摘要：在生长季节，红三叶根系和茎系9种重金属元素含量的动态数学模型可分为2类：(1)呈降-升型的二次多项式（y=cx²+bx+a，b<0，c>0）；(2)呈升高型的指数函数（y=ae^bx，b>0）。而其叶片重金属元素含量的动态数学模型与上述有所不同，可分为3类：(1)呈“升-降”型的二次多项式（y=cx²+bx+a，b>0，c<0）；(2)呈升高型的幂函数(y=bx^a，b>0)；(3)呈升高型的线性函数(y=bx+a，b>0)。

关键词：红三叶；不同器官；重金属元素；含量；动态

在生长季节，植物体内的元素含量不断变化，其变动特征与植物本身的需求及其环境条件有关。以往，对于元素含量季节动态模型的研究，通常直接采用实测数据的变化曲线进行描述，没有使用数学模型表达；且测定对象大都为植物的地上部分或叶片，很少对不同器官元素含量动态进行比较。^[1~7]本文以我国亚热带中高山地区广泛栽培的优良牧草红三叶( Trifolium pratense )为材料，对其根茎叶重金属元素含量的季节变化用数学模型进行了定量描述，旨在从重金属元素进一步探讨红三叶的生态生物学特征。

1材料与方法  

1.1自然条件

研究地点位于重庆市巫溪县红池坝地区，海拔高度约1800m。该地区气候温凉湿润，日照较少。年平均气温7.2⁰C，年降水量2024.7mm，年相对湿度84%，年日照时数1224.3小时。土壤母质以石灰岩和砂岩为主。土壤为山地黄棕壤，pH值约5.7，田间持水量通常在35%左右。其余有关自然条件资料详见参考文献。^[8]

1.2研究方法

在红三叶( Trifolium pratense )生育期间，按营养期、现蕾期、开花期、结实初期、中期和末期采样，而后在65℃下烘干，称重，粉碎。

在实验室测定了9种重金属元素的含量。其中，植物的营养元素2种（Mn、Mo）、有益元素3种（V、Ni、Co）、毒性较大的元素1种（Pb）、稀土元素2种（Ce、La）、其他元素1种（Y）。分析方法如下：Mo用极谱催化波法；Mn、Co、V、Ni、Pb、Ce、La和Y 8种元素采用ICP发射光谱法。化学元素含量用每g干物质中某元素的重量μg表示。

2研究结果

2.1红三叶根茎叶重金属元素含量动态

2.1.1根系的重金属元素含量动态

图1的研究结果表明，在生长季节，红三叶根系9种重金属元素的含量动态模型可分为2类，一类为二次多项式（y=cx²+bx+a，b<0，c>0），呈降-升型，元素含量以营养期较高，现蕾-开花期降低，其后逐渐上升，至结实末期达到最高值；Mn、Co、V属于此类；另一类为指数函数（y=ae^bx，b>0），呈升高型，元素含量随着生育期的后移而升高；Mo、Ni、Pb、Ce、La、Y属此类。上述函数关系均达到了显著水平。其中，V相关极显著（α＝0.001）；Mo、Co、Ce、La相关相当显著（α＝0.01）；Mn、Ni、Pb、Y相关较显著（α＝0.05）。

9种元素含量在生育期内的变化幅度有明显差异。其中，Pb和Mo变化幅度较大，最低和最高值各相差58.5倍和40.9倍，变异系数分别为98.6%和112.9%；Mn、V、Ni、La、Y变化幅度较小，相差不到1倍，变异系数低于31%；Co、Ce居中，大约相差2.5倍，变异系数在40%～50%之间。

2.1.2茎系的重金属元素含量动态

如图2所示，在生长季节，红三叶茎系9种重金属元素的含量动态模型亦可分为2类，一类为二次多项式，呈降-升型，Co、Ni属于此类；另一类为指数函数,呈升高型；Mn、Mo、V、Pb、Ce、La、Y属此类。上述函数关系均达到了显著水平。其中，Mn、Ni相关相当显著（α＝0.01）；Mo、Co、V、Pb、Ce、La、Y相关较显著（α＝0.05）。

9种元素含量在生育期内的变化幅度亦有所不同。其中，Mo和Pb变化幅度较大，最低和最高值各相差38.1倍和31.2倍，变异系数分别为147.5%和98.9%；V、Ni、La、Y变化幅度较小，相差不到1倍，变异系数低于21%；Mn、Co、Ce居中，相差在1.5～4.5倍之间，变异系数在38%～79%范围之内。

9种元素含量的最高值通常出现在结实中-末期。但其最低值出现的时间有所不同，Mn、Mo、V、Pb、Ce、La、Y为营养期，Co在现蕾期，Ni在结实初期。

2.1.3叶片的重金属元素含量动态

从图3可以看出，红三叶叶片9种重金属元素的含量动态模型可分为3类：（1）二次多项式（y=cx²+bx+a，b>0，c<0），呈升降型，元素含量以营养期较低，其后逐渐升高，至结实初期达到最高值，而后又渐渐降低；Mn、La、Y属于此类；（2）幂数函数，呈升高型；Co、V、Ce属此类；（3）线性，亦呈升高型，Mo、Ni、Pb为此类。上述函数关系均达到了显著水平。其中，Mo、Co、Ni、Pb、Ce相关相当显著（α＝0.01）；Mn、V、La、Y相关较显著（α＝0.05）。

