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(生态学专业论文)植物多样性对铅污染土壤的响应及其生态学效应.pdf.pdf 免费下载
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;龚j ;i ;l :l 鐾礁l # i :! i ii ! ;i i i j ii 疑是造成土壤铅污染 的主要来源。肥料中除含有氮、磷、钾和一些微量元素外,还含有一些有机物和重金属等污 染物,均会随施肥进入土壤。2 0 0 0 年农业部对3o 万公顷基本农田保护区有害重金属的抽样 结果表明,其中36 万公顷农田有害重金属超标,超标率t 2 。而且我国目前尚无肥料中有 害元素的统一限量指标,因此,采取一定方法消除有害元素污染显得尤为必要( 王寅,2 0 0 2 ) 。 国内夕k 专家曾采用非毒性改良剂法、深耕法、排土法和客土法以及化学冲洗等方法来解 决土壤重金属污染问题。但由于上述方法自身的局限性,都未能成为较理想的土壤重金属污 染治理措施( 唐世荣等,1 9 9 6 ;龚平等1 9 97 ;孙铁珩等2 0 0 0 ) 。为此,近年来提出的污染 土壤生物修复受到广泛关注。污染土壤生物修复是利用各种天然生物过程发展起来的一种现 场处理土壤环境污染的技术,具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点( 骆永明等, 1 9 9 9 :杨肖娥等2 0 0 2 ;s a l t ,1 9 9 8:v i e s ,2 0 0 0 ) 。生物修复的途径主要有:( 1 ) 通过在污染土 壤上种植植物,利用其自身生物学特性对重金属加以吸收、积累去除污染物。( 2 ) 利用微生 物的生物活性对重金属的亲和吸附转化为低毒物,从而降低重金属污染程度( 沈德中,2 0 0 2 : 夏立江等,1 9 9 8 :马文漪等,1 9 9 8 ) 。生物修复中利用超积累植物对重金属污染土壤进行生 物修复是其中的一个主要途径( 孙波等,1 9 9 9) ,超积累植物( h y p e n c c u m u h t o r ) 是指植物 对重金属元素的吸收量超过一般植物1 0 0 倍以上的植物,超积累植物积累的c r 、c o 、n i 、 c u 、p b 的含量般在o 1 以上,积累的m n 、z n 含量般在1 以上。但是目前已发现的 大部分超积累植物生长缓慢,植株矮小,限制了它们用于大规模污染土壤修复的潜力( 杨肖 娥等,2 0 0 2 ;h u a 解打“,1 9 9 6 :e b b s盯口z ,1 9 9 7 ; w c n z e l 盯“,1 9 9 9 :m c g n 出盯“,1 9 9 7 ) ,而 且国外目前己发现超积累植物近5 0 0 种,而在我国发现的超积累植物廖廖无几( 腾世荣,2 0 0 1 ; 瓢n g 甜“,1 9 9 9 ) 。杂草是农田作物伴生植物,是农田生态系统常见的重要的生物组分,具有 生长快、抗逆性强、生物量大等特点,对重金属也有较强的富积能力( 魏树等,2 0 0 3 ) 。因 此,本研究试图从植物多样性的角度探讨杂草植物 累及生态学效应,尝试利用植物 o x 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 问题的提出 土壤中铅的天然来源是风化岩石中的矿物。随着采矿、金属冶炼、污泥使用、污水灌 溉、施肥以及含铅汽油的使用,进入土壤的铅增多,铅污染己成为土壤污染的主要元素之一。 进入土壤中的铅随着植物对矿物元素的吸收和其它生理过程进入植物体,并可以迁移到可食 部分而进入食物链,最终危害人体健康。在农业生产中,施肥和污灌无疑是造成土壤铅污染 的主要来源。肥料中除含有氮、磷、钾和一些微量元素外,还含有一些有机物和重金属等污 染物,均会随施肥进入土壤。2 0 0 0 年农业部对3 0 万公顷基本农田保护区有害重金属的抽样 结果表明,其中36 万公顷农田有害重金属超标,超标率t 2 。而且我国目前尚无肥料中有 害元素的统一限量指标,因此,采取一定方法消除有害元素污染显得尤为必要( 王寅,2 0 0 2 ) 。 