全 文 ：第 19卷第 2期
1 999年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOI OGICA SINICA
V o1．1 9．No．2
M ar ，1999
7Y／．2 乒
赤黄壤酸化后对油松种子萌发的影响
秽 ，，
⋯ ⋯ ⋯ ⋯
摘要 赤黄壤酸 }艺后．化学性质和物理性质均发生明显变化，pH值 F降，并淋藩出大量对植物生长有害的
离子=土壤团粒结构受到破坏 ．土壤的佩亦性增加，通气 性变差，粘度增加 袖拙种子在酸化后的赤黄壤中
萌发率 F降，其直接原圉是土中 Al离于七量增加， 接原图屉土壤 pH值下降(pH≥3 5)。部甘油栓种子萌
发后 ．田土壤枯度增删，针叶馥牯在土内，虽终导致幼苗死 。赤黄壤粘度增加是由于土壤酸化后．粒径普遍
变小，尤其是小于 25e>m的小团粒数量增加造成的。
关键词查苎竺竺兰，选拯 要二，土 旦墼± _帖度 彳 i镟 ^
EFFECT oF RED—YELL0W SOlL ACIDIFEICATIoN oN
SEED GERM INATIoN oF CHINESE PINE
TANG Hong—Shou
Research Center知r 0也 lironmemgl Sci~*wea，ChineseAcademy qf Sdences．B lJing．100085．China)
Abstract After acid treatment，the chemical and physical properties of red yellow soil sig—
nificantly changed，The pH decreased，and numerous AI ions，which are harmful to plant
growth，were leached．The structure of soil aggregates was damaged，followed by an in—
crease of soil stickiness and water maintainabilitv，and a decrease of air penetrability．The
germination of Chinese Pine(Pinus tabulacformic Cart)，seeds decreased after sowed in
red—yellow soil acidified by H?SO4 solution．The direct cause was an increase of a large
number A1 ionstand the indirect cause was pH decrease(pH≥ 3．5)．After a part of seeds
germinated，for the stickiness of soil increased t the needles were sticked together in the
soil．and finally the seedings died，The stickiness increase of red—yellow soil was caused by
the universal change because of the diameter of soil aggregates which became to be small
er，and by the increase of micr0一aggr gates which are less than 250,um，
Key words red—yellow soil acidification，Chinese Pine germination，A1 ion，soil aggreagte，
soil stickiness．
酸沉降污染在我国西南地区较为严重 ，四川、贵州两省多数地 区均有不同程度的酸雨 ，且有逐渐扩大
的趋势。。。 自 7o年代末．在西南地区多处发生因酸沉降污染而引起的大面积森林衰亡。 1996年下半年
本研究得到 Tsumugu Tolsuka教授和 Masatoshl Aoki教授的热情指导 ，在此表示感谢
收稿日期；1998 u5 04，修改穑收到 日期：1996·09 05
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2期 唐鸿寿：赤黄壤酸化后对油松种子萌发的影响 2O1
对四川省茂县的考察发展 一当地也有酸沉降发生．而且有大面积油检(Pinus tahutacformic Carr．)死亡 油
松死亡的原园较为复杂。但酸沉降污染是不能排踪的重要原因之 一．因此，开展酸沉降污染对油松生长影
响的系统研究十分必要 考虑到酸沉降不仅可以直接影响森林的生长，还 可以通过酸化土壤 间接对森林的
生长造成影响”l。囤此在开展酸沉降对油挫生长影响的系统研究 中．应将土壤酸化对油松生长影响作为研
究内容之 ⋯；为保证试验条件均一一不受外界环境 干扰．本试验全部在』、工气候箱内进行。光照为自然光
(太 阳光 )．温、湿条件模拟当地雨季油挫种子播种季节的一般自然气候条件 。
1 材料与方法
