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1、青岛农业大学 毕 业 论 文 题 目: 花生根系分布特性对土壤养分和镉吸收的影 响 姓 名: 史建勋 学 院: 资源与环境学院 专 业: 环境科学 班 级: 200602 学 号: 20064386 指导教师: 王凯荣 2010 年 6 月 20 日 毕业论文(设计)诚信声明 本人声明:所呈交的毕业论文(设计)是在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果,论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作 明确标注,论文中的结论和成果为本人独立完成,真实可靠,不包含他人 成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的
2、说 明并表示了谢意。 论文(设计)作者签名: 日期: 年 月 日 毕业论文(设计)版权使用授权书 本毕业论文(设计)作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交 论文(设计)的复印件和电子版,允许论文(设计)被查阅和借阅。本人 授权青岛农业大学可以将本毕业论文(设计)全部或部分内容编入有关数 据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业 论文(设计) 。本人离校后发表或使用该毕业论文(设计)或与该论文 (设计)直接相关的学术论文或成果时,单位署名为青岛农业大学。 论文(设计)作者签名: 日期: 年 月 日 指 导 教 师 签 名: 日期: 年 月 日 目录 摘要 1 Abst
3、ract 2 1 引言.1 2 材料与方法 2 2.1 试验材料.2 2.2 氮磷钾的测定及花生相关指标测定 2 2.3 数据的分析与统计 3 3 结果与分析 3 3.1 CD处理下花生根系分布特征对其生物积累量的影响 3 3.2 CD对花生茎叶氮磷钾含量的影响 5 3.3 花生样品在不同 CD处理层下叶片和茎蔓 CD含量 .7 4 结论 9 致谢 .11 参考文献: 12 1 花生根系分布特性对土壤养分和镉吸收的影响 环境科学专业 史建勋 指导教师 王凯荣 摘要:本试验利用 PVC 土柱栽培法,对 2 个具有不同吸镉特性的花生品种“花育 20”和“花育 23”的根系分布特性及其对花生植株 N
4、PK 养分吸收和重金属 Cd 含量的影响进行了研究。结果表明, 在低浓度镉影响下, “花育 20”和“花育 23”对氮磷钾的吸收能力均有增强,其中被“花育 20” 吸收的养分元素的迁移性大于“花育 23” 。三种养分的生物利用效率大小顺序是:氮钾磷。 “花 育 20”在一定浓度 Cd 胁迫下其根系长度较“花育 23”有明显增加,促进了其对 NPK 养分吸收转 运效率,同时也增加了其植株(茎、叶)对 Cd 的吸收和富集。 关键词:镉;花生;根系分布;养分吸收 2 Effects of root distribution characteristics in soil on nutrient an
5、d cadmium absorptions of peanut plants Student majoring in Environmental Science Shi Jian-xun Tutor Prof.Wang Kai-rong Abstract:In this study, PVC soil column cultivation method on two different Cd uptake characteristics of peanut variety “Huayu 20“ and “Huayu 23“ characteristics and root distributi
