全 文 ：土城肥料 1 09 3年第 6期
铜对紫云英固氮作用及养分吸收的影响
刘永厚 黄细花 赵振纪 姚益云
( i工西农业大学 )
提要 通过盆栽土培试验 , 研究了铜对紫云英结瘤 、 固氮酶活性和植株休内养分含 t 的影响 . 结 果 表明 , 投
加少 t 铜对萦云英根瘤形成和生长有刺激作用 , 能提高根瘤的有效性和固茸酶活性。 但过 t 铜浓度则有显著的抑
制作用 , 当投加铜浓度为 60 m g /k g时 , 紫云英结瘤时间推后 , 单株的根庙数和固属酶活性均明显降低 . 同时 , 过
t 铜还会影响紫云英 对抓 、 磷 、 锌的吸收 , 而植株中的锰元案含 t 却随铜的浓度增加而增加 。
关镇词 铜 紫云英 结庙 固氮 养分吸收
铜是动植物生长发育所 必 需 的营 养元
素 , 但过量铜会影响植物根系正常的代谢功
能 , 引起植物生 育 障 碍 1[, 幻 。 因而铜又是
环境中的重要污染物质 。 江西的东北地区进
行铜的大量开采和冶炼 , 产生的各种含铜废
弃物 , 对矿区周围附近农田造成了污染 , 据报
道 , 水稻土有的含铜量高达 3 0 m g / k g以上 ,
有效铜含量在 86 一 70 5二 g / k g之 间 3[ 〕 , 使 紫
云英难以生 长 , 农作物减产 , 部分农田甚至
绝产 。 紫云英是该区主要的豆科绿肥作物 ,
种好绿肥不但可以增加土壤养分 , 还可以治
理受重金属污染的农田 .2[ 3’ 门 。 因 此 , 有
花期到成熟最大 , 现蕾到花期次之 ; 硼素营
养良好时 , 现蕾到花期最大 , 花期到成熟次
之 (表 4 ) 。 土培试 验的 结果 与此 完全一
致 。
农 4 施翻对翻撰积强度的形响
( B卜g /株 · 天 )
处 理 出苗一越冬 越冬一返青 返青一现昔 现落一花期 花期一成热 ·
比 , 缺硼时 , 有较多的硼分配在吸收器官中
(根 ) , 结实器官中尤其是种子中较少 , 营
养器宫中相似 , 硼 中毒时 , 根中相似 , 种子
中较少 , 营养器官中稍多 。 总体看 , 8’ 声邢一 8 7 . 。%硼分配在根 、 主茎 、 分枝 、 残叶岌
角果壳中。 可见 , 油菜秸秆及果壳还田对补
充土壤的硼素有重要意义 。
N P K
N 尸K + B
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5
.
6 7
参考文献丹0OUnō0
:
成熟期硼在缺硼 、 适宜和硼中毒植株内
的分配不同 (表 6 ) , 与 确适 宜的植株相
衰 5 成熟期抽在体内的分咤 ( % )
翻曹养状况 根 }主茎分枝叶!角果充 1种子 }果壳 + 种子
…ù合O甘,`的J几心」,曰ù匀2了J1.占,二…
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适宜
中毒 5 7 。 0
2 2
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一 2 3一
必要研究铜对紫云英的影响 。 铬 、福 、 铅和镁
等金属元素对豆科植物固氮影响国内外均有
报道 , 但过量铜对紫云英固氮影响目前尚未
见专门报道 。 本文试图根据盆栽土培试验 ,
探讨紫云英结瘤 、 固氮酶活性和养分吸收的
影响 , 为铜矿区铜污染的农田种好绿肥 , 有
效地控制铜的危害提供理论依据 。
一 、 材料与方法
(一 ) 材料 供试的紫云英品种为江西
余江大叶籽。 供试土壤为未污染的红壤性水
稻土 。 其 p H值为 5 。 3 , 有机质 2 . 68 % , 阳离
子交换量 8 . 7 Cm ol / k g , 有效铜 ( O . l m o l/ L
浸提 ) 5 . 3 7m g / k g , 总铜量为 9 。 8 2 m g / k g 。
(二 ) 方法 在直径 15 c m 只 2 c0 m 的塑
料盆钵中 , 装过 4 o m 筛的风干土 7 . s k g ,
分别投加含铜化合物硫酸铜 。 各处理投加的
铜 量 (以 纯 铜 计 ) 为 0 ( c k ) 、 1 0、 2 0 、
4 0
、
6 0
、
8 0
、
