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土壤酸堿度對植物生長的影響
點擊次數：2043 發布時間：2011/10/24 15:32:12
pH值是植物營養*重要的參數。植物營養吸收依賴于對土壤或基質的pH值精確調節： 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測量是專業園藝和農業生產不可或缺的部分。我們利用PH3000土壤酸度計做測試，對植物生長過程中，pH酸堿度值對其產品的影響做分析：
1．酸堿度對植物影響的討論
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境影響與對植物體自身影響，為確定其中主要因素，現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個梯度進行育種，每區域100顆左右，以營養液進行培養。
在經過40多天觀察紀錄后（其中有一次篩選）摘錄數據如表一
在經過40多天觀察紀錄后（其中有一次篩選）摘錄數據如表一
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部分進行具體比較，植株的高度已有明顯差異（見圖一）。實際目測時在ＰＨ＝6－7區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，也可證明在所進行的試驗區域PH=4-8時，并沒有超過小麥的生存極限，對其自身結構產生影響。
為確定酸堿度是否對植物合成蛋白質產生影響，對PH= 4、6.3、8 三種植株的RNA進行電泳處理比較。
圖二 小麥ＲＮＡ電泳圖像
在酶切條件下顯示零等位現象（如圖二），從分子水平上看結果基本一致，可以說明酸堿度在一定范圍內并沒有對植物的蛋白質合成產生影響鑒于以上原因，主要進行了酸堿度對植物體外部環境影響。這其中的核心問題就是根對礦質元素的吸收。
2．酸堿度對礦物質吸收的影響
1）根吸收礦質元素的過程
各種礦質元素都是以離子狀態被吸收的。土壤中各種礦質元素的離子，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。
根細胞吸收土壤溶液中各種礦質元素的離子的過程，與根細胞的呼吸作用有密切的關系。根細胞通過呼吸作用產生出二氧化碳（CO2），二氧化碳溶于水中，產生碳酸（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-）發生交換。這樣，H+和HCO3-就進入土壤溶液中，而土壤溶液中的一些陽離子和陰離子則被根吸附到根細胞的細胞膜的表面上來。根細胞所吸附的H+和HCO3與土壤溶液中的陽離子和陰離子發生交換的過程，就叫做交換吸附。在交換吸附的過程中，根細胞附近的土壤溶液中的陽離子和陰離子減少了，距離根細胞較遠處的土壤溶液中的陽離子和陰離子則可以通過擴散作用移動過來。
2）酸堿度對礦物質吸收影響的原有理論
�。�1） 生物方面：
土壤中轉化有機養分是在微生物參與下進行的（微生物分泌使有機物分解的酶），土壤酸性或堿性對微生物生長有影響。酸或堿環境還會使植物根細胞原生質層的蛋白質帶正或負電荷，與所吸收的礦物離子發生吸引或排斥。
根細胞吸收土壤溶液中各種礦質元素的離子的過程，與根細胞的呼吸作用有密切的關系。根細胞通過呼吸作用產生出二氧化碳（CO2），二氧化碳溶于水中，產生碳酸（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-）發生交換。這樣，H+和HCO3-就進入土壤溶液中，而土壤溶液中的一些陽離子和陰離子則被根吸附到根細胞的細胞膜的表面上來。根細胞所吸附的H+和HCO3與土壤溶液中的陽離子和陰離子發生交換的過程，就叫做交換吸附。在交換吸附的過程中，根細胞附近的土壤溶液中的陽離子和陰離子減少了，距離根細胞較遠處的土壤溶液中的陽離子和陰離子則可以通過擴散作用移動過來。
2）酸堿度對礦物質吸收影響的原有理論
�。�1） 生物方面：
土壤中轉化有機養分是在微生物參與下進行的（微生物分泌使有機物分解的酶），土壤酸性或堿性對微生物生長有影響。酸或堿環境還會使植物根細胞原生質層的蛋白質帶正或負電荷，與所吸收的礦物離子發生吸引或排斥。
經查閱資料，發現現有理論只重視外部環境對植物體的影響，忽略了植物對外環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元素吸收率不同，偏酸環境下礦物元素吸收不利無法解釋。
�。�2） 化學方面：
