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酸雨泛指酸碱度小于5.60的雨雪或者其他方式形成的大气降水,是一种大气污染现象。酸雨和铝毒是相依相从的两大祸害,酸雨可以使水体酸化,导致土壤铝的大量溶出,而土壤铝的大量溶出又使酸雨的危害严重恶化。土壤溶液中铝浓度的变化与植物生长具有密切的关系,在酸性土壤中铝毒是限制植物生长发育的主要原因之一。我国华南地区在实现经济快速发展的同时,也伴随着自然资源的过度开发、环境污染和生态破坏等一系列环境问题,酸雨已成为该地区环境污染最突出的问题之一,而这些环境问题可能受南亚热带高温多雨的季风气候而加剧。本文通过2005年对马尾松(Pinus massoniana,阳生针叶树种),野牡丹(Melastoma candidum,阳生灌木树种),荷木(Schima superba,阳生阔叶树种),巨尾桉(Eucalyptus grandis xEucalyptus urophylla,速生引迸乔木树种)四种亚热带广布种一个生长季的铝毒控制实验,即处理采用无水A1C13和盐酸配制成pH4.2的四个铝浓度梯度,系统研究了铝毒对4种植物生长和生物量分配、光合生理特性的影响以及铝毒控制下土壤和植物体内K、Ca、Mg和Al含量的变化,阐明不同木本植物对铝毒响应的逆境生理异同点。主要研究结果如下:
1、铝毒处理对植物的解剖和生理特性及植物各器官的干物质产量分配格局产生了影响。铝毒影响了植株的基径和树高生长,且植株对铝毒的反应因植株的不同而产生差异。马尾松和巨尾桉的基径(D)和树高(H)受铝毒影响最为明显,从而影响到组合变量D2H的变化。受到铝毒的影响,除荷木的冠幅生长处在停滞状态外,其余3种植物的冠幅均有不同程度的下降。随着铝处理浓度的增加,4种植物的冠根比(CRR)均有不同程度减少的趋势,表明铝毒处理使植物增加了干物质向下部分分配,以抵抗铝毒对植物根系的影响。
2、4种植物对铝毒的响应和适应策略存在差异。马尾松、荷木和巨尾桉在铝毒胁迫下SOD活性的增加,而野牡丹SOD活性的变化表明在实验处理浓度下野牡丹可能对铝毒胁迫并不敏感。铝毒处理下植物光合色素含量均有所下降,而且相对于0处理组,4种植物Fv/Fm均有所下降,表明铝毒处理对它们的叶片PSII光化学转化效率产生了明显的抑制作用,植物的叶绿体光合单位受到铝毒的损伤。光强响应曲线中,铝毒处理导致最大净光合速率(Pmax)和光饱和点(L,SP)降低,使植物适应光照较强的环境的能力较差,同化CO2的能力下降,从而导致铝毒处理下生长能力的下降而受到限制。铝毒处理没有影响到各个植物的CO2饱和点(CSP),但对饱和CO2浓度下的净光合速率(Psat)产生了影响,同时也影响了羧化效率(CE),表明铝毒处理影响了植物的光合能力。而从一天中净光合速率的动态来看,铝毒处理对马尾松和荷木净光合速率日变化趋势产生了较大的影响,而对野牡丹和巨尾桉的影响不大。
3、土壤中K、Ca、Mg、Al等元素全量的变化对植物的影响不是很大,主要是有效态离子浓度的变化对植物的生长产生了重要影响。但是植物根系中Al含量最高,使植物的根系生长受到了限制,进而影响到整株植物的生长;同时,由于根系中铝含量较高,使得Ca/Al、(Ca+Mg)/Al和(Ca+Mg+K)/Al摩尔比远远低于叶和茎的Ca/Al、(Ca+Mg)/Al和(Ca+Mg+K)/Al比值。不同植物的器官中Ca/Al摩尔比并不是完全一致,在判断植物遭受铝毒胁迫时也就不能使用统一的取值标准。
结果表明,马尾松、荷木、野牡丹和巨尾桉都能够通过其形态结构、干物质分配和光合生理特性的变化以适应铝毒胁迫。由于植物种类的差异,植物对铝毒胁迫的响应能力也有很大的差异。野牡丹可能具有累积铝元素的能力,而巨尾桉对铝元素的吸收能力最低,两者对铝毒的反应不是很敏感。由于本实验是人工控制性实验,与自然状态下的情况有一定的差异,其结果还需进一步验证。