6、on of NPK on the peanut plant nutrient uptake and heavy metal content of the impact of Cd studied. The results showed that low concentrations of cadmium under the influence, “Huayu 20“ and “Huayu 23“ on the absorptive capacity of NPK had increased, which was “Huayu 20“ nutrient absorption is greater
7、 than the migration of “ Huayu 23 “. Nutrient use efficiency of three biological sequence is: N K P. “Huayu 20“ in a certain concentration of Cd stress than the length of its root “Huayu 23“ have significantly increased, and promote its transfer to the NPK nutrient uptake efficiency, but also increa
8、sed its plants (stems, leaves) on Cd uptake . Keywords: cadmium; peanut; root system; nutrient uptake 1 1 引言 氮磷钾是植物必需营养元素。氮在植物生命活动中很重要,它是植物体内核酸蛋 白质,叶绿素,合成不可或缺的元素。磷是核酸,合成及生物膜,原生质体构建的原 始物质。钾参与生理代谢转化,作用有调节水分,激活酶转化等1。根系是植被与土壤 界面进行物质能量交换的唯一桥梁,其数量、组成及分布,对林木生产力的影响很大,同 时又受到土壤环境条件的强烈影响。某种程度上根系反应了土壤-植物间物质能量的交
9、 换能力2。长期以来,人们对于根系的垂直分布特征进行研究,且逐渐从定性到定量、从 静态向动态过渡,不断加深对根系生长、分布和生理生态意义的认识3。同样对于植物, 根系是吸收水分,养分的主要器官,但根系构型及其在土壤中的空间分布与植物元素 效率的关系尚不确定。因根系生长在土壤中,无法直接观察,给研究造成很大困难4。 研究表明,吸氮量与根系大小密切相关5-6。氮高效玉米具有较大根系7,体内氮素循 环能力强8。在氮素供应不足时,其主要通过增加根系体积来吸收更多氮素9。氮素供 应充足时,高产品种的根系长度,表面积较大10,较大的根系有利于减少氮素在深层 土壤的累积和不必要的损失11。在盆栽或溶液培养下
10、,氮高效玉米自交系的根长、表 面积、根冠比等均大于氮低效自交系 12,并对局部硝酸盐刺激敏感,向肥性强13。除 根系形态,根系空间分布对氮吸收也有重要影响14。Robinson 等15认为,单位土壤中 的根长对氮素吸收有很大影响。研究发现,单位体积土壤中细根生物量与土壤中水分 养分消耗有密切关系16。Li 等17在间套作研究中发现,不同作物根系在土壤空间的交 互作用有利于氮素以及其他养分的吸收。但是,上层还是下层土壤中的根系对氮素吸 收的影响还有争议。由于下层土壤中根系密度较小,增加该区域的根系生长能增加对 氮素和水分吸收,减少氮素的淋洗18。对玉米的研究发现,下层土壤中根长密度与氮 素的耗竭
11、呈正相关,与氮素淋洗呈负相关。用模型模拟发现,当氮素分布在上层土壤 中时,上层土壤中的根系密度在很大程度上影响氮素的流失19。我国虽是花生生产大 国,但花生中镉含量超标问题常出现,已成为花生贸易的壁垒,同时对人体健康造成 危害。近年来,由于工业“三废”的排放及不合理的农业管理,导致土壤 Cd 污染严重 化。土壤中过量的 Cd 易被花生吸收,影响其生长、代谢,造成其质量和产量的下降, 这些不良因素对花生吸收氮磷钾也造成影响。 Cd 是生物毒性最强的重金属之一。90%以上的 Cd 通过饮食进入人体,与硫蛋白 2 结合形成金属硫蛋白,损害肾脏、骨骼、呼吸器官,破坏红细胞引起贫血20 Cd 对植物 也