土壤酸堿度對土壤結構性有影響。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。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，造成堿土的結構性不良。陽離子礦物溶解度降低從而影響吸收。
�。�2） 化學方面：
土壤酸堿度對土壤結構性有影響。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。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，造成堿土的結構性不良。陽離子礦物溶解度降低從而影響吸收。
3）聯系礦物質元素吸收原理以及無機化學知識提出
離子平衡、電解質同電荷互斥原理：
弱電解質分子在溶液中電離成離子的速率與離子重新結合成分子的速度相等時叫電離平衡。這種平衡是動態、暫時、有條件的,當條件發生變化時,平衡就向能使這種變化減弱的方向移動。當溶液表現出酸堿性時代表H+ 或OH- 過剩，則吸附在根上的OH -（HCO3- + H2O= H2CO3+ OH-）或H+會與土壤溶液中的同種微�；コ�，從而影響離子交換。
3．單一營養液植物生長試驗
為證實上述原理，用小麥進行了單種物質營養液植物生長試驗。以鑒別在不同酸堿環境下，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）。三種單物質營養液并分為三組進行培養
組 PH5.7左右
| 時間 | 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 |
在環境PH偏低時，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- 數量稍多，這正說明酸性環境抑制了植株對較易吸收的陽離子（NH4+）的吸附。而應陰陽離子吸收基本平均的硝酸氨NH4NO3，則也因酸性環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 |
此組數據變化基本不大（如圖四），說明PH= 6.5 -6.8 是此次試驗植物吸收各種陰陽離子的平衡點。PH再高則會使陽離子溶解度降低從而影響吸收，如低則會抑制陽離子的吸收。
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 |
在環境PH偏高時，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+，這證明堿性環境抑制植株對陰離子（較易吸收的NO3-）吸附。而促進陽離子吸附。硝酸氨NH4NO3溶液則也因堿性環境促進吸收陽離子，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，后期發現，堿性區域植株葉色發黃并有脫葉，有缺氮現象。酸性區植株則顏色暗淡，葉片卷曲。為典型的缺鉀癥。在營養液配置時，各種營養基本均恒。氮離子以NO3- 形式加入溶液。這在一定程度上說明，酸性環境抑制陽離子吸收，堿性環境抑制陰離子交換。旁證了上述觀點。
4．結論
通過上述試驗，可基本證實：在酸性環境下植物會更多的吸收陰離子，同時抑制陽離子吸收，放出OH- ，使環境向中介點移動。在堿性環境中更多吸收陽離子，抑制陰離子交換，向外放出較多H+，同樣使外部環境向中性移動。這也明確解釋出植物的逆境抗性，突出適應性，說明了植物吸收物質是溶液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，不太準確。由于測量周期較長，所以變化幅度較大。各組數據只對照比較，不單獨分析。
2）在不同同植株RNA比較上，酶切長度過大，同時受技術條件限制，不能完全說明蛋白質是否變異。
3）實驗所用營養液種類不多，結論不能說明全部元素的吸收。
計劃再進行一次單營養液培育實驗，時間增長，梯度在1-3小時內，同時增多營養液種類。對不同環境下培養出的植株進行mRNA→cDMA轉錄，以便精確對比有無蛋白質差異。
2）在不同同植株RNA比較上，酶切長度過大，同時受技術條件限制，不能完全說明蛋白質是否變異。
3）實驗所用營養液種類不多，結論不能說明全部元素的吸收。
計劃再進行一次單營養液培育實驗，時間增長，梯度在1-3小時內，同時增多營養液種類。對不同環境下培養出的植株進行mRNA→cDMA轉錄，以便精確對比有無蛋白質差異。
6．應用
1）我們要意識到酸性土壤不易吸收陽離子礦物,一味施肥只會造成浪費。
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級形成不必要的毒害，*終影響到人類�？捎幸庾R人工加強植物對外界環境影響，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。
原創作者：北京博普特科技有限公司
