全 文 ：土壤小麦生态系统的磁化效应及其生态指示*
顾继光1, 2* * 周启星2 林秋奇1 胡 韧1 刘孝义3
( 1 暨南大学水生生物研究所,广州 510632; 2中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室,沈阳 110016;
3 沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳 110161)
摘要 应用室外盆栽试验方法, 将土壤磁效应与生物磁效应相结合,研究了磁处理土壤对土壤小麦系
统健康的影响. 结果表明,磁处理棕壤后土壤小麦系统的健康状况得到较为明显的好转, 包括使小麦种子
提前出苗, 出苗整齐一致;增加小麦幼苗的株高、主茎叶片数、分蘖数、单株根数和单株叶面积; 使小麦根系
的总吸收面积、活跃吸收面积、活跃吸收面积占总吸收面积的百分比提高;增加成熟小麦的有效穗数、结实
小穗数、平均穗粒数、千粒重, 减少不孕小穗数, 提高小麦的生物学产量. 在此基础上, 对土壤小麦系统磁
化健康效应的生态指示进行了理论探讨 ,其中, 200 mT 磁场强度是适于小麦生长的最佳磁处理参数.
关键词 生态系统 土壤磁处理 小麦 发芽率 根活力 生态指示
文章编号 1001- 9332( 2004) 11- 2045- 04 中图分类号 S153 2 文献标识码 A
Response of soilwheat ecosystem to soil magnetization and related ecological indicators. GU Jiguang 1, 2, ZHOU
Qixing
1
, LIN Qiuqi
1
, HU Ren
2
, L IU Xiaoy i
3
( 1 I ns titute of Hydrobiology , J inan University , Guangz hou
510632, China; 2K ey L aboratory of T err estr ial Ecological Process, I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cade
my of Sciences , Shenyang 110016, China; 3College of L and and Env ironment, Shenyang Agricultural Univer
sity , S henyang 110161, China) . Chin. J . A pp l. Ecol. , 2004, 15( 11) : 2045~ 2048.
By using outdoor potculture method combined wit h bio logical magnetic effect analysis, this paper studied the ef
fect of soil magnetization on soilwheat ecosystem health. It was show ed that there w as an improvement in soil
wheat ecosystem healt h after soil magnetization, e. g . , the germination of w heat seeds promoted, and the seedling
height , indiv iduals of leaves and roots, o ver all and active abso rption area of roots and their absorption rates, and
bio logical yield of mature w heat were increased. The ecolog ical indicators of magnetic health effect were also dis
cussed. 200 mT was the best parameter of magnetic tr eatment for w heat grow th.
Key words Ecosystem health, Soil magnetization, Wheat, Germination, Root v itality, Ecological indicator.
* 中国科学院知识创新重要方向项目 ( KZCX2SW416)、国家重点
基础研究发展规划项目( G1999011808)和中国科学院沈阳应用生态
研究所知识创新重大资助项目.
* * 通讯联系人.
2003- 11- 11收稿, 2004- 06- 14接受.
1 引 言
随着生物磁学的发展, 作物的磁化效应已得到
逐步的认识,在农业上的应用已引起国内外的广泛
关注和深入研究.现有资料表明,磁场作为一种外界
物理刺激生态强化因素, 可以从电子、分子到细胞和
生理代谢等各个层次对土壤作物系统产生作用与
影响[ 5~ 7] . 有关磁水、磁肥以及磁场处理种子对小
麦生长的影响,国内外均有报道[ 1~ 3, 4, 6, 11~ 13] . 已有
研究表明, 磁处理可以影响土壤的理化性质, 进而
对生长在土壤上的作物产生影响. !∀#在经过
磁处理的黑钙土和碱土上种植小麦,发现磁处理土
壤对小麦的生长产生了不同的影响,并把其作为土
壤磁性状态变化的生物学指标[ 1] .农业生态系统健
康的研究是当今应用生态学研究的前沿科学问题,
对于改进农产品的生物学质量、保证人体健康长寿
有重要意义[ 9, 10, 14] .本文旨在从农业生态系统健康
的角度,将土壤磁处理效应与生物磁效应相结合, 以
土壤小麦系统为研究对象,探讨磁处理土壤通过土
壤健康质量的改进对土壤小麦系统健康发生的影
响及其生态学指示, 为农业粮食品质的改善和农业
环境保护提供科学依据[ 7, 8, 15] .