国内夕k 专家曾采用非毒性改良剂法、深耕法、排土法和客土法以及化学冲洗等方法来解 决土壤重金属污染问题。但由于上述方法自身的局限性,都未能成为较理想的土壤重金属污 染治理措施( 唐世荣等,1 9 9 6 ;龚平等1 9 9 7 ;孙铁珩等2 0 0 0 ) 。为此,近年来提出的污染 土壤生物修复受到广泛关注。污染土壤生物修复是利用各种天然生物过程发展起来的一种现 场处理土壤环境污染的技术,具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点( 骆永明等, 1 9 9 9 :杨肖娥等2 0 0 2 ;s a l t ,1 9 9 8 :v i e s ,2 0 0 0 ) 。生物修复的途径主要有:( 1 ) 通过在污染土 壤上种植植物,利用其自身生物学特性对重金属加以吸收、积累去除污染物。( 2 ) 利用微生 物的生物活性对重金属的亲和吸附转化为低毒物,从而降低重金属污染程度( 沈德中,2 0 0 2 : 夏立江等,1 9 9 8 :马文漪等,1 9 9 8 ) 。生物修复中利用超积累植物对重金属污染土壤进行生 物修复是其中的一个主要途径( 孙波等,1 9 9 9 ) ,超积累植物( h y p e n c c u m u h t o r ) 是指植物 对重金属元素的吸收量超过一般植物1 0 0 倍以上的植物,超积累植物积累的c r 、c o 、n i 、 c u 、p b 的含量般在o 1 以上,积累的m n 、z n 含量般在1 以上。但是目前已发现的 大部分超积累植物生长缓慢,植株矮小,限制了它们用于大规模污染土壤修复的潜力( 杨肖 娥等,2 0 0 2 ;h u a 解打“,1 9 9 6 :e b b s 盯口z ,1 9 9 7 ; w c n z e l 盯“,1 9 9 9 :m c g n 出盯“,1 9 9 7 ) ,而 且国外目前己发现超积累植物近5 0 0 种,而在我国发现的超积累植物廖廖无几( 腾世荣,2 0 0 1 ; 瓢n g 甜“,1 9 9 9 ) 。杂草是农田作物伴生植物,是农田生 x 第一章文献综述 尝试利用植物多样性消除或减少重金属污染,并建立相应的关键技术措施,为土壤环境重金 属污染的生物修复提供新思路。 另方面,2 1 世纪,我国农业和农村经济己进入个新的历史阶段。农产品由长期短 缺变为总量基本平衡且丰年有余,如何在保持总量平衡的基础上突出质量和效益,向多样化、 高品质、安全性的方向进展,促进人民生活质量的提高,增强农产品国际竞争力,是摆在我 国农业面前的个迫切问题。为根本上解决农产品污染和安全问题,农业部从2 0 0 1 年开始, 在全国范围内实施了“无公害食品行动计划”。无公害食品( 孔汉口,2 0 0 2 ) 是指在没有受 到污染的良好生态环境下,生产过程不过量施用农药、化肥以及其它固体污染物,以土壤中、 水源和大气不产生污染,生产出来的食品里农药、重金属、硝酸盐等有害物质残留量符合国 家、行业有关强制标准。浙江省常山县胡柚生产基地,环境良好,周围无明显污染源,为生 产无公害胡柚提供了基本条件。但每年施入一定量的化肥,不可避免会带入一些有害元素, 因此需要采取一定农业措施控制或消除有害元素的积累。果园中有着丰富多样的杂草类型, 近年来,保持农业生产区域中的杂草等野生植物的多样性日益受到人们的关注,保持适宜的 杂草多样性不仅有保护天敌、控制农业害虫,保持土壤和促进养分循环等生态学功能,在消 除环境污染方面也有重要作用。因此,保留适宜和适量的杂草多样性,对于改善果园生态环 境与消除土壤污染乃至无公害胡柚的生产均有重要意义。 1 2 研究进展 1 2 1 植物对重金属污染的净化作用 植物消除污染物的方式包括:( 1 ) 植物提取:植物吸收积累污染物,收获后再进行处 理,可进行热处理、微生物处理和化学处理等;( 2 ) 檀物降解:植物及其相关的微生物区系 将污染物转化为无毒物质:( 3 ) 植物稳定化:植物在同土壤的共同作用下,将污染物固定, 以减少其对生物与环境的危害( 沈德中,1 9 9 8 ) 。不同的污染物消除机理略有差别。 植物对重金属的消除通过植物固定、植物挥发、植物吸收和植物促进四种方式( 桑伟莲 等,1 9 9 9 ) 。