土壤污染對植物生長的影響研究

羅東華++王敏++徐有權(quán)

摘要：指出了土壤是農(nóng)林生產(chǎn)的基質(zhì)，更是植物養(yǎng)分的直接供給者。為了解植物生長對土壤污染的響應(yīng)，從目前較為關(guān)注的土壤酸堿性、重金屬、鹽類、放射性元素和農(nóng)藥污染等幾個方面綜述了土壤污染對植物生長產(chǎn)生的影響，提出了根據(jù)不同污染源，加強(qiáng)植物基因改良，利用不同植物修復(fù)污染土壤，而又不危害其生長是今后值得深入研究的方向之一。通過闡述污染土壤下的植物生長狀況，可為深入研究土壤植物修復(fù)技術(shù)和土壤污染與植物生長之間關(guān)系提供一定參考。

關(guān)鍵詞：土壤污染；植物生理；生長

中圖分類號：X53

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）12012003

1引言

土壤是人類生存最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，處于陸地表層，結(jié)構(gòu)疏松[1]，是陸地植物養(yǎng)分的直接供給者，亦是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資料。近年來，由于環(huán)境變化加劇，加上土地不合理使用，導(dǎo)致全國大面積土壤受到不同程度污染[2]。土壤具有一定自凈能力，輕度污染的土壤可通過自凈能力恢復(fù)生產(chǎn)功能，但是，當(dāng)有害物質(zhì)含量超標(biāo)，就會導(dǎo)致土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變異。另外，土壤中有害物質(zhì)或其分解產(chǎn)物也會影響植物生理生長，他們在土壤中逐漸積累，通過“土壤→植物”[3]或通過“土壤→水→植物”間接被植物吸收，從而危害植物健康生長。土壤中污染物被植物吸收富集，轉(zhuǎn)化為生物污染，進(jìn)而危害人、畜健康。當(dāng)前，土壤污染對植物生長影響的研究主要集中在重金屬污染[4， 5]及其土壤植物修復(fù)技術(shù)[6～11]，農(nóng)藥污染土壤植物修復(fù)[12]，土壤pH值[13]、鹽分[14]對植物的影響等方面。土壤是植物賴以生存生長的物質(zhì)基質(zhì)，其污染導(dǎo)致植物的生長面臨巨大挑戰(zhàn)。

根據(jù)土壤污染物類型，其污染有機(jī)污染和無機(jī)污染，酸、堿、重金屬，鹽類、放射性元素銫、砷、硒、鍶的化合物、氟的化合物等屬于無機(jī)污染；有機(jī)農(nóng)藥、酚類、氰化物、石油、合成洗滌劑、3，4-苯并芘以及由城市污水等屬于有機(jī)污染。我國土壤污染主要是無機(jī)型為主，有機(jī)型次之，復(fù)合型污染比重較小[1]。本文從當(dāng)前較為關(guān)注的土壤酸堿性、重金屬、鹽類、放射性元素和農(nóng)藥污染等幾個方面綜述其對植物生長造成的影響，擬為研究土壤污染與植物生長的關(guān)系提供一定參考，同時，也可為土壤植物修復(fù)技術(shù)提供理論依據(jù)。

2土壤酸堿度對植物生長的影響

酸堿性是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，是土壤在形成過程中受氣候、植被、母質(zhì)等因素綜合作用所產(chǎn)生的屬性，深刻影響著土壤肥力狀況，同時也影響植物生長。土壤pH值通過改變土壤養(yǎng)分的有效性來影響植物的生長發(fā)育[15～17]，可直接影響，亦可間接影響。從植物的形態(tài)特征、代謝過程、生長發(fā)育、品質(zhì)和產(chǎn)量等方面能明顯看出的，即直接影響；通過對土壤的理化特性影響而改變植物生長狀況的為間接影響[18]。我國土攘酸堿度大部分為pH值4.5～8.5，呈現(xiàn)“東南酸西北堿（南酸北堿）”的規(guī)律。土壤pH值3.5～8.5是大多數(shù)維管束植物的生長范圍，但生理最適范圍要比此范圍窄得多，pH值<3或>9時，大多數(shù)維管束植物便不能生存。土壤pH值為6～7時，土壤養(yǎng)分最利于植物生長，此時土壤肥力（養(yǎng)分）較佳，若土壤酸性過強(qiáng)，會使植物原生質(zhì)變質(zhì)，并影響酶的吸收，也易造成土壤部分營養(yǎng)元素短缺，如鉀、鈣、鎂、磷等，植物缺鉀時其植株生長矮小，葉片呈現(xiàn)褐斑；缺少鈣時，會導(dǎo)致葉片前端部分彎曲黃白化，葉緣皺褶，或分泌黏液，嚴(yán)重時會導(dǎo)致幼葉葉緣皺卷、枯死；缺鎂時，葉片枯黃，極端情況時僅葉基部葉脈殘留綠色素；缺磷時，葉片綠色變深或編藍(lán)綠，而且成熟延遲，同時葉柄、葉片上會發(fā)生壞疽斑點(diǎn)。強(qiáng)堿性土壤會使細(xì)胞里的原生質(zhì)溶解，破壞植物組織，也容易引起營養(yǎng)元素缺失，如鐵、硼、銅、錳和鋅等，這部分元素的缺失最先使葉片受到影響，缺鐵使葉片黃白化；缺硼使植物幼葉畸形，進(jìn)一步影響其根、莖或果實(shí)等生長發(fā)育不良；缺銅使嫩葉卷縮；缺鋅也使植物葉片最先受到影響，但其癥狀因植物不同而有差異。

