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摘 要

：以小麦为材料，结合生理指标测定，研究了低pH对小麦植株氮代谢有关酶、小麦植株地上部分和根系含氮量、小麦植株光合作用及硝酸盐吸收速率的影响。以期了解在低pH下，小麦植株氮素利用的情况，结果表明：在低pH下，小麦植株硝酸盐吸收速率下降、地上部分和根系氮含量下降、氮代谢有关酶GS、GOGAT及NR活性均下降、小麦植株光合作用减弱、叶绿素含量减少。在低pH下，整个氮素利用过程受到抑制。

关键词：小麦，低pH，氮代谢有关酶，光合作用，叶绿素，硝酸盐吸收

Abstract：Using wheat as materials, determination of physiological index, the low pH uptake rate effect on wheat nitrogen metabolism related enzymes, wheat shoot and root nitrogen content of wheat plants, photosynthesis and nitrate. In order to understand the situation, at low pH, nitrogen utilization of wheat the results showed that: in the low pH, reduce the wheat plant nitrate uptake rate of decline, decline, shoot and root nitrogen content related to nitrogen metabolism enzymes GS, GOGAT and NR activity were decreased, photosynthesis, chlorophyll content of wheat plants decreased. At low pH, the nitrogen utilization process was inhibited.

Keywords：Wheat，Low pH，Enzymes related to nitrogen metabolism， Photosynthesis，Chlorophyll，Nitrate uptake

目 录

1 前言 3

1.1 土壤酸化概况 3

1.1.1 土壤酸化的概念 3

1.1.2 土壤酸化的原因 3

1.1.3 土壤酸化对植物的危害 4

1.2 植物中的氮代谢 5

1.3 土壤酸化与氮代谢 6

2 材料与方法 7

2.1 材料培养与处理 7

2.2 仪器药品 7

2.2.1 主要仪器设备 7

2.2.2 主要药品 8

2.3 生理指标测定 8

3 结果与分析 9

3.1 低pH对小麦植株根系氮代谢有关酶的影响 9

3.2 低pH对小麦植株地上部分和根系氮含量的影响 10

3.3 低pH对小麦植株光合作用的影响 10

3.4 低pH对小麦植株根系硝酸盐吸收速率的影响 11

结 论 12

参考文献 14

致 谢 16

1 前言

1.1 土壤酸化概况

1.1.1 土壤酸化的概念

土壤是地球表层生态系统生物量的物质基础，它是一种不可再生资源，但却是可再生资源的主要来源^[1]。当前人类进行着各种不合理的活动，比如乱砍乱伐围湖造田、焚烧桔干、过量使用化肥特别是氮肥、化工厂的不合理排放污水，不可降解垃圾增多等，这些都导致了大量的土壤退化，其中我国农田土壤污染越来越严重。在土壤退化过程中土壤酸化是危害最大的^[2]。通常而言土壤酸化就是指H 进入土壤后，一方面，H 与矿物晶格表面的铝反应，当氢离子吸附在铝硅酸盐黏粒矿物表面并且达到一定程度时，这些铝硅酸盐粒子的晶格结构就会遭到破坏，铝硅酸盐粒子八面体就会解体，铝离子脱离了铝氧八面体晶格的束缚，转化成活性铝离子，铝离子吸附在带负电荷的粒子表面，转变为交换性铝离子^[3]；另一方面，H 代替土壤胶体上的盐基性阳离子吸附在土粒表面，被替换下来的盐基性阳离子则随渗漏水流失，特别Ca² 的流失，因为就所有交换性盐基中以Ca² 离子占很大部分^[4]，最后的结果是土壤中氢，铝离子增加，盐基性阳离子减少，土壤pH值下降，有害金属离子非常活跃^[5]。土壤酸化的实质就是土壤中酸缓冲能力下降，氢离子浓度增加^[1]。Ven Breemen等用土壤酸中和容量（ANC）来定义土壤酸化，土壤酸化是由于各种自然和人为因素，导致土壤酸中和容量（ANC）减小。土壤酸中和容量（ANC）是指碱性组分减去强酸性组分的差^[6]，与pH相比，ANC是一个较好的土壤酸化指标。