1．1 实验材料
植物材料为油栏 ，种子 由北京市林木种子站提供 实验用土 系母岩为非固结性沉积岩的赤黄壤 ，采 自
日本 国爱知县丰桥市实验农场 ．采土深度 0~40cm．备用土过 5ram筛。
1．2 土壤酸化处理
按每升土加入 1 00m[0．3N，0．6N和 0．9N HzSO 水溶液，分别对处理 1、处理 2和处理 3的土壤进 行
酸化处理 ；3d后一按处理 1、处理 2、处理 3和对照土壤体积加入 3倍量无离子水浸泡 ，1周后将水滤掉 ，上述
土壤分别装入容量为 500m]的聚乙烯 花盘内备用=
1 3 种子播种
油轮种子经 65 C温水浸种 24h后，用 0．5％高锰酸钾消毒 $0rmr~，播种于处理 l、处理 2、处理 3和对照
土内，播种深度 0．5cm．每盆播种 1 5粒 ．每个处理 2O盆，此后每 日喷洒无离子水
1．4 不同 pH 条件下油栓种子萌发实验
将油松种子播种于底部垫 有滤纸的玻璃培养皿 内，每个培养皿播种 30粒种子，每个处理 1O个培养
皿 ，用 pH3．0，pHa．5一pH4．0和 pH5．6(对照)的 H SO 水溶蒗每 日浸湿滤纸
1 5 不同 A1离子浓度条件下油松种子萌发实验
将 油拾种子播种于底部垫有滤纸的培养皿内．每个培 养皿内播种 30粒种子，每个处理 10个培养皿 ，
AICIa为溶质，配制Al离子浓度分别为 0mg／L(对照)，1 0mg／L 30mg／L，50mg／L和 70mg／L的水溶液，
并将上述溶液用 H SO 调至 pH4．0，每日按各处理 浸湿滤纸。
1．6 环境条件
上述花盆和培养皿垒部置于室外同一 自然光 (太阳光)型 日本 KOITO公 司的^工气候箱内。在人工气
候箱内，6：oo～1 6：00温度为 25C．18：0o～4：00为 I8C，4：0o～6：00和 i 6；O0～18：00为温度过
渡时间。相对湿度 24h恒定 70
1．7 土壤团粒分析方法参见文献[67。
1．8 土壤三积(土、水、空气体积)分析
用容量 为 1OOml的土壤环刀取土拌。分别称湿重和 1O5℃ 24h烘干后的干重 ．重量差为水的重量．即可
换算出水体积。土的体积用阿基米德定律涮出。空气体积一100m!一水体积一土体积。
1．9 土壤 pH值和元素分析
将风干土壤过孔径为 5ram 的土壤筛，取 log风干土与 25ml无离子水或 25ml lmol／L KC1水溶液混
台 一振荡 10rain后静止 1h，用 日本 HORIBA公司 M一12型 pH计测土的 pH值 。在室温 25℃条件下 +取 10g
风干土拌与 50ml无离子水混台 ，连续振荡 60rain．滤纸过滤后 +用 日本 SHIMADZS公司 AA一670／Or一6型
原子吸收分光仪测 Ca，Mg，K+A1和 Mn等元 素。
上述全部实验于 1997 04—01～1997—08—31在 日本东京农工大学 内完成 。
2 结果与分析
2 1 土壤溶液 pH和元素浓度
从表 I可见一土壤酸化后。其 pH值随 H SO．加入量的增 加而下降．与对照相 比．在处理 I、2、3中 。pH
* 待发表
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202 生 态 学 报 19卷
分别下降 0．77、1．16和 1．27 随着土壤 pH的下降 ，土 中可溶性 AI离子和 Mn离子明显增加 。Mn离子在
处理 1、2、3中分剐是对照 18．5倍 、27．5倍和 28倍 。Al离子在处理 1、2、3中分别是对照 17．2倍、163倍和
448倍。AI离子浓度与土的 pH 值呈明显负相关。K，Ca．Mg离子浓度也随土壤 pH值下降而增加·但增加
幅度 小于 Al离子，而 且在 3个处理中 K，Ca，Mg离子浓度差异不大。
表 l 油松种子播种前的赤黄壤溶液pH值和元素浓度
Table l Element concentration and pH of soil solution analysis conducted just before sowing
the Chinese Pine seeds to the potted red—yellow soil
上数据为 4攻测定的平均值．括弧内数字为标准差。Each value is the mean of 4 determination·Vatue in parenthe
sis shows stanaa deviation．
2．2 水稳定性 土壤团粒分析
土壤酸化处理后，各级筛上的土壤残 留累积率均小于对照。换言之．随着 H：s0 添加量增加．各级筛的
土壤累积通过率都 比对照增 加了(表 2)．筛的孔径越小．土壤的 pH值越低．处理与对照之间的差异越大 ，
在 0．5ram 筛，处理 1、2、3的累积通过率分别是对照的 123 ，144％和 148 f在 0．3mm 筛 ，处理 1、2、3的
累积通过率分别是对照的 u8 ，157％~ 161％}在 0．Imm 筛．处理 1、2、3的 累积通过率分别是对照的
114 ，l60 和 200 。这说明土壤经酸化处理后，土团粒分散明显，土 团粒的直径随土的 pH值 下降而下
降
2．3 土壤的三积(土、水、空气体积)分析