此外，土壤酸堿度還能通過改變其環(huán)境中生物而影響植物生長，如影響細(xì)菌等微生物的活動。自然界中，部分植物需與細(xì)菌共生，如豆科植物、蘭科植物等。酸性土壤通常對細(xì)菌活動無益[19]，根瘤菌、褐色固氮菌、氨化細(xì)菌和硝化細(xì)菌常生于中性土壤，在酸性土壤中無法存活，因此，很多豆科植物的根瘤常因土壤酸度的增加而死亡[20]。土壤pH值是影響病原菌存活的重要因子，根莖病害的發(fā)生也與土壤pH值密切相關(guān)[21～23]。與此同時，土壤酸堿度也有對植物生長有利的一面，有研究認(rèn)為，土壤pH值較高時，能增加大豆葉片的可溶性糖含量，這對升高細(xì)胞質(zhì)濃度、降低細(xì)胞水勢、增強(qiáng)植物吸水能力均有積極作用，更是增強(qiáng)植物抵御逆境脅迫的重要元素[24， 25]。

當(dāng)前，環(huán)境污染嚴(yán)重，大量酸雨降臨致使土壤污染加重，植物生長環(huán)境嚴(yán)峻，在一定程度影響了植物健康生長。研究表明，土壤酸化會導(dǎo)致鹽基離子淋失加速，且其淋失量隨土壤pH值變化而變化，淋失總量與H+濃度呈極顯著的相關(guān)關(guān)系（r=0.9990），長期作用會導(dǎo)致土壤養(yǎng)分庫的損耗，造成土壤養(yǎng)分貧瘠[26～29]。從而導(dǎo)致植物生長營養(yǎng)元素缺乏，甚至死亡，對土壤、植物的健康造成嚴(yán)重?fù)p害，無法形成土壤-植物相互和諧的修復(fù)關(guān)系，進(jìn)一步形成惡性循環(huán)。

3重金屬污染土壤對植物生長的影響

目前，隨著社會加速發(fā)展，重金屬對土壤、水體的污染越加嚴(yán)重[30]。重金屬是植物生長的非必需元素，大部分元素不利于植物生長。土壤中某些重金屬離子，當(dāng)含量超過其土壤自凈作用時，必將對植物生長發(fā)育及代謝產(chǎn)生作用[31]。我國土壤重金屬污染嚴(yán)重的有汞、鎘、鉛、鉻等元素，重金屬可損壞植物細(xì)胞膜的通透性[32]，使其通透性增加，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)酶的失調(diào)，引起植株生長不良，甚至死亡；也能使植物光合作用受阻[33]，致使植物無法正常生長；還可導(dǎo)致植物呼吸作用紊亂[34]；危害植物細(xì)胞的遺傳，使其基因發(fā)生改變。

土壤重金屬污染對植物生長的影響表現(xiàn)在植物形特和生理發(fā)生改變，如汞（Hg），植物能吸收并積累汞，汞使生長緩慢，葉子枯黃，還可干擾細(xì)胞的生理生化過程，使植物代謝過程發(fā)生紊亂，生長發(fā)育受阻，嚴(yán)重可造成植物枯萎、衰老死亡[35]。鎘（Cd）亦為植物生長發(fā)育有害元素之一，不少研究表明[36， 37]，土壤中Cd含量過高，植物葉片的葉綠素結(jié)構(gòu)會遭受破壞，導(dǎo)致葉綠素含量減少，葉片發(fā)黃，嚴(yán)重時幾乎整株葉片均呈褪綠現(xiàn)象，葉脈組織也會表現(xiàn)出和缺鐵時葉變脆、萎縮、葉綠素缺乏等相似癥狀。鉛（Pb）并非植物生長發(fā)育的必需元素，當(dāng)Pb被植物吸收后，在植物根、皮、葉片中逐漸積累，過量時會破壞土壤結(jié)構(gòu)，阻礙植物發(fā)育，并通過減少根細(xì)胞有絲分裂速度，造成植物生長緩慢；對草本而言，Pb能使其根量減少，根冠腐爛，隨后，植株地上部分生物量下降，葉片枯萎，最后導(dǎo)致植株死亡；Pb的積累也直接影響細(xì)胞的代謝作用，其效應(yīng)也是引起活性氧代謝酶系統(tǒng)的破壞作用。Bezdicek D F等（2003）還認(rèn)為高濃度Pb還使種子萌發(fā)率和胚根長度、上胚軸長度降低，甚至出現(xiàn)胚根組織壞死[38]。其在土壤中的存在形態(tài)會隨著土壤 pH值、Eh、濕度、通氣狀況等因素的改變而發(fā)生變化，進(jìn)而影響其生物有效性，直接決定了其在土壤—植物系統(tǒng)中的分布和遷移量[39]。

