植物生理学课程论文0601(2219)

植物生理学课程论文土壤酸碱性对植物生长的影响姓名：胡锦赫班级：生物技术2013级02班学号：20131697指导老师：王强四川农业大学农学院植物生理学系日期：2015年5月25日植物生理学课程论文——土壤酸碱性对植物生长的影响学院：农学院班级：生技13-2班指导教师：王强姓名：胡锦赫学号：20131697摘要：土壤的pH值不同，土壤中多种物质的形态均会发生改变，且土壤各方面的性质会受其影响而发生变化，从而会影响植物对土壤中养分的吸收等方面，最终影响植物的生长发育。土壤酸碱性对植物生长的影响主要表现在直接影响和间接影响两个方面：间接影响主要是通过土壤酸碱性对土壤的理化性质及肥力等特征的影响而影响植物生长，直接影响则主要表现在对植物生理生化指标等的影响上。因此，研究土壤酸碱性对植物生长的影响，并根据影响酸碱性的因素找出改良酸碱失调踢人的途径，具有十分主要的意义。关键词：土壤酸碱性pH值植物生长前言：近些年来，由于人类对大自然不可再生资源的不合理利用，各种不可再生资源都出现了较严重的紧缺现象。土壤资源也不例外，各种退化的现象纷至沓来，包括土壤侵蚀、酸化、盐化、沙化和污染退化等多种类型，其中土壤酸化属于土壤酸碱性失调的一种重要形式。随着土壤酸度的升高，土壤质量和生产力均下降，植物的生长发育也会随之受到影响。因此，研究土壤酸碱性对植物生长发育的影响，对缓解日益突出的人口与环境资源之间的矛盾具有重大的意义[1]。1土壤酸碱性1.1土壤酸碱性及其相关的定义1.1.1土壤酸碱性土壤酸碱性，是指土壤的酸碱程度，即土壤溶液中H+浓度的负对数，用pH值表示[2]。它是土壤诸多的化学性质中重要的一个，其产生受到了（包括生物、气候、水文、地质等）多方面因素的综合作用[3]，对土壤肥力有着重要的影响。通常用土壤酸碱度来衡量土壤酸碱性的强弱。1.1.2土壤溶液土壤溶液：即土壤水溶液的简称。土壤溶液中有以Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等的硝酸、碳酸、磷酸盐等为主的矿物质，也有O2、N2、CO2等气体以及少量可溶性蛋白质、糖类、氨基酸等有机物质[4]。1.1.3土壤酸碱度土壤酸碱度，又称“土壤反应”。是土壤溶液的酸碱反应。根据pH的不同，土壤酸碱度又可以分成7个等级，分级指标（pH反映强度）如下：4.5以下为极强酸性，4.5～5.5为强酸性，5.5～6.5为酸性，6.5～7.5为中性，7.5～8.5为碱性，8.5～9.5为强碱性，9.5为极强碱性[5]。1.2土壤酸碱性的成因土壤酸碱性是由土壤溶液中的H+与吸附在土壤胶体表面的H+等所引起的，主要取决于土壤中H+和OH-的数量，即酸碱物质的多少。其中，酸性物质主要来源于以下几个方面：○1大气中的CO2溶于水所形成的碳酸；○2植物落叶等有机质分解产生的有机酸；○3有机质通过微生物的氧化分解作用产生的无机酸；○4农业生产等施用的肥料中残留的酸性物质[4]；○5还包括可代换性H和Al（原本被土壤胶体吸附的、不显酸性的）通过离子交换作用进入土壤溶液中的酸性物质（反映了土壤的潜性酸度）。而碱性物质主要来源于土壤K、Na、Ca、Mg等碱金属或碱土金属的碳酸盐和重碳酸盐类[4]，以及胶体表面吸附的交换性Na。1.3影响土壤酸碱性的因素影响土壤酸碱性的因素主要分为环境因素和人为因素。1.3.1环境因素影响土壤酸碱性的环境因素包括土壤（母质）、水文、地形、气候条件、植被以及土壤微生物的作用等。下面简要的说明几种因素对土壤酸碱性的影响。1.3.1.1土壤因素成土母质差异（即土壤中矿质养分等物质含量的不同）及成土条件的差异，会导致土壤酸度的变化[6]。且土壤因素与土壤胶体类型和性质、盐基饱和度、空气中的CO2的分压、水分含量以及氧化还原条件等有关[7][8][9]。在其他成土因素相同的条件下，酸性的母岩（如砂岩、花岗岩）常较碱性的母岩（如石灰岩）所形成的土壤有较低的pH。1.3.1.2气候条件气候也是影响土壤酸碱性的要素之一，主要影响地带性土壤酸碱性的形成。