1 0 0
、
2 0 0二 g · C u / k g 。 每处理
重复 6 次 。 侮盆施用等量的氮 、 磷 、 钾化肥
作基肥 。 并将每盆中的土 、 投加的铜及肥料
充分拌匀 , 放置一个月后播种 。 每盆定苗 5
株 , 按常规法管理 。
(三 ) 测定方法
1
。 植株中养分含量测定 : 植株中的氮 、
磷 、 钾含量分别采用扩散法 、 钒钥黄比色法
和火焰光度法测定 ;锌和锰采用干灰化消解 ,
然后用原子吸收分光光度法测定 。
2
。 固氮酶活性的测定 : 根瘤固氮活性测
定采用峰高比法 4[ 〕。 具体方法是从植株上取
下的根系放人 10 二 1血清瓶内 , 立即抽出 6二 l
空气 , , 并准确注入 5m l无乙炔气 , 在恒温 28 ℃
下振荡反应 1小时 , 用带有氢焰离子化检测器
的日本产G C 一 g A型色谱仪测定其气相组成 。
层析法为直径 3 x lu 型不锈钢管 , 内装 60 一
5 0目的 G D x一 5 0 1 , 色谱参 考 条 件 为 N : ,
4 0 m l /二 i n , H : , 4 0 m l / nz i n , 空气流量 2 0 0二 l
/m in
, 柱温 80 ℃ , 进样口温度 1 2 0 ℃ , 检测
器温度 1 2 0℃ 。
二 、 结果与分析
(一 ) 铜对紫云英结瘤的影响
紫云英播种 1 个月即 2 一 3 片真叶期 ,
C K处理和 I Om g / k g铜处理的紫云 英根 系上
出现小球状单瘤 , 40 天 后 , ( 1 0 m g / k g 铜处
理的也开始着生根瘤 , 但结瘤的时间是随铜
浓度的增加而延迟 , 2 0 m g / k g铜处理 的 在
苗期则完全抑制 了根瘤的形成 , 直至伸长期
表 1 铜对萦云英结妇的影响
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项 目
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苗期 总瘤数 (个 /株 》 . 7。 s a 5 · ` b l `二 0
伸 单瘤数 (个 /株 ) 8 3。 7 二3 一 8 15 。 2 5。 8 0
长 复瘤数 (个 /株 ) 2 0。 1 1 6 。 2 8。 7 7。 2
期 总瘤数 ( 个 /株 ) 1 0 3 。 s a 3 9 . 0 e 2 3。 g d 1 3。 o
根瘤千重 ( g /株 ) O。 1 2 6 0 。 0 7 3
盛 单瘤数 (个 /株 ) 1 8 9 .5 粼 …粼 …’ :::花 x 瘤数 (个 /株 ) . 3 .5 7
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破犬根腐 台 m ` cnr ) ) 石“ ` 口 . `
注 : 表中冠有相同字母者表示在 6 纬的水平上差异不显著 。
一别 一
Qe“4O妇帅1o。
其根系上才出现极少量呈腐烂状揭色小瘤。
说明铜过多会抑制紫云英根瘤着生时间 , 并
使根瘤总数减少 , 根瘤的总重量也减少 (见
表 1 ) 。
从表 1 还可看出 , 根加少量铜对紫云英
生育后期的结瘤有促进作用 。 在伸长期 , 20
m g / k g和 10 m g / k g 铜处理的单株根瘤总重
量分别为 C K处理的 69 . 8 %和 2 3 . 8 % , 根瘤总
数分别为 C K处理的 7 2 。 7%和 1 2 . 6 % ; 在盛花
期根瘤总重量分别为 C K处 理 的 1 03 . 9% 和
4 3
。
6%
, 根瘤总数分别为 CK处理的 1 08 . 2 %
和 2 3 . 4% 。说明 C K 处理由于 没 加 铜 、 其根
瘤形成过程中似乎表现 出铜不足 , 投加了少
量铜 (投加 20 m g / k g) 可刺激根瘤的形成和
生长 , 而投加铜过多会使结瘤数量和单株根
瘤的总重量均有明显降低 。 本试验观察还表
明 , 投加铜的数量多少还会影响根系生长 ,
根瘤的大小 、 形态 、 颜色和着生部位发生变
化 。 CK处理着生的根瘤虽较多 , 但小 , 颜色