4鹽類、放射性元素污染土壤對植物生長的影響

可溶性鹽對植物生長的影響是較為復(fù)雜的，因鹽類的性質(zhì)及其含量、土壤狀況、氣候條件不同對植物的影響也不同。關(guān)于土壤不同的含鹽量對植物生長影響的報道較少。丁靜[40]研究了土壤含水量和土壤鹽分對植物生長的綜合影響，認(rèn)為當(dāng)土壤含水量相同，絕對含鹽量不同時，鹽分高的，土壤溶液的濃度就高，對植物生長抑制的作用就較大。在土壤中，當(dāng)土壤溶液的濃度提高時，鹽離子的毒害作用也隨之增加，鹽含量過高導(dǎo)致許多物種幼苗無法正常生長或長到一定階段邊出現(xiàn)死亡，僅有部分耐鹽植物能生存，久而久之，在鹽堿地段就形成了部分特有的耐鹽植物。

對于放射性元素而言，它對所有生物生長都是有害的。目前，全球共進(jìn)行了至少518次大氣核試驗，其中，大部分在北半球，由此北半球的輻射微塵也相對較多[41]。此外，核電站放射性廢物流出、核原料開采和加工、含放射性核素化肥農(nóng)用、含放射性核素煤燃燒等人為因素均會導(dǎo)致大片的土地遭受放射性核素的污染[42]。植物在會污染土壤中難以生長，即使生長，通過從土壤里面吸收放射性元素，必然會導(dǎo)致其生理、形態(tài)畸形，在遺傳變異的過程中改變了某些植物的優(yōu)良性狀，造成物種多樣性的損失[43， 44]。目前，植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于放射性元素污染的土壤被看做是凈化土壤的有效方法，但是對植物的生長也造成了一定影響。

5農(nóng)藥污染土壤對植物生長的影響

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用農(nóng)藥，而這些農(nóng)藥長期聚集在土壤里面，年復(fù)一年，在土壤里面形成不易分解的殘毒，從而破壞了以土壤為基礎(chǔ)的生物鏈，這些土壤不再適合植物生長，漸漸失去了原有的功能。植物在接觸某些農(nóng)藥后，其生理、生化代謝功能受到干擾，正常的生長發(fā)育過程受到影響，如葉片、果實(shí)出現(xiàn)斑點(diǎn)、黃化、失綠、卷葉、落葉、落果及枯萎等[45]。林先貴等[46]研究除草劑對植物生長的影響認(rèn)為植物氮磷吸收量隨除草劑濃度的增加而下降，兩者之間呈顯著的負(fù)相關(guān)。他們還認(rèn)為高濃度的除草劑對植物生長和菌根侵染的影響較大會導(dǎo)致植物代謝活性不正常。植物還會從土壤中吸收農(nóng)藥并在體內(nèi)殘留，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品污染超標(biāo)，并通過食物鏈造成牲畜的慢性中毒，最終影響人體健康。

6結(jié)語

土壤的各種污染對植物生長的影響并不都是獨(dú)立的，有些則是相互作用，加重或緩解污染。如錳、鉻、鎘等有毒金屬離子在低pH值下具有較高溶解度，所以在土壤酸度提高時一些重金屬元素的活性會增加[47]，從而加重了污染程度。植物的生長與土壤之間亦是協(xié)調(diào)變化的過程，在植物的進(jìn)化過程中，為了適應(yīng)自身生長，便形成了喜鈣植物、喜酸植物、喜鹽堿植物等。無論土壤以怎樣的方式被污染，對植物生長的最終影響都是造成植物無法正常生長或死亡，破壞天然氧氣的制造者。目前相關(guān)研究集中在研究如何治理土壤污染，而很少關(guān)注這些污染對植物造成的危害。更有大量研究著重于探討植物修復(fù)土壤污染技術(shù)，用植物吸收土壤中的有害成分，這樣不僅對植物生長不利，嚴(yán)重的甚至?xí)：Φ侥承?shù)量較少的植物的遺傳基因，破壞生物多樣性。

因此，針對不同的土壤污染方式研究具體的治理措施。酸性土壤土改良經(jīng)常使用石灰，以達(dá)到中和活性酸、潛性酸、改良土壤結(jié)構(gòu)的目的；中性和石灰性土壤的人工酸化，可用硫磺粉或硫酸亞鐵，可降低土壤pH值等?？傊?，研究污染土壤與植物生長之間的關(guān)系，為了不讓其污染影響植物正常生長，可深入研究改良植物基因，以達(dá)到既能以植物修復(fù)污染土壤，而又不危害其生長是今后值得深入探討的方向之一。

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