植物固定是利用植物及一些添加物质使环境中的金属流动性降低,生物可利用 性下降,使金属对生物的毒性降低:植物可将污染物吸收到体内而转化为气态物质释放到大 气中;植物吸收是植物能耐受并吸收重金属,而把其输送贮存到植物体的地上部分:植物促 进作用是植物虽然不吸收重金属,但植物的根系分泌物如氨基酸、糖、酶等物质能促进根系 周围士壤微生物的活动和生化反应,有利于重金属的释放和微生物的吸收( m a r c l a ,1 9 9 9 ) 。 林畸等 野燕麦 北美车前 鸡眼草 早熟禾、牛筋草 陆稻 婆婆纳 鼠曲草 酢浆草、大画 眉 白三叶 野豌豆 苦荬菜、刺苋 升马唐 皱果苋。 单位面积( 以每盆计算) 杂草的吸铅数量( 吸铅量= 植株含铅量植物生物量) 则以黑 麦草、野燕麦、北美车前、刺苋、鸡眼草、苦冀菜和牛筋草较高( 图3 1 ) 。由于每种杂草 地上部分与根系生物量的差异,黑麦草、野燕麦和北美车前等根系较发达的物种根部吸铅数 量大,而刺苋、鸡眼草和苦荬菜是地上部分的吸铅数量比较大。早熟禾、婆婆纳、鼠曲草、 自三叶、陆稻和酢浆草根系铅含量较高的物种也是根部吸铅数量大于地上部分,而皱粟苋则 是不易积累铅的植物。刺苋虽然根部不易积累铅,但地上部生物量巨大,所以吸铅数量也相 当可观。 第三章单一植物物种对十壤中铅的响霹辣器车蓊爱礅龆 l ,? 镕9 一_ _ _ _ _ _ - - - - - - - - 二三三三 三;三三二乏三三乏三l 三。一一j 三j = 二三二三i 三三= 三= 二二三壬j 三三= 三三l = 三 = 二三三= 三j 三= 三三= 三三二二j = = 蔓三= 三= 三二三。三乏三。二三三= 三三二三三薹 篓曼蚕薹堇雾篓兰:= 兰兰兰萋兰三三兰;三圣暑薹垂雾薹塞薹薹奏蠹;暮! 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璺盟! 堡盟! 竖堡! 鸡眼草k 枷聊 瑚砌础妇扫 c k3 1 4 7 1 1 7 1 45 2 2 3 1 3 8 3 6 9 0 6 6 鸡眼草托柳z 删日坩删矗曲嚆靠2 p b3 1 0 7 1 8 6 7 04 7 6 7 1 4 83 7 8 1 1 0 1 苦荬菜俐雕西施赫c k 1 7 4 3 0 1 4 2 96 0 2 5 6 2 9 8 5 7 6 9 4 9 苦荬菜础一f 舶p 脚 p b1 7 6 4 8 1 4 7 95 1 0 9 5 0 48 3 5 5 5 2 7 升马唐d 窖妇砌砌府 c k1 6 2 7 6 1 8 8 0 5 7 2 2 3 3 36 9 1 6 8 6 6 1 5 2 6 2 1 7 3 25 0 2 2 3 5 2 5 7 8 7 4 3 6 + 无芒稗e 赫口扫胁岬肪w f m 时 c k1 8 3 9 2 3 96 8 8 0 4 6 0 3 5 2 1 7 3 4 9 无芒稗e 砌口施加嬲学脾w r ,m 甜p b 1 7 5 2 9 77 4 6 0 6 6 63 4 7 5 1 7 9 0 表3 9 植物成熟期地上部养分含董 里! ! ! ! :! :! 堡! 型竺! ! ! ! 竺ii l 萋| 蒿匿i i 霉嚣 li 霎薹 蔓那雏驰孙妄 蹦蓄划g 。 芎| 自i 羞;耋薹目譬;蕈;,嚣驯甲? o 自u 蓦“i 璧* ? 蕊一 i 瑶i 主t l - 一;箨卞 j ! j 。:g 票i? g :蒜: i ”i ;荤i 秘搿钥种誊筹i 菩l iy 矧誓 墨娃i 弱气q 轧囊鸽| ;| 五氍豸! l 酌l 蓬嶷掣 羹鑫磐荨 j 二正辐蓬型彝毒 藿pe n 垂l r 薯! i ”“一i 拿l 萋螽蠹 g l $ 差引: 耋薹 x 第三章单一植物物种对土壤中铅的响应及其生态学效应 物种在铅污染土壤中的塑奏琴墼誉蠹鋈纛要萎霎蠹霎i 誊晕 i ;i ; 手嚣蚕妻q 褰攀囊蠢嚣薹薹霎篓薹善硅i ;妻薹篓耋霪耋垂妻j 望型蠢馊篓表璧器 晷鍪颦霉也蒌霾一委擎昏掣净誊;o 亘蓦掣蠹誊鍪嚏噎嗡l i ? f 墓? 薹;磐舞罐用嘻薹 鲍l 蠹篓融 f 垒莛麓窆j 蠢喇鑫嘉霎? 蔫董孵鞋唠j 囊跬轴薤菩量学强傩物茸我改良土壤,同时还可利用杂草对重金属 的吸收减少对作物的危害。 4 2 材料与方法 供试土壤来自浙江省常山县胡柚果园,为第四纪红色粘土母质发育成的红壤。