2 材料与方法
2 1 供试材料
2 1 1 供试土壤 供试土壤采自沈阳市东陵区农田, 为发育
于黄土状母质上的 0~ 20 cm 耕层壤质棕壤. 其基本理化性
质见表 1.
将供试土壤放在磁处理器 100、200、300、400 和 500 mT
磁场强度下磁化 5 min, 以未经磁化的原土为对照( CK ) . 每
盆装风干土 5 5 kg , 以尿素 0 66 g、磷酸二氢钾 15 g 为底
肥,混匀后装盆.为防止磁性物质干扰, 均用聚乙烯盆, 重复
6 次,随机区组排列.
应 用 生 态 学 报 2004年 11 月 第 15 卷 第 11 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Nov . 2004, 15( 11)!2045~ 2048
表 1 供试土壤的基本性状
Table 1 Basic properties of the tested soil
有机质
Organic
matter
( g∀kg - 1)
pH
(H2O)
全氮
To tal N
( g∀kg - 1)
碱解氮
Available N
( mg∀kg - 1)
速效磷
Available P
( mg∀kg - 1)
速效钾
Available K
( mg∀kg- 1)
158 645 083 642 87 1027
212 供试作物 供试作物选用小麦( T r iticum aestivum ) ,
系辽春 10 号. 盆栽前,选取籽粒饱满、大小一致的小麦种子,
用 5%次氯酸钠灭菌、消毒. 自来水冲洗干净后, 浸种 12 h.
播种时, 每盆播种子 20 粒, 出苗 20 d 后选取长势一致的小
麦每盆定苗 12 株.试验过程中的各种生理生化指标, 每次随
机取 3 次重复进行化学分析.
22 试验方法
221 盆栽管理 在生育前期, 每 3 d 称重平衡 1 次水分,后
期每 2 d 平衡 1 次水分,并观察、记录小麦生长情况.
222 考种 小麦成熟收获后, 量取其株高、穗长 ,用天平称
取生物量、千粒重等指标.
223 测试方法 小麦根系活力, 采用甲烯蓝法进行测
定[ 14] .
3 结果与讨论
31 磁处理土壤对小麦出苗的影响
小麦播种于磁处理的土壤 1 周后, 待小麦苗露
出土面 1 cm 左右高, 每天统计出苗率结果见图 1.
由图 1可以看出, 播种在经 100、200、300、400 和
500 mT 等不同磁场强度处理的土壤上的小麦 7 d
后均已出苗, 出苗率分别依次为 344%、417%、
450%、502%、533%和 486%, 与对照相比分别
高出 73%、106%、158%、191%、142% , 其中
以 400 mT 处理土壤的出苗率最高. 播种后第 8 d,
出苗率分别为 485%、607%、689%、695%、
728%和 776% ,与对照相比高出 122%、204%、
21%、243%和 291% ,其中以 500 mT 处理土壤的
出苗率最高.播种后第9 d, 除对照和100 mT处理
图 1 磁处理土壤对小麦出苗率的影响
Fig. 1 Ef fect of soil magnet izat ion on germinat ion of w heat
外,其余各处理的出苗率均已达到 90%以上, 而对
照和 100 mT 处理在播种后第 10 d 出苗率才达到
90%以上.从小麦的最终出苗率来看,磁处理土壤与
对照土壤的小麦出苗率相差不大, 与前人报道的磁
场处理种子可以提高种子的发芽率的结果不尽相
同.其原因可能是由于磁处理方式不同,以往的报道
均为磁场直接处理种子或用磁水浸种; 另则可能是
本试验所用小麦种子均已经过人工精选, 种子自身
活力及发芽率较高所致.磁处理土壤,可使土壤获得
高于地磁场强度( 5 # 10- 2 mT)的剩磁,使土壤水的
表面张力、粘滞系数和电导率均有不同程度的改变,
从而促进土壤健康质量的改善[ 15] ,加快了种子的吸
胀作用.就种子自身而言,播种在经过磁处理的土壤
中的小麦种子获得了某种生态信息或能量,从而使
水分和氧气迅速进入种子, 及早打破种子的休眠.
