三種單物質(zhì)營養(yǎng)液并分為三組進(jìn)行培養(yǎng)
組      PH5.7左右
時(shí)間
8:35
9:05
9:50
11:20
2:35
6:35
8:15
9:25
硫酸氨
5.81 
5.80 
5.86 
5.88 
5.90 
5.93 
5.98 
6.04 
硝酸鈣
5.61 
5.68 
5.74 
5.82 
5.85 
5.88 
5.98 
6.02 
硝酸銨
5.77 
5.91 
5.97 
5.96 
5.95 
5.97 
6.05 
6.07 
　　在環(huán)境PH偏低時(shí)，各組溶液PH值升高（如圖三）。硝酸鈣Ca（NO3）2（植物吸收其更多陰離子）溶液升高幅度 為0.41。硝酸氨NH4NO3（陰陽離子吸收基本平均）上升0.3, 硫酸氨（NH4）2SO4（植物吸收更多陽離子）上升幅度*小為0.23。不難看出，硝酸鈣溶液中的植株釋放出了更多OH- ，即吸收了更多的陰離子。硫酸氨溶液中的植株釋放出很少OH- ，吸附不易吸收的SO42- 數(shù)量稍多，這正說明酸性環(huán)境抑制了植株對較易吸收的陽離子（NH4+）的吸附。而應(yīng)陰陽離子吸收基本平均的硝酸氨NH4NO3，則也因酸性環(huán)境的抑制吸收了更多的陰離子，溶液向中性偏移。
圖三　　酸堿度變化圖像
第二組      PH 6.5左右
時(shí)間
8:35
9:05
9:50
11:20
2:35
6:35
8:15
9:25
硫酸氨
6.68 
6.73 
6.71 
6.70 
6.68 
6.70 
6.73 
6.76 
硝酸鈣
6.47 
6.50 
6.55 
6.57 
6.57 
6.55 
6.56 
6.55 
硝酸氨
6.59 
6.62 
6.63 
6.64 
6.61 
6.58 
6.58 
6.59 
　　 此組數(shù)據(jù)變化基本不大（如圖四），說明PH= 6.5 -6.8 是此次試驗(yàn)植物吸收各種陰陽離子的平衡點(diǎn)。PH再高則會(huì)使陽離子溶解度降低從而影響吸收，如低則會(huì)抑制陽離子的吸收。
圖四 酸堿度變化圖像
第三組      PH 7.5左右
時(shí)間
8:35
9:05
9:50
11:20
2:35
6:35
8:15
9:25
硫酸氨
7.38 
7.34 
7.22 
7.14 
7.04 
6.93 
6.82 
6.82 
硝酸鈣
7.53 
7.54 
7.51 
7.47 
7.43 
7.42 
7.42 
7.40 
硝酸氨
7.49 
7.50 
7.46 
7.43 
7.33 
7.21 
7.24 
7.21 
　　在環(huán)境PH偏高時(shí)，各組溶液PH值降低（如圖五）。硫酸氨（NH4）2SO4下降幅度 為0.56即大量NH4+被吸附。硝酸鈣Ca（NO3）2溶液降低幅度*小為0.13，溶液放出了較少的H+即吸附了略多的難被植物吸收的Ca2+，這證明堿性環(huán)境抑制植株對陰離子（較易吸收的NO3-）吸附。而促進(jìn)陽離子吸附。硝酸氨NH4NO3溶液則也因堿性環(huán)境促進(jìn)吸收陽離子，放出了更多H+而下降0.27，溶液向中性偏移。*終靠攏吸收中介值PH=6.5- 6.8。
圖五 酸堿度變化圖像
    在前期育種觀察時(shí)，后期發(fā)現(xiàn)，堿性區(qū)域植株葉色發(fā)黃并有脫葉，有缺氮現(xiàn)象。酸性區(qū)植株則顏色暗淡，葉片卷曲。為典型的缺鉀癥。在營養(yǎng)液配置時(shí)，各種營養(yǎng)基本均恒。氮離子以NO3- 形式加入溶液。這在一定程度上說明，酸性環(huán)境抑制陽離子吸收，堿性環(huán)境抑制陰離子交換。旁證了上述觀點(diǎn)。
4．結(jié)論
　　通過上述試驗(yàn)，可基本證實(shí)：在酸性環(huán)境下植物會(huì)更多的吸收陰離子，同時(shí)抑制陽離子吸收，放出OH- ，使環(huán)境向中介點(diǎn)移動(dòng)。在堿性環(huán)境中更多吸收陽離子，抑制陰離子交換，向外放出較多H+，同樣使外部環(huán)境向中性移動(dòng)。這也明確解釋出植物的逆境抗性，突出適應(yīng)性，說明了植物吸收物質(zhì)是溶液PH變化的原因 。
5．誤差分析及改良
　　1）在溶液PH測量上受對照組、溫度及操作影響，不太準(zhǔn)確。由于測量周期較長，所以變化幅度較大。各組數(shù)據(jù)只對照比較，不單獨(dú)分析。

　　2）在不同同植株RNA比較上，酶切長度過大，同時(shí)受技術(shù)條件限制，不能完全說明蛋白質(zhì)是否變異。

　　3）實(shí)驗(yàn)所用營養(yǎng)液種類不多，結(jié)論不能說明全部元素的吸收。

    計(jì)劃再進(jìn)行一次單營養(yǎng)液培育實(shí)驗(yàn)，時(shí)間增長，梯度在1-3小時(shí)內(nèi)，同時(shí)增多營養(yǎng)液種類。對不同環(huán)境下培養(yǎng)出的植株進(jìn)行mRNA→cDMA轉(zhuǎn)錄，以便精確對比有無蛋白質(zhì)差異。
6．應(yīng)用
　　1）我們要意識(shí)到酸性土壤不易吸收陽離子礦物,一味施肥只會(huì)造成浪費(fèi)。

　　2）不需要過多利用硫磺、石膏、明礬等來改良土壤酸堿度，使植物吸收過多毒素對下一營養(yǎng)級(jí)形成不必要的毒害，*終影響到人類�？捎幸庾R(shí)人工加強(qiáng)植物對外界環(huán)境影響，如在堿性土壤中適量施一些大量元素更多為陽離子的肥料，自然改變土壤酸堿性質(zhì)。

原創(chuàng)作者：北京博普特科技有限公司

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