两两植 物物种共存组合分别是:大豆刺苋、陆稻无芒稗、玉米鸡眼草和苦荬菜鸡 眼草。各组合播种时采用混合播种,之后间苗,每盆保留2 0 株,每个物种1 0 株。其它管理 同第三章32 材料与方法。 4 3 结果与分析 4 3 1 铅对不同植物物种共存中各植物生长影晌的差异 两两物种共存组合中植物的平均株高与生物量在铅污染与对照间无显著差异,铅污染对 共存组合中植物的生长无明显影响( 表4 1 ) 。 表4 1 对照与加铅土壤上不同植物物种共存组合的植物株高与生物量的比较 1 曲1 c4 1t h e c o m p a d s o no fp l 卸th c i g h ta n d b i o m a s so f d o u sc o e 五s t e dc o m b i n a d o no fp h n t ! p ! ! 些! 堡! ! ! ! 竺! ! 生! ! p ! 坠生! ! ! ! : 笙三皇苎二堕塑塑型翌圭整皇塑箜堕堕垦苎竺查堂塾窒 表3 铅污染对杂草植物麓根侵染率与根际土壤中的孢子形成的影响与物种差异 t a b k3 1 1c o m p a r i s 。no fc o l o n i z a d o na n ds p o r l l l a d 。n 。fa m fa m o n g 谢叫sb 础a l w c e d 5 抽 物种菌根侵染率 根内泡囊数 土壤甲挹于毅 s d e c i sp 苴c e n 诅g co f n u m b e fo fn u i n b e ro f3 p o r em c 0 1 0 n i z a d o n ( ) v e s l c u h r s o 正( s p o r c k d 工i e d f n u m b e r m m ls o 早热禾p 0 4 d n h “4 + p b3 1 4 o 7 4 4 + 39 7 3 5 6 0 0 料 黑麦草l 口船胛声f 圩删 c k73 4 22 2 2 2 4 1 2 0 6 5 9 黑麦草b 舶勰芦日”日 + p b11 9 0 、0 7 + + 2 1 6 3 2 3 9 3 7 2 料 野燕麦卅胛脚向枷 c k 9 5 0 12 9 2 2 9 6 9 3 9 9 4 野燕麦爿w 口向埘4 + p b2 、4 5 o1 8 4 + 2 1 0 2 8 7 8 9 8 料 野豌豆m 如 c k3 32 0 81 8 5 4 7 2 7 7 8 0 4 1 2 野豌豆0 出 + p b1 4 。8 8 34 7 + + 5 3 3 2 4 1 0 7 3 8 7 5 n s 婆婆纳m 出d 曲w c k7 2 3 1 8 2 1 2 8 6 6 8 3 4 0 婆婆纳坼,口由威由删 + p b1 08 0 2 8 6 n s 8 9 0 8 3 1 7 1 7 料 北美车前p 岛月衄口西缈埘 c k 1 76 1 6 5 3 1 0 3 5 0 1 1 3 9 1 1 北美车前p 蠡砒学i 啦妇 + p b3 1 5 4 2 8 7 + + 2 4 - 1 8 7 2 3 4 9 8 5 料 鼠曲草g 印幻舷脚碍伽p c k1 6 3 8 18 2 43 8 8 8 0 1 5 4 5 鼠曲草g # 劝如妇掰q f 7 i p + p b3 0 3 7 38 7 料 2 6 - s 1 1 8 7 0 1 3 5 4 料 白三叶丁,帕应舯,e 砷, c k2 95 5 69 8 1 3 4 9 4 9 2 9 5 1 白三叶研0 靠删仲p 埘 + p b1 9 8 3 4 7 1 4 4 4 3 7 3 2 5 3 2 3 0 4 8 n s 酢浆草弧口肪,彻向缸 c k2 10 3 1 2 3 4 3 0 7 8 0 3 3 0 7 表3 一1 2 铅污染对植物菌根侵染率与根际土壤中的孢孑形厩的影啁即彻柙左异 t a b k3 1 2c o m p a r i s o no fc 0 1 0 n i z a 曲na n d8 p o u l a d o no fa m f a n l o n g v a 【1 0 、】sb i 。