气候干旱或半干旱的地区一般呈碱性，因为在干旱、半干旱的气候条件下，水分的蒸发量大于降雨量，土壤中的盐基物质会随着水分的蒸发而表聚（即在土壤表层富集），使土壤碱化；而一般高温多雨、气候较为湿润的地区土壤呈酸性。气候主要影响地带性土壤酸碱性的形成；而同一地带内土壤酸碱性的差异主要受其它因素的影响，表现为非地带性（又称隐域性，是由非地带性因素引起的无规律分布。母岩、地形、排水条件等即为非地带性成土因素）[6]。我国地广辽阔，南北方气候差异较大，这也就导致了南北方的土壤类型大相径庭。南方湿润多雨，土壤多呈酸性，pH值一般在5.0～6.5，个别的甚至可以达到4，其主要包括棕壤、褐土、娄土等；而北方干旱少雨，土壤多呈中性或碱性，pH值一般在7.0~8.5，主要包括黄绵土、黑垆土、灰钙土等[10][5]。这也就是常说的“南酸北碱”。当然，虽说土壤酸碱性对土壤的肥力有一定的影响，但并不是偏酸或偏碱的土壤肥力就一定比较差。例如：黑土是在寒冷的气候条件下形成的，温度低时土壤微生物活动微弱，不能将有机质转化，因此地表植被会长时间的腐蚀，使形成的腐殖质演化，逐渐形成深厚的腐殖质层[11]。因此，虽然东北黑土地呈微碱性，却是土壤中最优良的一种。这也就是说，土壤肥沃与否跟土壤中有机质含量是否丰富有直接的关系，而土壤酸碱性仅为影响土壤肥力的因素之一，不能直接反应土壤的肥沃程度。1.3.1.3水文因素水文因素，即为下渗水的淋溶作用对土壤酸碱性的影响。淋溶作用是指降水或灌溉水通过溶解、水化、水解、碳酸化等作用，将土壤表层中某些物质带到土壤下层或地下水中的作用[12]。一般在自然界中，下渗水主要来自降雨，雨水在下降过程中吸收了空气中的CO2呈微酸性，在土壤中下渗时又会与一些有机酸或无机酸溶合而导致酸性增强，从而可将土壤中的Na+、K+、Ca2+等可溶性盐类溶解，并随着下渗水渗入更深层的土壤中，因此随着淋溶作用的进行，土壤会逐层酸化，从而改变了土壤酸碱性。当空气中含有较多的NO、NO2、SO2等污染物时，雨水中就会溶解这些酸性物质从而产生酸雨，酸雨的pH越小，其所带来的淋溶作用越大，对土壤的酸化作用也随之增大，表层土壤pH和酸碱缓冲容量降低，这会进一步加速土壤酸化[13]。1.3.1.4植被因素植物也能影响土壤酸碱性，这是因为某些高等植物会选择性吸收一些金属阳离子（如K+、Na+、Ca2+、Mg2+等），则一些呈碱性的盐基会在土壤中积累，从而导致土壤逐渐变碱。植被是一个区域（如一片森林、草原等）内整个覆盖层的植物，因此其对土壤的作用效果比一棵或几棵植物要大得多。比如，针叶林的灰分组成中的盐基成分通常比阔叶林的少，所以在针叶林下的土壤一般酸性较强[14]。1.3.1.5地形因素地形因素会使同一气候的小区域内，地势较高的土壤淋溶作用作用比较强，因此pH一般较低；而硅地土壤会有较多的盐碱性成分从高处流入，一般呈碱性。1.3.2人为因素影响土壤酸碱性的人为因素一般包括耕作、土壤上的施肥、排水与灌溉等[9]。人类的耕作活动，尤其是施用酸性或碱性肥料，对土壤的酸碱性影响很大。施用适量碱性肥料可以中和土壤酸度，但长期施用会造成土壤的次生盐碱化，土壤结构恶化，肥力也会衰退[1]；同样，长期施用硫酸铵等生理酸性肥料，会因遗留酸根而导致土壤变酸。2土壤酸碱性对植物生长的影响2.1土壤对植物生长的重要性影响植物生长的因素有很多种，土壤即为其中一种重要的因素。○1土壤是植物生长的依托，为植物提供根系的生长环境，可以辅助根部固定支撑植物体，并为植物根系保温、保湿，有助于其生长；○2且土壤是很好的“储藏室”，其中可以储存水分、空气和矿质元素等，而植物需要通过根系从土壤中吸收大量的水分和足够矿质元素以满足其自身需要，维持其正常生命活动；○3且土壤可以间接影响植物的呼吸作用、光合作用及同化物的运输[15]；○4土壤内还含有大量的微生物和无脊椎动物。