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红三叶不同器官重金属元素含量动态特征

已有 4977 次阅读 2013-6-5 16:36 |个人分类:植物化学元素生态|系统分类:论文交流| 重金属, 元素, 动态

 

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+ab<0c>0);(2)呈升高型的指数函数(y=aebxb>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+ab>0c<0);(2)呈升高型的幂函数(y=bxab>0)(3)呈升高型的线性函数(y=bx+ab>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(MnMo)、有益元素3种(VNiCo)、毒性较大的元素1种(Pb)、稀土元素2种(CeLa)、其他元素1种(Y)。分析方法如下:Mo用极谱催化波法;MnCoVNiPbCeLaY 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

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+ab<0c>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;MnCoV属于此类;另一类为指数函数(y=aebxb>0),呈升高型,元素含量随着生育期的后移而升高;MoNiPbCeLaY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);MoCoCeLa相关相当显著α=0.01MnNiPbY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,PbMo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%112.9%MnVNiLaY变化幅度较小,相差不到1倍,变异系数低于31%CoCe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,CoNi属于此类;另一类为指数函数,呈升高型;MnMoVPbCeLaY属此类。上述函数关系均达到了显著水平。其中,MnNi相关相当显著α=0.01MoCoVPbCeLaY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,MoPb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%98.9%VNiLaY变化幅度较小,相差不到1倍,变异系数低于21%MnCoCe居中,相差在1.54.5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,MnMoVPbCeLaY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+ab>0c<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;MnLaY属于此类;(2)幂数函数,呈升高型;CoVCe属此类;(3)线性,亦呈升高型,MoNiPb为此类。上述函数关系均达到了显著水平。其中,MoCoNiPbCe相关相当显著α=0.01MnVLaY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%MnVLaY变化幅度较小,相差不到1倍,变异系数低于25%CoNiPbCe居中,相差14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,MnLaY为结实初期,Ni在结实中期,MoCoVPbCe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

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-MoMn-NiMn-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-MnCe-CoCe-PbLa-MnLa-CoLa-VLa-YY-MnY-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。

 

1红三叶根系重金属元素的相关矩阵

  Mn        Mo      Co        V        Ni       Pb       Ce       La       Y

Mn       1.000      

Mo       0.533     1.000      

Co        0.812*    0.868*     1.000

V         0.819*    0.907*     0.957**    1.000    

Ni        0.591     0.887*     0.921**    0.906*    1.000

Pb        0.533     0.968**    0.904*     0.886*    0.920**    1.000

Ce        0.965***  0.903*     0.994***   0.932**   0.942**    0.981***  1.000

La        0.997***  0.912*     0.976***   0.977***  0.967**    0.961**   0.969**  1.000

Y         0.998***  0.926**    0.955**    0.985***  0.944**    0.955**   0.945**  0.994***   1.000

n=6,α0.001=0.974:α0.01=0.917;α0.05=0.811

 

2.2.2茎系重金属元素含量的相关性分析

2的数据表明,红三叶茎系的9种元素,除Mn-CeMn-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-NiCo-VCo-PbCo-YCe-VCe-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。

 

2红三叶茎系重金属元素的相关矩阵

Mn         Mo       Co       V         Ni        Pb       Ce       La       Y

Mn     1.000      

Mo     0.914*     1.000    

Co      0.832*     0.952**    1.000

V       0.851*     0.921**    0.988***  1.000

Ni      0.815*     0.975***   0.923**   0.861*     1.000

Pb      0.840*     0.947**    0.987***  0.969**    0.925**    1.000

Ce      0.774      0.877*    0.973**    0.978***   0.846*    0.969**    1.000

La      0.740      0.845*    0.955**    0.966**    0.812*    0.937**    0.993***  1.000

Y       0.854*     0.943**    0.977***  0.971**    0.912*     0.956**   0.968**   0.966**   1.000

n=6,α0.001=0.974:α0.01=0.917;α0.05=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-CoMo-NiMo-PbMo-CeCo-NiCo-PbCo-CeV-PbV-CeNi-PbNi-CePb-CeLa-YMn-LaMn-Y。(表3

 

3红三叶叶片重金属元素的相关矩阵

Mn        Mo        Co        V       Ni       Pb       Ce       La        Y

Mn     1.000

Mo     -0.080     1.000

Co      -0.040     0.954**    1.000

V       0.491      0.663     0.802      1.000

Ni      -0.120      0.955**   0.918**    0.622    1.000

Pb      0.012      0.939**   0.997***   0.836*    0.905*   1.000

Ce      0.306      0.838*    0.928**    0.957**   0.811*    0.951**    1.000

La      0.959**     0.086      0.178     0.692    0.064      0.240     0.525    1.000

Y       0.982***   -0.070      0.018     0.583    -0.120     0.078      0.377    0.979***   1.000

n=6,α0.001=0.974:α0.01=0.917;α0.05=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+ab<0c>0);(2)呈升高型的指数函数(y=aebxb>0)。其中,Co、,MoPbCeLaY 6种元素,根系和茎系的模型相一致;MnNiV 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+ab>0c<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MoPb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VLaY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,199051):814

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,1999211):9699

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)



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