咄2 lp h n t sm 物1 种囱艰慢梨翠 1 r f b * ” 皱果苋爿舢埘撕声删妇白埘, c k 1 72 5 20 2 45 皱果苋刀删曲w 即妇肠缸r 十p b2 33 4 46 4 l u j 牛筋草e 加血f 抽妇 c k8 13 6 8 6 8 4 8 5 3 牛筋草置曲越胖p 抽砒口 + p b8 3 2 3 88 2 4 7 50 无芒稗e 触d 舭4 胛懈删r 赢时c k 7 9 ,3 9 7 4 3 1 0 7 2 3 无芒稗e 鼢础出口肿曙秭v 壮赢酊+ p b 9 1 5 6 2 5 8 + + 1 2 4 5 5 料 刺苋爿拙馏髓甜垆枷脚 c k5 j d 0 1 6 0 o 刺苋爿捌搿曲盯妒抽“w + p b25 2 0 7 2 u 大画眉e ,础糟m r 蒯删砌 c k6 33 2 1 0 9 6 3 4 15 大画眉e r 彬砌如删批f + p b7 3 6 8 7 - 9 7 + 3 3 4 - o 大豆g 4 砌p 黼 c k9 5 1 8 59 2 8 6 90 盔星鱼螋! 竺 些! 垡生坐二翌竺一 第三章单一植物物种对土壤中铅的响应及其生态学效应 3 4 小结 3 4 1 铅污染对植物生长的影响 在本试验铅污染浓度为3 3 4 5 3 m g k g 的土壤中,1 7 种杂草( 鸡眼草、苦荬菜、升马唐、 无芒稗、早熟禾、黑麦草、野燕麦、野豌豆、婆婆纳、北美车前、鼠曲草、白三叶、酢浆草、 皱果苋、牛筋草、刺苋和大画眉) 及两种作物( 大豆和陆稻) 的生长无明显受阻,即3 3 4 5 3 m g 蚝 浓度的铅污染对这些植物生长无明显影响。 3 4 ,2 植物对铅的吸收积累特点 1 9 种植物中,除了刺苋和皱果苋外,其它铅处理的植物根系铅含量与对照之间均存在 极显著的差异,地上部分除了鸡眼草、升马唐、早熟禾、婆婆纳、鼠曲草、白三口1 和皱果苋 外,其余均有显著差异,并且根系铅含量与地上部分含量之比在o8 3 2 89 9 之间,说明铅 主要积累在根部。而单位面积( 以每盆计算) 植株的吸铅数量( 吸铅量= 植株含铅量植物 生物量) 则以黑麦草、野燕麦、北美车前、刺苋、鸡眼草、苦荬菜和牛筋草较高。由于每种 杂草地上部分与根系生物量的差异,黑麦革、野燕麦和北美车前等根系较发达的物种根部吸 铅数量大,而刺苋、鸡眼草和苦荬菜是地上部分的吸铅数量比较大。早熟禾、婆婆纳、鼠曲 草、白三叶、陆稻和酢浆草根系铅含量较高的物种也是根部吸铅数量大于地上部分,而皱果 苋则是不易积累铅的植物。刺苋虽然根部不易积累铅,但地上部生物量巨大,所以吸铅数量 也相当可观。 34 3 土壤中的铅含量变化 经过三季植物的种植后,土壤中铅浓度因植物种类均有不同程度地下降。 3 4 ,4 铅污染土壤中不同植物根系菌根的侵染及孢子变化特点 在铅污染土壤中杂草菌根的形成发生了显著变化,但不同物种的变化趋势明显不同。与 无铅污染的对照土壤相比,苦荬菜、早熟禾、黑麦草、野燕麦、野豌豆、白三叶的菌根侵染 率f 降( p 玉米一鸡眼草 鸡眼草一苦 荬菜陆稻一无芒稗、大豆与刺苋物种共存对铅的吸收比较多( 图4 4 ) 。 奄1 0 ( ) 至8 0 i6 0 三 8 4 0 蛊 曩2 ( ) 啦 o 陆稻无芒稗 一强一 刺苋鸡眼草苦茔菜 玉米 植物物种 p i a n t5 口e s 图4 ,2 单种与两植物物种共存地上部铅含量的比较 f 1 4 2t 1 1 cc o m p a n s o n o fp bc o n t c n to fs h o o t sm s m g kp i a n o g4 n d 时。p 1 a n t5 p 。c l e s 亡0 e s “g 3 9 第洲章两种植物物种共存对士壤中铅的响应及其生志学效应 羔 兰 : 山 要 a 增 强 昏 3 1 5 l o 5 0 黼稻一无芒稗大豆一刺苋玉米一鸡眼草鸡眼草一苦婪争 处理t m t t 图4 _ 4 各植物物种共存组合的吸铅总量 f 1 再4 4p b “p c a k ca m o u n to f n o u 8 p 1 蛳t5 p 。c i e si nc o e x l s t e dc o m b m a d o n ( g p o t ) 43 3 2 大豆单种与两物种共存不同器官对铅的积累 铅在大豆各器官中的积累规律是茎、根 叶 荚 种子,两物种共存与单种相比,根、 叶和荚的铅含量有显著差异( 表4 4 ) ,大豆根、叫和荚是对铅反应比较敏感的器官与刺苋 混作提高了大豆根、叶和荚的浓度。