12、具有很强的毒害作用,它可通过伤害光合作用、呼吸作用和营养代谢强烈抑制植物 生长,导致死亡。土壤中过量 Cd 易被植物吸收积累,影响植株生长,造成农作物产量 和品质下降。本文通过田间 PVC 试验,比较“花育 20”及“花育 23”在成熟期,Cd 胁迫下根系形态差异,评价其在土壤中的分布对氮磷钾吸收的影响,利用实测根系数 据拟合分析得到相应结果。并利用结果,说明花生在镉胁迫下的吸收问题。 2 材料与方法 2.1 试验材料 试验采用 PVC 管土柱栽培法,据前期沙培试验结果21,选择不同镉吸收特性的 2 个花生品种进行根系特性的比较研究,分别为:“花育 20” (镉低吸收高迁移钝感 型品种)和“花
13、育 23” (镉低吸收低迁移钝感型品种) 。 供试土壤采自本校莱阳试验站大豆种子繁育地020 cm耕作层,质地为沙壤质。 土壤风干后粉碎,过2 mm孔筛。分取适量土壤,加入CdSO48/3H2O溶液,制成含Cd量 为1 mg/kg的模拟污染土壤,以不加镉土壤为对照。 试验采用土柱容器用PVC管,内径300 mm,高650 mm。每个土柱由4节PVC管组 成。第1节高20 cm,第2、3、4节的高度均为15 cm。第1节PVC管填装12.2 kg耕层土壤 装土厚度15 cm,第2、3和4节PVC管分别填装16.8 kg非耕层土壤(各节的装土厚度均 为15 cm) 。每个土柱第1节到第4节代表的土
14、层分别为015 cm、1530 cm、3045 cm、4560 cm,并将各个PVC管从上往下(第1节到第4节)编号为A、B、C、D。 按土柱层次从第 1 节到第 4 节的顺序,分别标为构成 5 个 Cd 处理组合,即: T0:0000 全柱无镉对照;TA:1000 耕层即 A 层加镉 TB:0100 第 2 层即 B 层加镉;TC:0010 第 3 层即 C 层加镉 TD:0001 底层即 D 层加镉。 2.2 氮磷钾的测定及花生相关指标测定 氮的测定: 取 10 ml 稀释样品,置于定氮管中,加入 30%的 NaOH 溶液,用 2100 定氮系统进行蒸馏,用 2%硼酸(加入指示剂混合液)吸
15、收,用 0.01 M 的 HCl 溶液滴 定。 磷的测定:吸取消煮待测滤液 10 ml 于 50 ml 容量瓶,加 2,6-二硝基酚指示剂 2 3 滴,用 6 mol/L 氢氧化钠溶液中和至刚现黄色,加入钒钼酸铵试剂 10 ml 去离子水定容。 放置 15 分钟后用波长 440 nm 分光光度计比色,以空白液调节零点。根据标准曲线计 算样品 P 含量。 钾的测定:样品经浓硫酸过氧化氢消煮后,定容到 100 ml。吸取定容消煮液 5 ml 于 10 ml 容量瓶,用火焰光度计测定。根据标准曲线计算样品 K 含量。 花生根系长度与生物量将各土层根系分别收集后,用 ESPON expression
16、10000 XL 全自动根系扫描仪测定根系总长度,分析软件为 WinRHIZO PrO. 2005b。根系生物量 采用烘干法测定。 花生植株 Cd 含量采用国家标准食品中镉的测定方法(GB/T 5009.151996) ,即 用硝酸:高氯酸(5:1)消煮植物样品,原子吸收分光光度计(A100 型火焰原子吸收分 光光度计)测定。 2.3 数据的分析与统计 数据处理分析采用Excel软件及DPS数据处理软件对花生的根系特性参数和植株镉, NPK含量进行分析。 3 结果与分析 3.1 Cd 处理下花生根系分布特征对其生物积累量的影响 从表 1 数据可得,不同 Cd 处理下“花育 20” 与“花育 2
17、3”总根系长度差异不显 著, “花育 20”较“花育 23”根系总长度平均偏长,且在不同镉处理层次下“花育 20”在根系长度分布上表现敏感,在对其 B,D 层施加 Cd 时其根系长度差异显著。 “花育 23”总根系长度各处理层差异不显著。无 Cd 对照层处理时两品种根系总长度 差异性不显著,在相同处理层对照时,“花育 20”在 D 层处理与“花育 23”在 C 层 处理时根系长度表现出极显著差异。可见在 Cd 胁迫处理其各自根系底部时,分别会对 其根系总长度造成极显著差异影响。 4 表 1 花生根系长度在不同镉处理层差异性比较表 各层根系总长度(cm)品种处理 均值5%显著水平1%极显著水平