呈白色或绿色 。 这种颜色的小根瘤是无效性
根瘤 5[ 」。 同时 C K处理的根瘤主要着生在二级
侧根上 。 20 m g / k g 铜处理的根瘤大并呈血红
色 , 最大根瘤达 1 。 cZ m X 0 . 9。二 , 鸡 冠型 、
马蹄形的有效复瘤多 , 根瘤主要着生在主根
的基部上 , 一级侧根也有 着 生 。 10 o m g / k g
铜处理根瘤颜色绝大部分 为 褐 黑 色或褐红
色 , 并呈皱缩不饱和状态 , 而且由于根系生
长受抑制 , 根系少而 粗 短 褐 色 , 根毛也极
少 , 根瘤着生部位完全无规律 , 主茎基部根
本没有根瘤着生 。
总之 , 试验表明 , 投加少量铜可促进根
瘤形成和生长 , 投加铜过多 , 会降低紫云英
的结瘤数量 。 在紫云英整个生育期中 , 投加
60 m g / k g铜处理 , 对紫云英结瘤有显著的抑
制作用 。
(二 ) 铜对紫云英根瘤固氮酶活性的影
响
图 1 表示紫云英初花期在不同浓度铜下
固氮酶活性 。 图 1 可看出不同浓度铜处理间
固氮酶 (乙炔还原 ) 活性有很大差异 , 单株
’
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一 ( ’ : , 工` / C Z H: · 克鲜艘 · 小时辈解谧
空O ` 0 0 0 日 0 10 0 120
铜浓度 (m g / k名〕
图 1 创对萦云英固氮曲活性的影响
固氮酶活性和每克鲜根瘤固氮酶活性是随着
铜浓度增加两者的变化 也 有 差 异 。 10 和 2 0
m g / k g铜处理的单株 , 根瘤固氮活性比 C K处
理显著增加 , 其中20 m g / k g铜处理固氮活性
为 C K处理的 1 8 5 . 6 1 % 。 李 60 m g / k g 铜处理的
单株固氮活性开始受抑制 , 其 中 10 Orn 盯 k g
铜处理仅为 CK 处理的 26 . 5% 。 对单株固氮
活性分别与投加铜浓度和紫云英产量作相关
分析 , 相关系数分别为 一 。 . 7 9 5 6 . 和 O。 8 546 . 。
表明固氮活性与投加铜浓度成显著负相关 ,
而与鲜草产量成显著正相关 , 但 投 加 铜 过
多 , 紫云英不能成活 , 紫云英绝产。 对于每克
鲜瘤的固氮活性只有 10 nI g / k g 铜处理的固
氮活性比 CK 处理有所降低 , 但没有达到显
著性差异 , 其它浓度铜处理每克鲜瘤固氮活
性均比 C K 处理有所增加 , 其中10 一 40 m g / k g
铜处理增加达显著水平 , 与投加铜量和紫云
英鲜草产量之间的相关系数分别为 一 。 . 6 0 7 8
和 0 . 7 591 . 。从每克鲜瘤固氮活性可进一步说
明 , 投加少量铜可以刺激根瘤形成和生长 .
能提高根瘤的有效性 , 使固氮作用增强 , 但
投加铜过多 , 不仅会抑制根瘤形成和生长 ,
使根瘤数量减少 , 而且单株的固氮活性也下
降 。 过量铜对紫云英结瘤和固氮作用抑制的
原因可能过量铜一方面使根部受损 , 致使根
系不发达 , 导致根瘤菌寄主少 , 其次影响根
一 舫 一
. 瘤的存活 , 使结瘤数减少 ; 此外 , 过量铜可
能使紫云英生理过程受影响 , 如使光合作用
降低 , 形成固氮活性所需要的 A T P和还原剂
减少 , 因此固氮活性下降 。 然而 , 过量铜影
响紫云英原因较复杂 , 因此需要作进一步的
试验探讨和研究 。
(三 ) 铜对紫云英养分吸收的影响
不同浓度铜处理下紫云英的伸长期和盛
花期茎叶中养分含量和养分含量与投加铜量
之间的相关系数 (见表 2 ) 。
1
。对氮的影响 : 表 2 看出随着铜的浓度
增加 , 紫云英在伸长期其茎和叶中含氮量不
表 2 桐对萦云英并分吸收形晌
铜处理 ( m g , k g )
3 4
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花盛期苹
. 表示显着相关 、 二表示极显着相关 、 N S表示不显著 。
断降低 。 与 C K处理相比 , 茎中含氮量降低要
比叶中降低多 , 伸长期后期的降低要比伸长
期前期降低的多 。 60 , g / k g铜处理 , 茎 、 叶