刺苋是不易积累铅的杂革,因此,在田间不宜用来与作 物混作以吸收土壤中的铅。从而减少对作物的危害。 表4 4 大豆荤种和与刺苋共存不同器官重金属铅含量的差异 t a b l c4 4d l f f c 螂1 c co fa b s o 出e dh e 3 v ym e 扭ll e a da m o “gb e a no 培4 n sb e m c ns m 出p l a n 血g “n d ! ! ! ! ! 塑g 竺! ! ! :! ! 竺! 竺型! ! 竺 器官 单种 与刺苋共存 。r g a n s( 砂柳f 牌“、s m 舀。p l a n n “g。e s d o gw 1 七1 1 一脚m 肼w 枷州 4 多个植物物种共存对土壤中锻的响应及j e 生态学效应 第五章多个植物物种共存对土壤中铝的响应及其生态学效应 5 1 引言 生物多样性是所有生命系统的固有特征,是人类赖以生存的基础、然而。人类不合理 的经济活动所带来的土地利用与覆盖的变化、生境的破碎化、典型生态系统结构和功能过程 的破坏和生物资源的过度利用等对生物多样性均己构成严重威胁。人类活动己成为地球上生 物多样性的主要影响因素,而生物多样性的变化则是全球变化的重要问题之一( 杨利民等, 2 0 0 3 ) 。另一方面,从低等植物到高等植物,几乎都有一定种类的微生物与其共生。微生物 在农业生态系统中发挥着非常重要的作用,如果没有微生物和它们的作用就不会有任何的有 机体在土壤中生长( 石兆勇等,2 0 0 3 ) 。植物多样性创造一个多样性的土壤环境条件,为微 生物的生存提供多样的生境,有利于微生物多样性的形成。 杂草是农、林作物系统中的重要生物组成部分,也是影响农林作物生长和导致产量下降 的重要因素之一。过去人们一直努力将杂草从农作系统、人工林地中清除出去,近年来保护 农业生产区域中杂草等野生植物的多样性以及发挥其在维持生态平衡中的作用逐渐为人们 所重视( 潘幸来,1 9 9 4 ;h i b i g ,1 9 8 2 :l 8 9 出o 盯“,1 9 9 3 ;f i r b k ,1 9 9 3 ) 。研究表明,农业系 统内保持适宜的杂草多样性具有保护天敌、控制农业害虫,保持土壤和促进养分循环等生态 学功能( s s ,1 9 9 6 ; a 1 d e r ,1 9 9 9 :陈欣等,1 9 9 9 b ,1 9 9 9 c ,1 9 9 9 d :吴春华等,2 0 0 4 ) ,在消除环境 污染方面日益受到重视( 郭水良,1 9 9 6 ;陈砍等,2 0 0 0 b :v i e r z b 斌a ,1 9 9 9 ;b a k 鹄“,1 9 9 0 ) 。 陆地生态系统的生产力和健康与土壤生物尤其是土壤微生物的活动密切相关e n ,“ “,2 0 0 0 ) 。植物通过调节土壤物理环境、养分有效性和能量环境,影响着微生物生物量和群 落结构形成( c k n n 甜“,2 0 0 2 2 ,2 0 0 2 b ,2 0 0 3 ;c h a “e y ,矗矗,1 9 9 7 :g t o f h a n ,1 9 9 9 ;王洪兴等, 2 0 0 2 。2 0 0 3 1 茁根真菌与植物根系共生,需要从宿主植物中获取碳水化合物赖以生存,植物多 样性的保持是菌根真菌活性和多样性保持的基础( s p e h n ,“,2 0 0 0 ) 。 5 2 材料与方法 5 1 2 。1 试验设计 本试验为模拟小区试验,分两年完成,小区模拟是用规格为:4 6 c m 3 5 c m 2 3 c m 的周 转箱,每个装土3 2k 。供试土壤来自浙江省常山县胡柚果园,为第四纪红色粘土母质发育 成的红壤。植物物种包括一年生植物和越年生植物,为四因子两水平试验,每个处理四个重 复,铅浓度为。和3 0 0 m g k g ( 具体浓度以取样测定为准) ,铅以溶液态加p b ( n 0 0 :( 分析纯) 4 3 多个植物物种共存对土壤中铅的响应及其生态学效应 3 0 0 n g k ( 以烘干土计) 于土壤中拌匀,不加铅的土壤加入一定量的n h 4 n 0 3 ,以弥补因 加入金属硝酸盐造成的处理间氮素差异。