Aksyonov等[ 1]应用低频磁场对小麦种子进行短时
间处理后,种子中酯酶由抑制状态向活性状态转变,
并促进种子休眠的解除. 习岗的研究则认为[ 12] , 磁
处理激活了与膜结合的核苷酸环化酶, 导致基因活
化,解除了抑制和封锁状态的基因, 促使核糖核酸
mRNA合成的开始, 使酶活性增加, 水解酶和氧化
还原酶活性增强, 从而使营养物质得以迅速进入胚
中,促使种子早萌发、早出苗,有利于根系的生长和
培育壮苗.
32 磁处理土壤对小麦根系活力影响
扎根于土壤中的根系不仅是作物吸收水分、矿
质营养及支持地上部的重要器官, 同时也是作物体
内物质代谢循环过程中许多重要物质的合成器官;
而根系的生长所需要的养分同样也需要地上部的制
造来供给,所以秧苗上部生长状况以及土壤健康质
量如何也可以通过根系活力反映出来[ 15] .在小麦出
苗后 3周,用吸附甲烯蓝法[ 5]测定小麦根系总吸收
面积和活跃吸收面积.表 2直观地表明了不同磁场
处理土壤通过改善土壤健康质量[ 11]对小麦根系的
总吸收面积、活跃吸收面积以及活跃吸收面积占总
吸收面积百分比的影响. 试验所选磁场强度处理土
壤的小麦根系总吸收面积, 只有 100 mT 磁场强度
处理低于对照,相当于对照的 9542% ,其余几个处
理均高于对照, 其中 400 mT 磁场强度处理较对照
增加 3739%, 其次为 500 mT 磁场强度处理较对照
增加 31%; 活跃吸收面积各磁处理都比对照增加,
300 mT 磁场强度处理较对照增加达 4538% , 而
400、500 mT 磁场强度处理分别较对照增加
3824%和 2731% .不同磁场处理土壤对小麦活跃
2046 应 用 生 态 学 报 15卷
吸收面积占总吸收面积的百分比也呈增加的趋势,
以 300 mT 磁场强度处理为最高, 比对照增加了
1895%,其余磁场强度处理的增加幅度在 282%
~ 878% .根系吸收面积作为衡量根系活力的一个
指标,它决定着根吸收养分和水分的速率.磁处理土
壤增加小麦根系活跃吸收面积和总吸收面积及其比
值,说明磁处理土壤可以通过土壤小麦系统健康的
改进[ 9] , 加快根的生长和更新速度.
表 2 磁场处理土壤对小麦根系活力的影响
Table 2 Effect of soil magnetization on the vi tality of wheat roots
磁场强度
Intensity of
magnetic
fields
( mT)
总吸收面积( O)
Overall
absorption
area
(cm
2
)
相对值
Relative
value
( %)
活跃吸收面积(A)
Active
absorption
area
(cm
2
)
相对值
Relative
value
( %)
活跃吸收面积
与总吸收
面积比值*
O/ A
相对值
Relative
value
(%)
CK 829b 100 238c 100 28 71b 100
1 00 791b 95 42 247bc 103 78 31 23ab 10878
2 00 886b 106 88 269bc 113 02 30 47ab 10613
3 00 1012ab 122 07 346a 145 38 34 15a 11895
4 00 1139a 137 39 329a 138 241 28 43b 9902
5 00 1086a 131 00 303ab 27 31 27 90b 9718
表中相同字母表示同一列平均数间差异不显著M eans at column followed by the same letter
w ere not s ignificantly different.下同 The same below.