含氮量分别降低 3 6 . 0% 和 2 9 。 6% , 1 0 m g /
k g铜处理分别降低 50 . 1% 和 4 . 2% ; 盛花
期 , 低浓度铜处理 , 其株植中 、 下部叶中含
氮量不断降低 。 对茎 、 叶 中含氮量与投加铜
量作相关分析 , 结果都是呈极显著负相关 。 说
明过量铜会使紫云英 茎 叶 中 含氮量明显降
低。 这可能过量铜抑制 了根系对氮的吸收 。
其次可能因过量铜抑制根瘤形成 和 固 氮 作
用 , 从而使紫云英根瘤菌从空气 中 固 定 的
氮素减少 , 导致紫云英体内含氮量下降。
2
. 对磷的影响 : 随着铜的浓度增加 , 茎
叶中含磷量降低 。 60 m g / k g铜处理 , 在伸长
期茎叶中含磷量比C K 处理分别降低 45 . 4写
一 舫 一
和 3 1。 1 % , 1 0 m g / k g铜处理比 C K处理分别
降低 6 7 . 2 %和 6 3 . 4% ; 盛花期 60 m g / k g 处理
比 C K处理分别 降低 4 6 . 2 %和 1 5 . 9% , 1 0 o m g
/ k g铜处理比 C K处 理 分 别 降 低 53 。 2% 和
3 8
。
3 %
。 可见 , 茎中含磷量降低要比叶 中多 ,
生长前期比生长后期降低多 。 茎叶中的含磷
量与投加铜的浓度也呈显著负相关 。
3
。 对钾的影响 : 低浓度铜可促进钾的吸
收 。 > 40 m g / k g铜处理出现抑制钾的吸收 。
在盛花期 1 0 m g / k g 铜处理的茎叶 含钾量比
C K处理分别降低 3 3 . 0%和 2 0 . 1% 。 说明茎 中
含钾量降低比叶片降低更明显 。 但钾与氮 、
磷元素相反 , 与C K处理相比 , 生 长后期含量
阳目氏比生长前期降低更多 。 钾的含量也与投
加铜的浓度呈显著负相关 。
4
。 对锌的影响 : 投加少量的铜 , 紫云英
茎叶中的含锌量增加 , 但随投加铜的浓度进
一步增大 , 茎叶中的含锌量则降低 。 茎中含
锌量与投加铜浓度呈显著负相关 , 但叶中含
锌量与铜浓度相关性不显著 。
5
。 对锰的影响 : 紫云英在伸长期和盛花
期 , 茎叶中的的含锰量与投加铜的浓度呈极
显著正相关 。 在 10 一 40 m g / k g铜浓度处理范
围内 , 紫云英茎叶中锰含量增加不明显 , 但
投加 》 60 m g / k g铜处理 , 茎叶中锰 的 含 量
增加较多 , 伸长期茎叶比 C K处理增加 2 0 . 4%
和 4 2 。 4 % , 盛花期增加 3 9 。 9%和 5 1 . 5% 。 可
见 , 紫云英的整个生育期中铜 对 锰 的吸收
无影响 , 而且生育后期茎叶中锰的累积比生
育前期多 。
综上所述 , 土壤含过量的铜 , 对锰吸收
无影响外 , 对其它 四种营养元素吸收均有抑
制作用 , 其抑制 顺序 为 P > N > K > z n 。 这
由于铜与氮 、 磷 、 钾 、 锌之间存在着拮抗作
用 。 因此 , 铜抑制了这些养分元素的吸收 。
然而铜与锰丛然 也存在竞争 !:祖一吸收位置 ,
但可能锰仍可被另一部位吸收机制所吸附 ,
所以铜对锰的吸收无影响 。
三 、 结语
铜是植物生长发育所必需的微量营养元
素 。 因此 。 ’场土壤铜缺乏或含铜过量均会对
植物产生不良影响 。
1
. 本试验结果表明 , 投加《 2 0 m g / k g铜 ,
紫云英不但结瘤早和 多 , 而且对其生育后期
的结瘤也有一定的促进作用 。 此外还能提高
根瘤的有效性和 固 氮 酶 活 性 。 但当投加 》
60 m g / k g铜时 , 紫云英受到明显的毒性 , 其
结瘤时间推后 , 单株根瘤数和固氮酶活性都
明显降低 。 因此 , 铜污染的农田只有在降低
: L壤铜浓度下才能种好紫云英 。
2一L壤铜过多 , 铜对氮 、 磷 、 钾 、 锌养
分吸收有抑制作用 , 其中磷受抑制最严重 ,
氮次之 , 钾再次 , 所以含过量铜的农田应增
施氮 、 磷 、 钾肥料 , 达到减轻铜的危害。
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