土壤混合均匀后,加水使含水量为田间持水量的 6 0 ,平衡两周后播种。因杂草对生长条件要求不高,为避免杂草疯长,没有施底肥。多样 性植物物种共存组合见表5 1 和表5 2 。 表5 1 冬季植物物种共存组合 1 铀k5 1c o e x i s t c dc o m b 缸a d o no fp h n t s p e d e s i nw i i l t e rs e a s o n 处理t r e a t r r i e n t物种共存组合c o e 五s t e dc o m b i n a d o n 对照c h e c k 无p l a n t f r e c i 一个植物物种( 白三叶) s 血舀e 曲n t5 p e n c s ( i 啪锄印f 砷 i i两个物种( 白三叶和黑麦草) m8 p e d e s ( 聊a mr 秽wa n db p m 嘲 四个物种( 白三叶、黑麦草、早熟禾和北美车前) f o s p e c k s ( i 够& “班r 哮肼i ,1 # 删雄他h n e ,p 们d n h 拥戚p 如h 哇挚嘏氆“i 曲 表5 2 夏季植物物种共存组合 1 a b l e5 2c o c x l s t e dc o m b i n a d o n 。f p h n ts p e d e s i ns m n m 盯s e a s o n 处理物种共存组合 t r e a 廿n e n tc o e 五s t e dc o m b i n a d o n 对照c h e c k 无p l a n t - f r e e i 一个物种( 玉米) s i n 殍。p l a n t8 p e c i e s ( z m 砌 i i 两个物种( 玉米和升马唐) t w o 叩e c i e s ( o 。j 铲删妇a n d d 哲妇砌幽w 砷 i i i三个物种( 玉米、升马唐和鸡眼草) 1 h 工e e 叩e d e s i ) 哿s d 矗懈,d 辔t 桐口d 6 d 也础弛搠挠e 如搿埘| | 础1 1 5 2 2 测定项目 5 2 2 1 株高与生物量 随机选定5 株植物测量株高求其平均值。地上部与根系分开,清洗干净,在1 0 5 杀青, 然后8 5 烘4 8 h 称重得生物量。 5222 土壤重金属铅 称样10 0 0 0 9 ,放于5 0 “克氏瓶中,用少量水湿润,在通风橱中加75 r n l 浓h c l t 继续 加25 d 浓h n 0 3 ,低温加热,待激烈反应过后,添加5 d h c l 0 4 蒸煮,直至近干,此时残 留物为白色或灰白色沉淀。如果颜色比较深,可再加5 i i l lh c l 0 4 高氯酸,继续消化至符合 要求为止,一般添楣两次即可,完了取下克氏瓶冷却、定容、过滤待测。 4 4 多个植物物种共存对士壤中铝的响应及其生态学效应5 3 结果与分析 5 3 1 多个植物物种共存条件下铅对植物生长的影响 玉米分苗期和成熟期两次取样,苗期的株高与生物量铅污染与对照无显著差异,铅污染 对玉米营养生长无明显影响(表53)。成熟期,铅污染对其中杂草的生长无显著影响,铅 污染对玉米的株高也无明显影响,但却显著促进玉米生物量的增加( 表5 4 ) 。生长期间的调 查结果也表明,铅污染对玉米的生殖生长有促进作用,铅污染土壤上玉米的抽穗率高于对照 ( 表5 5 ) 。物种共存组合中杂草的株高与生物量铅处理和对照均无显著差异( 表5 6 ) ,说 明铅处理对物种共存中杂草的生长无明显舞鹊: 羹i ,i 舞明铽蟊野矾掣碰薹囊窒测量镬疆缮选择擗顿察薹残驰鲴 :;i ! 霎;l ! 羹耋国i l 萎i 霎娶鹱l ;l l 鬈i 爨羹g p 霪霎蓁辩d r , ( 1 ) m 础0 0 4 ( 2 ) co m 0 0 4( 3 ) c r 2 ( m 0 0 4 ) 3 图4 4 为m g 、c o 、cr 三种钼酸盐催化剂的h 2 - 皿r 图。对于m 西d o o 。催化剂,其显 著耗h 2 谱起使始于5 0 0 附近,在5 5 0 出现了最高峰。