1.1.2 土壤酸化的原因

造成土壤酸化的因素很多，主要分为自然因素和人为因素^[7]。

自然因素主要有：第一土壤中的微生物，植物根系及其他土壤生物在生命活动过程中不断地放出二氧化碳，溶于水后形成碳酸；第二土壤中的有机质由于各种原因而分解，产生有机酸；第三由某些微生物产生的矿质酸等其他形式的酸；第四胶体上吸附的H 和Al³ 被其他置换到溶液中而使土壤呈酸性。这些都是自然酸化。宗良钢研究发现土壤pH降低速率随着观测期起点土壤pH值的降低而降低，即呈正相关关系；随着土壤有机质、土壤交换性盐基总量的增加而降低，即呈负相关关系；随着土壤阳离子交换量（CEC）、土壤黏粒含量的增加而降低，即呈负相关关系^[8]，其中土壤阳离子交换量（CEC）是指带负电荷的土壤胶体，利用静电引力吸附土壤中阳离子的数量^[9]。自然的酸化，速度非常缓慢。

张永春等研究发现接近正常的降雨也会导致土壤酸化，其中人为因素中的酸沉降和氮投入则加速土壤酸化的进程，研究表明人为因素很大程度上加速了土壤酸化，是土壤酸化的主要原因。人为因素有：第一由于环境污染引起酸沉降，酸沉降再导致土壤酸化；第二施用氮肥，农田耕作等农业措施造成土壤酸化。其中肥料施用增加的酸性物质的量远大于酸沉降引起的量，巴拉克等在美国的威斯康星州研究发现，施用氮肥引起的土壤酸化较酸沉降的影响大25倍^[10]，许多研究表明，施用化肥对土壤酸化影响很大，尤其是铵态氮肥的施用^[11]。

由于现代工业的发展，酸性气体大量排放，导致的酸沉降包括干沉降和湿沉降[8]。干沉降：大气中的SO₂和NOx一部分通过气体扩散进入地面，即大气沉降。湿沉降：另一部分SO₂和NOx在大气中被氧化成强酸H₂SO₄和HNO₃，通过雨水降落入土，即形成酸雨^[5]。酸雨导致土壤中NO₃^-增加，与NO₃^-相伴的H 也增加，NO₃^-的淋洗也会增加，而NO₃^-的淋洗会带走土壤中盐基性阳离子，NO₃^-的增加，也表示土壤酸中和容量（ANC）减小^[12]。由于江苏省整体经济实力持续增长，导致全省空气质量下降，其中酸雨成为最突出问题^[1]。

施用氮肥导致土壤酸化的机制很复杂，这是人为因素扰乱N循环^[2,11]，进而影响H 循环，使H 循环严重脱节而使土壤酸化^[11]。施肥可以大大提高土壤中H 、HN₄ 及NO₃^-的含量，其引起土壤酸化的主要机理是：HN₄ 硝化后释放H ，因为施肥增加了HN₄ 的积累，所以硝化作用加大，从而产生更多的H ，HN₄ 的硝化是造成土壤酸化的主要原因^[11]，佟德利等研究表明硝化速率与酸化速率之间存在着显著的线性相关关系；第二由于施肥增加，植物对HN₄ 的吸收增强，产生更多的H ；第三HN₄ 竞争土壤中盐基性阳离子的吸附位点，加速了土壤中盐基阳离子的淋失；第四HN₃的挥发增强，而H 离子留在土壤中^[2]。化石燃料燃烧排放的氮氧化物和化学合成氮的迅速增加，其势必引起大气沉降氮的增加，从而加速了土壤酸化^[11]。生理酸性肥料的施用，比如磷酸钙、硫酸铵等，因为植物大多吸收肥料中的养分离子，所以土壤中H 增多导致土壤酸化^[8]。

1.1.3 土壤酸化对植物的危害

土壤酸化会形成酸性淋溶，使土壤中的有效养分如钾，镁，钙，硼，锌等从表层土壤中淋失掉，造成表层土壤缺素和贫瘠化^[8]，植物体内矿质营养缺乏，幼苗生长缓慢，甚至停止生长；由于土壤盐基流失，植物根系中硝酸还原酶（NR）和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性下降，硝酸盐同化过程和氨同化过程受阻^[13]；土壤酸化可使土壤铝离子活性增强，对植物产生毒害，也可使土壤中某些有害元素如汞和镉的活性增强，铝和锰元素富集毒害作物，在植物根系被动吸收过程中，因为铝结合能力更高，所以根系受到铝的危害，而根系的损害进一步造成植物的地上部分生物量下降，比如对大豆根系的伤害，大豆根系受伤后发育不良，导致吸收养分能力减弱，所以施再多的肥料根系也很难吸收^[14]。

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