18、无 Cd 对照 2713.33abAB A 层加 Cd 2708.00abAB B 层加 Cd 2208.00bAB C 层加 Cd 2730.67abAB 花育 20 D 层加 Cd 3153.33aA 无 Cd 对照 2035.33bAB A 层加 Cd 2038.00bAB B 层加 Cd 2144.67bAB C 层加 Cd 1869.00bB 花育 23 D 层加 Cd 2231.33bAB 从表 2 数据可得, “花育 20”在不同 Cd 处理层下其各层根系长度较对照均有明显 减少其 B 层与 D 层分别减少了 250 和 159 cm,其余各层也有相应减少,总长度减少了 12.1
19、%。相比较而言,“花育 23”除 C 层长度略有减少以外其余各层均有不同程度增 加,增加幅度不超过 3%,其根系总长度较对照减少 0.004%,减少幅度很不明显。 “花育 20”较“花育 23”而言其根系总长度在一定 Cd 胁迫有明显增加,而“花育 23”则表现的较为迟钝总长度变化不明显。 表 2 不同处理土层花生根系长度分布(cm) 对照加镉土壤层次 花育 20花育 23花育 20花育 23 A 层 779636654651 B 层 658409408422 C 层 606479518405 D 层 670511805549 合计 2713203523852027 从表 3 数据可得, “花
20、育 20”在不同 Cd 处理层下其各层根系生物量较对照均有一 定增加,但增加量不明显,其 A 层较对照增加了 7.5%,总生物量增加了 10.1%,其余 各层增加量不明显。对于“花育 23”,其在不同 Cd 处理层处理下各层生物量积累较 对照变化不明显,其 A 层较对照减少了 11.1%,其余各层含量较为稳定,其总生物量 5 减少了 0.05%。“花育 20”较“花育 23”而言其在一定 Cd 胁迫下根系生物积累量有 增加的趋势而“花育 23”则表现较为迟钝,有一定量减少。经相关性分析发现其生物 量积累与其根系长度分布线性相关性不明显。两品种总根系生物积累量相当。 表 3 不同处理土层花生根系
21、生物量分布(g/株) 对照加镉土壤层次 花育 20花育 23花育 20花育 23 A 层 0.931.171.001.04 B 层 0.410.40.450.42 C 层 0.240.270.240.27 D 层 0.20.210.270.22 合计 1.782.051.961.95 从表 4 数据可知,在不同 Cd 处理层影响下,“花育 20” 与“花育 23”根系干重 积累量差异性不显著,对于“花育 20”在无 Cd 处理条件下较其他 Cd 处理条件下根系 总干重略有上升,但差异性不显著。对于“花育 23”在无 Cd 处理条件下较其他 Cd 处 理条件下根系总干重略有下降,但差异性不显著。
22、对于“花育 23”在 D 层加 Cd 处理 时根系总干重较“花育 20”有较大提升,差异性显著。一定低浓度 Cd 处理条件下 “花育 20”根系干重量增加而“花育 23”根系干重量下降,两品种无极显著差异。 表 4 花生根系干重在不同镉处理层差异性比较表 各层根系总干重(g/株)品种处理 均值5%显著水平1%极显著水平 无 Cd 对照 1.79bA A 层加 Cd 1.90bA B 层加 Cd 1.88bA C 层加 Cd 1.79bA 花育 20 D 层加 Cd 2.12abA 无 Cd 对照 2.06abA A 层加 Cd 1.89bA B 层加 Cd 1.97abA C 层加 Cd 1.
23、96abA 花育 23 D 层加 Cd 2.46aA 3.2 Cd 对花生茎叶氮磷钾含量的影响 6 从图 1 可知, “花育 20”与“花育 23”对于氮磷钾的叶部积累量呈现一定规律, 即:氮钾磷。分析“花育 20”吸收氮量可知,在处理根系 A,C 层时其叶部吸收量 相对较高均超过 6%,处理根系 B,D 层时其叶部吸收量相对较低均未超过 5%,在处 理 C 层条件下其叶部吸收量达最大值较吸收最低层即 D 层高 3.3%,无 Cd 处理层与 A,B,C 层吸收量相当。无 Cd 处理层与最大吸收 C 层相差 2.02%。分析“花育 20” 吸收钾量可知,在其各处理层下其叶部吸收钾量相当,在无 C
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