微生物可以分解有机质，使之变成植物能够直接利用的无机物，为植物的生长提供营养；无脊椎动物如蚯蚓，能够通过其生理作用（运动等）改善土壤的结构，促进土壤的透气性、输水性及孔隙度的形成与增加，从而能够增大土壤中空气及水分的含量，且可以使更多的养分渗漏至土壤中，从而很好地促进了植物的生长发育；同时，蚯蚓能分解粗有机物，使微生物更易更有效的将土壤中的有机物分解为无机物，为植物提供更多的营养；蚯蚓粪还有助于防止多种形式的土壤侵蚀，且其分解后能够为植物提供直接营养[16]。以上即为土壤对植物生长重要的作用。也正因如此，土壤酸碱性对于植物生长的影响与调节，大部分都是通过对土壤的直接影响而间接达成的。土壤酸碱性直接或间接影响着土壤的理化性质及肥力等特征，进而影响植物根系生长及其对水分、养分的吸收利用[17]，最终影响植物的生长发育。2.2土壤酸碱性对植物生长的间接影响（即对土壤性质的影响）每种植物都有适宜自己生长的土壤酸碱性。大多数土壤养分在中性附近有效性最高，因此大多数植物在pH值9.0或2.5的情况下难以正常生长。土壤过酸或过碱，都会不同程度地降低土壤养分的有效性及土壤的肥力，难以形成良好的土壤结构，严重抑制土壤微生物的活动，从而间接影响各种植物的生长发育。具体表现为以下几个方面：2.2.1使土壤养分的有效性降低土壤养分，即由土壤提供的、能直接或经转化后被植物根系吸收利用的营养元素[18]。养分的有效性，是指能够在短期内能够被植物吸收利用的养分（多为水溶性且易活化的养分）。虽然土壤中有多种营养元素，且含量都比较丰富，但大部分养分都为有机态或难溶性的，难以被植物短期内吸收利用，因此对于植物来说，只有少部分土壤养分是有效的，一般为矿质离子。酸性或碱性物质的输入会导致土壤物理的、化学的及生物学的过程发生改变。当土壤酸碱度处于不利于植物生长的pH时，土壤的固定作用会增强，有效性则会大大降低，导致植物易于缺乏某种或多种矿质营养元素，如P、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等，并发生各种相关的生理性病害[19]。植物所需的大量营养元素1P的有效性明显受土壤酸碱性的影响：当pH6时，水溶性磷酸盐与土壤中活性铁、铝形成迟效态（即溶解度很小的磷酸铁、磷酸铝盐类，不能被植物直接利用，只有分解转化为速效态才能被植物利用的养分。），从而使土壤有效性降低；当pH7.5时，水溶性磷酸盐易与土壤中游离的Ca2+作用，生成磷酸钙盐，也会大大降低其有效性[4]。同为大量营养元素的K及中量营养元素Ca、Mg在酸性土壤中易代换或淋失，在强碱性土壤中溶解度则会变小，因此其有效性也会随之降低[5]。而微量营养元素如B、Mn、Cu等在碱性土壤中有效性大大降低，而Mo可在强酸性土壤中与游离铁、铝生成的沉淀，降低其有效性[20]。土壤中可供植物吸收利用的有效养分本就不多，因此必须控制土壤酸碱性，以避免更多植物所需矿质元素有效性降低，影响植物的生长发育。为解决此类问题，应选用具有针对性的肥料，且在施用肥料之前先根据肥料的性质调节土壤酸碱度至能使肥料的有效性达到最高的pH，并配合施用有机肥料[19]。2.2.2不利于土壤的良性发育，会破坏土壤结构。虽然强酸性土壤和强碱性土壤对土壤的具体影响不尽相同，但两种土壤中H+和Na+均较多，而Ca2+较少，因此会导致土壤物理性质变差，难以形成良好的土壤结构[4]，水、气、热不协调，从而造成土壤和植物的抗逆性减弱，抵御旱涝等自然灾害的能力下降，生产能力降低[21]，不利于植物生长。而碱性土壤使土粒分散，干后板结，造成碱土的结构性不良。阳离子矿物溶解度降低从而影响吸收。酸性土壤中，H+浓度大，容易把胶体中Ca2+代换出来而使其淋失，会使土壤微龟裂程度加深，破坏土壤的团粒结构，从而使土壤板结。这会导致土壤保水、保肥的能力降低、耐旱性减弱，从而影响作物的生长[22]。且随着酸度增大、作1土壤营养元素与我们熟知的营养元素分类不同，是根据植物对不同营养元素吸收量的差异来划分的。大量营养元素包括N、P、K；中量营养元素包括Ca、Mg、S等；微量营养元素包括Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl等。