33 磁处理土壤对小麦苗期长势的影响
在小麦苗龄 1个月时取样,分别调查株高、主茎
叶片数、分蘖数、单株根数和单株叶面积(表 3) . 从
株高来看, 300、400和 500 mT 磁场强度处理土壤的
小麦株高较对照增加 17、12和 03 cm, 而 100和
200 mT 磁场强度处理土壤的小麦株高较对照略低,
但只有 300 mT 处理与对照差异显著, 其余各处理
与对照差异不显著, 400 mT 处理与 100 和 200 mT
处理差异显著.
表 3 小麦苗期长势情况
Table 3 Growing si tuation of wheat seedl ings
磁场强度
Intensity of
magnetic fields
(mT)
株高
Height
( cm)
主茎叶片数
Numbers of
leaves
分蘖数
Numbers of
tilling
单株根数
Numbers of
roots
单株叶面积
Leavesarea
( cm2)
CK 16 6bc 49ab 3 2bc 87 5285c
100 161c 49ab 3 6ab 107c 5908ab
200 160c 4 8b 38a 121a 6348a
300 183a 52ab 3 5ab 118b 6097ab
400 178ab 54a 30c 126a 5472bc
500 16 9bc 50ab 3 3bc 104c 5557bc
主茎叶片数以 400 mT 处理最多, 平均为 54
片; 其次是 300 mT 处理, 平均为52片; 500 mT 处
理为 50片.其中,只有 400 mT 处理与对照差异显
著.调查表明,分蘖数以 200 mT 处理最多, 400 mT
最少; 200 mT 处理除与 100和 300 mT 差异不显著
外,与其它几个水平的处理差异均显著; 400 mT 处
理除与 500 mT 和对照差异显著外, 与其它几个水
平的处理差异均不显著. 单株根数以 400 mT 处理
最多, 其它依次为 200、300、100 和 500 mT, 最少的
为对照. 不同磁场强度处理土壤的小麦的根数与对
照相比均达到差异显著水平.由此可见,磁处理土壤
能够通过土壤健康质量的改善[ 11]有效地促进土壤
- 小麦系统的健康及小麦根系的生长. 进一步比较
的结果, 400 mT 除未与 200 mT 处理差异不显著
外,与其它几个水平的处理差异均显著. 200 mT 处
理与 100和 500 mT 处理差异显著, 而 100 mT 与
500 mT 处理间差异不显著.单株叶面积 200 mT 处
理最大, 其次为 300和 100 mT 处理,分别比对照增
加 2011%、1536%、1181% , 与对照相比均达到
显著差异水平. 400和500 mT 处理的单株叶面积虽
然高于对照,但显著差异未达到水平.
从以上调查结果可以看出, 不同磁场强度处理
土壤对小麦苗期各种性状的影响并不相同.总体来
看,以 200 mT 处理为适于小麦苗期健康生长的最
佳土壤处理.
34 磁处理土壤对成熟小麦生物学指标的影响
在小麦成熟收获后进行生物学考种, 考查指标
包括主穗株高、有效穗数、主穗长、不孕小穗数、结实
小穗数、平均穗粒数、千粒重、地上部生物量、产量和
茎杆重等(表 4) . 由表 4可以看出, 100和 300 mT
处理的主穗株高比对照低 05~ 23 cm, 其余的处
理比对照高 23~ 38 cm, 各个处理间均未达到显
著差异水平.因此可以认为,磁处理土壤对小麦的主
穗株高影响不大. 主穗长以 500 mT 处理为最大,其
余依次为 400 mT、200 mT、CK、300 mT 和100 mT
处理.