9种元素含量在生育期内的变化幅度有显著不同。其中，Mo变化幅度较大，最低和最高值相差51.5倍，变异系数为88%；Mn、V、La、Y变化幅度较小，相差不到1倍，变异系数低于25%；Co、Ni、Pb、Ce居中，相差1～4倍，变异系数在23%～49%之间。

9种元素含量最低值的出现时间均在营养期。但其最高值出现的时间有所不同，Mn、La、Y为结实初期，Ni在结实中期，Mo、Co、V、Pb、Ce为结实末期。

2.2红三叶根茎叶重金属元素含量的相关性分析

2.2.1根系重金属元素含量的相关性分析

表1列出了红三叶根系9种元素36组元素对在生育期间的相关系数。除Mn-Mo、Mn-Ni和Mn-Pb3对元素不相关外，其余33对元素均为正相关性，且皆达到了显著水平。其中，Ce-Mn、Ce-Co、Ce-Pb、La-Mn、La-Co、La-V、La-Y、Y-Mn、Y-V9对元素为相关极显著。这表明，红三叶根系9种重金属元素之间通常具有相互促进的协同作用。

表1红三叶根系重金属元素的相关矩阵

n=6，α_0.001=0.974：α_0.01=0.917；α_0.05=0.811

2.2.2茎系重金属元素含量的相关性分析

表2的数据表明，红三叶茎系的9种元素，除Mn-Ce、Mn-La2对元素不相关之外，其余34对元素亦均为正相关性，亦都达到了显著水平。其中，Mo-Ni、Co-V、Co-Pb、Co-Y、Ce-V、Ce-La6对元素为相关极显著。这说明，红三叶茎系9种重金属元素之间亦通常具有相互促进的协同作用。

表2红三叶茎系重金属元素的相关矩阵

n=6，α_0.001=0.974：α_0.01=0.917；α_0.05=0.811

2.2.3叶片重金属元素的相关性分析

   在红三叶叶片9种元素36对元素中，相关性显著者只有15对，占总元素对的41.7％。呈显著相关者为Mo-Co、Mo-Ni、Mo-Pb、Mo-Ce、Co-Ni、Co-Pb、Co-Ce、V-Pb、V-Ce、Ni-Pb、Ni-Ce、Pb-Ce、La-Y、Mn-La、Mn-Y。（表3）

表3红三叶叶片重金属元素的相关矩阵

n=6，α_0.001=0.974：α_0.01=0.917；α_0.05=0.811

3.结语

3.1在生长季节，红三叶根系和茎系的9种重金属元素含量动态模型均可分为2类：（1）呈降-升型的二次多项式（y=cx²+bx+a，b<0，c>0）；（2）呈升高型的指数函数（y=ae^bx，b>0）。其中，Co、，Mo、Pb、Ce、La、Y 6种元素，根系和茎系的模型相一致；Mn、Ni、V 3种元素的模型不相同。而叶片元素含量的动态模型与上述有所不同，其模型可分为3类：（1）呈升-降型的二次多项式（y=cx²+bx+a，b>0，c<0）；（2）呈升高型的幂函数；（3）呈升高型的线性函数。

3.2 9种元素含量在生育期内的变化幅度，根系和茎系以Mo和Pb较大，叶片以Mo较大，最高值与最低值相差在30倍以上。3种器官V、La、Y的含量变化幅度均较小，相差不到1倍。

3.3根系和茎系9种元素含量的最高值通常出现在结实中-末期，而最低值出现的时间有所不同。叶片9种元素含量最低值的出现时间均在营养期，而最高值出现的时间有所不同。

3.4在生育期内，红三叶根系和茎系的9种元素，90%以上的元素对呈显著相关。而叶片只有42%的元素对达到了显著水平。

参考文献

1孔令韶，马茂华.新疆呼图壁绿洲荒漠草地优势植物体内元素含量和季节变化的研究.中国草地，1995，（5）：23～28

2王庆成.混交林中水曲柳落叶松营养元素含量及其季节动态.东北林业大学学报，1995，23（2）：14～19

3李景信，马义，杨树安.羊草及羊草割草地营养元素的动态研究.植物研究，1990，10（4）：107～112

4李晶，孙国荣，阎秀峰. 星星草地上部6种元素含量季节动态及其分布. 草地学报, 2001，9（3）：213～217

5张硕新.华山松针叶营养元素含量的季节变化.西北林学院学报，1990，5（1）：8～14

6 傅林谦，白静仁. 亚热带黑麦草/白三叶草地牧草与群落中几种元素季节动态及分布. 草地学报，1996，4（1）：26～33

7 魏刚，王建，周金池，赵洪亮，陈学广，马连宝.银杏不同营养器官中营养元素含量季节动态的研究.北京林业大学学，1999，21（1）：96～99

8 廖国藩等.试验区种草养畜的自然环境.亚热带中高山地区人工草地养畜综合试验研究.北京：文津出版社，1992.8～12

（测定者：杜占池  钟华平）