c o m 0 0 4 的显著耗h 2 谱起始 在与m g m 0 0 4 催化剂大致相同的温度,但与m g m 0 0 4 催化剂相比,具有显著高的耗h 2 现象( 耗h 2 曲线一直处于上升状态,在达到6 0 0 时,仍没有停止这种趋势。) 。值得注 意的是,c r 2 ( m 0 0 4 )3 与前二者相比,其显著耗h 2 信号出现在较低温度( 4 7 0 附近) , 这表明该催化剂的活性晶格氧比前二者活泼得多。该结果可较好地解释c r 2 ( m 0 0 4 ) 3 催化 齐8 在正丁烷氧化脱氢反应中表现为c 4 烯烃生成选择性很差的现象并得到文献结果的支 持。一般认为,活性晶格氧 大小对烯烃选 x 多个植物物种共存对土壤中铅的响应及其生态学效应 5 7 ) 。在各物种共存组合中,铅处理土壤中的孢子数均显著低于对照,但多个物种共存组合 的土壤中孢子数是3 个物种组合 2 个物种 单个物种 没有植物土壤( 图5 1 ) 。多种植物 组合创造了多样的根际微生态的环境。有利于多种孢子的产生与生存。 表5 7 铅污染对植物菌根侵染率与泡囊数的影响的物种组合差异 n b l c5 7c 。m p a 出o no fc 0 i o f u z a 廿。na n d5 p o r u l a 矗o no fa m f 锄o n gv a d o u sp k n 七sc o m b m a 曲n i i l p o n u t e ds o n 物种 s d c c i c s 菌根侵染率根内泡囊数 c o l o m z a d o n f a c e r m m b e r o fv e s i c u h r ( n 呦b e r m m ) i 玉米z “少 i 玉米z 知 i i 玉米2 “删 i i 玉米z ” i i i 玉米西4 m 吵 i 玉米z m h 升马螽d 皤缸i n 融翻| u 舟马寤d 嘻伽证i 口m i i i 升马唐d 簖删? 舭砌 i i i 升马唐d 嘻妇砌崩 膏 c k2 70 5 1 13 2 + p b 5 9 7 3 45 5 4 4 c k 2 69 9 1 6 4 + p b 6 1 4 9 9 4 ” c k 4 2 1 1 0 ,7 4 + p b 6 84 7 69 7 + 十 c k2 7 7 9 36 8 + p b1 5 3 6 52 4 + c k 1 40 6 27 7 + p b 1 98 9 2 0 0 + i i i 鸡眼草渤删邝砌赢砌 c k2 8 7 8 10 5 i 鸡眼草缸厢坍唧口砌砌捃 + p b 5 41 5 27 5 + 4 皂 j 目 5 3 5 0 0 0 3 0 0 0 0 2 5 0 0 0 2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 o n op l a n t t r e a t e n t 处理 5 5 5 1 9 9 5 1 3 3 1 6 23 1 78 1 7 00 2 8 3 7 3 45 2 78 9 0 8 9 5 5 茸首 【1 图5 1多个植物物种共存f 对照土壤和镪污染土壤中的孢子数 f i 昏5 1s p o r e s 曲e s 吨a n o n i 1 1c o n 缸o la n d p b - p o u t e ds o 姐u n d e rd i f f e r e n p l a n t c o r n r n u 王1 1 d e s 4 8 多个植物物种共存对十壤中铅的响应及北生态学效应 5 3 2 2 多物种共存中铅对杂草茵根侵染及根际土壤孢子形成的影响 无论是对照还是铅处理,多植物物种共存组合中的杂草苗根侵染率与单个物种相差不大 ( 表5 8 ) ,但铅处理与对照相比,除了早熟禾外,菌根侵染率均升高,说明杂草多样性对菌 根有一定的保护作用。泡囊数主要说明a m f 在宿主根系的定殖程度,泡囊数表现出与菌根 侵染率相似的变化规律,也是备物种麸存组合与单个物种相比变化不大,但泡囊数在铅污染 土壤中明显增加,这可能是铅污染束激了这些草的菌根膨大。土壤中的孢子数铅污染与对照 相比没有明显变化( 图5 2 ) ,但物种共存组合对孢子数量有明显影响,无论是
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