成熟小麦有效穗数以 200 mT 处理为最多, 其
次是 500 mT 处理, 且200 mT 处理与对照和其它几
个处理差异显著. 100、300和 400 mT 处理与对照相
比未达到显著差异水平,看来 300 mT 处理能够增
加小麦的有效分蘖数. 不孕小穗数除 100 mT 处理
略高于对照外, 其它各处理都低于对照, 其中 400
mT 处理的不孕小穗数最少, 与对照平均相差 124
个.结实小穗数除 100 mT 处理低于对照外, 其余均
高于对照 045~ 172个,其中以 500 mT 处理为最
多,其次为 400、200和 300 mT 处理.
平均穗粒数以 200 mT 处理为最多, 平均达
3049粒, 其次是 500、400、300和 100 mT 处理. 除
100 mT 外, 其余几个处理与对照相比达到差异显著
水平. 100和 300 mT 处理的千粒重高于对照,但差
异不显著,而其余几个处理的千粒重则低于对照.产
量以500 mT 处理为最高,其次是 400和 200 mT 处
理, 分别提高1176%、915%、8 17% ,与对照产量
204711 期 顾继光等: 土壤小麦生态系统的磁致效应及其生态指示
表 4 土壤磁处理对成熟小麦生物学指标的影响
Table 4 Effect of soil magnetization on biological indexes of mature wheat plants
磁场强度
Intensity of
magnetic f ields
( mT)
主穗株高
Height
( cm)
有效穗数
Fertilizer ears
number
( ind. spike- 1)
主穗长
Length
(cm)
不孕小穗数
Sterile ears
number
( ind. spike- 1)
结实小穗数
Sett ing ears
number
( ind. spike- 1)
平均穗粒数
Average grain
number per ear
( ind. spike- 1)
千粒重
Average weight
per 1000
( g)
产量
Yield
(g∀plant- 1)
茎秆重
Stem
w eight
( g∀plant- 1)
地上部生物量
Above
biomass
( g∀plant- 1)
CK 894 287b 858 255 1420 2528c 3805a 275b 385b 661b
100 871 276b 842 262 1415 2687bc 3902a 288ab 368b 656b
200 932 312a 881 185 1548 3049a 3191b 298a 439a 736a
300 889 270b 856 217 1465 2752b 3840a 285ab 366b 651b
400 923 288b 887 131 1587 2765b 3776a 302a 459a 761a
500 917 304ab 918 212 1592 2937ab 3449b 308a 474a 782a
差异均显著. 100和300 mT 处理产量与对照差异均
不显著. 200、400和500 mT 处理茎杆重比对照分别
增加 1402%、1937%、231%, 并达到显著差异水
平; 100和 300 mT 低于对照, 但未达到显著差异水
平. 200、400和 500 mT 处理的地上部生物量比对照
分别增加 1189%、1522%、1830% , 并达到显著
差异水平; 100和 300 mT 地上部生物量低于对照,
但未达到显著差异水平. 由此可见,磁处理土壤对小
麦茎杆重和地上部生物量的影响趋势一致.
4 结 论
41 磁处理棕壤盆栽小麦,使小麦提前出苗, 出苗
整齐一致.
42 磁处理土壤增加小麦幼苗的株高、主茎叶片
数、分蘖数、单株根数和单株叶面积等生物学健康指
标.
43 磁处理土壤使小麦根系的总吸收面积、活跃吸
收面积、活跃吸收面积占总吸收面积的百分比提高;
44 磁处理土壤增加成熟小麦的有效穗数、结实小
穗数、平均穗粒数、千粒重,减少不孕小穗数, 提高小
麦的生物学产量;
45 土壤磁处理可引起土壤小麦系统整体健康效
应的改变, 从而具有对健康的生态指示作用, 200
mT 处理为适于小麦健康生长的最佳土壤磁处理参
数.
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15 Zhou QX( 周启星) . 2004. S oil Health Quality and Agriculture
Product Safety. Beijing: S cience Press. ( in Chinese)
作者简介 顾继光, 男, 1966 年生,博士后, 主要从事土壤健
康质量与修复研究, 发表论文 10 余篇. Email: gujiguang @
hotmail. com
2048 应 用 生 态 学 报 15卷