赤黄壤酸化后 ．三积 (土、水、空气体积)发生了明显变化(表 3)，在处理 1、2、3中，空气体积分别是对照
的 43％，34 和 25％，水体积分别是对照的 166 ．170％和 1 75％；土体积 分别是对照的 1]6 ·124 和
131 。上述结果表明，在相同容积条件下．赤黄壤中空气所占比例随土的 pH值下降而减少 ·水和土颗粒的
比例随土的 pH下降而增加 。即土壤酸化后，土壤 的保水性增强了，而通气性下降了。
2．4 种子萌发状况
在处理 1中，油松的发芽率与对照相比稍有增加(表 4)，但在处理 2中明显下降 ，在处理 3中发芽率几
乎为零 表 5中列出了油松在处理 2中的萌发状况t一些种子萌发正常t而后发育为正常幼苗。另一些种子
萌发后 ，其弯曲的茎可以露 出地面 ，但 由于土壤酸化后变粘t阻力增 大，针叶被粘在土里t无法随茎在 生长
伸直过程 中破土而出，其中一部分由于生长应力的作用，弯曲的茎 自行折断。另 一部分针叶被粘在土中，在
幼茎 生长伸直过程中，反而根被拔出，倒立于土壤之上。这两种状况的结果是松卣死亡。另外，还有一些种
子根本不萌发。
在表 6中可见，当 A1离子浓度为 lOmg／L的情况下，油橙萌发率与对照相 比略有下降，在 30mg／L和
50rag／L处理中 ，萌发率 比对照分别下降 10．7 和 37 ，当 A1离子浓度为 70mg／L时 ，油 松种子 吸胀后，
仅有部分种子的种皮可以裂开 ，但不能萌发为幼苗 。上述结果表明，当 Al离子浓度≤50mg／1 时，虽然油松
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2期 唐鸿寿 ：赤黄壤酸化后对油松种子萌发的影响 203
种子萌发率下降 ，但仍可萌发。
从表 7可见，油松种子在 pH4．o时萌发率最高 ，可达对照的 1 29 ；pH3．5时萌发率为对照的 108％；
当 pH3．0时 ，萌发率明显下降，比对照低 42 ，但仍 可萌发
表 2 油松种子播种前赤黄壤的水稳定性团粒分析
Table 2 Analysis of water—stable aggregates of red-yellow soil conducted just before
so wing the Chinese Pine seeds
RR }re~ in ratio，RAR i remain accumulation ratio，PTAR：passthrough accumulation raria
，PTAR／PTARC!W AR／
PTAR of controlI以上数据为 3敬测定的平均值，括弧由数字为标准差 Each valueisthe of 3 det Lnati Value
in pa~nthesis shows standard deviation．
表 3 油松种子播种前赤黄壤的三积分析
Table 3 The result of three phases of red—yellow soil analysis conducted
just before sowing the Chinese Pine seds in the soil(％ )
以上数据为 3敬测定的平均值 ，括弧 由数字为标准差。Eack value is the㈣ of 3 determirtatio㈨V 【ue jn口帅 the
sis she ws standard deviat Jo
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204 生 态 学 报 19卷
表 4 赤黄壤酸化后油松种子萌发率
Table 4 Germination of Chinese Pine seeds sowed in red—yellow soil treated with H±SO。solution
*P< 0．05 * *Pd 0．0l
表 5 油松种子在处理 2土壤中的萌发状况
Tahie 5 Germination status of Chinese Pine seeds sowed in the soil of treatment 2
表 6 不同 Al离子浓度条件下油松种子萌发率
Tahie 6 Germinat1on of Chinese Pine seeds with different concentration of AI ion
表 7 不同 pH条件下油松种子萌发率
Table 7 Germ ination of Chinese Pine seeds with different pH
3 讨论
土 壤团粒结构是 由大团粒相互粘台形 啦的，而 夫团粒是 由小团粒相互牯 台而成 的。Edwards等指
出”剖，太团粒和小团粒之间的粒径分界线 是 250~m，即直径大于 250~m的团粒 为大团粒，小于 250t,~m 的
团粒为小团粒 ，并认 为大团粒间的牯液成分与小团粒 间的粘液成分不同，而 且粘结强度也不同，小团粒 间
粘液 的粘结强度高于大圃越 。因此 ，在土壤样品中 ．如果小团粒的 比例增 加，土壤就会变粘 在本研究中，能
通过 1∞ m筛的团粒 当然属于小团粒 。处理 2和处理 3的土壤佯品在 lO0~m 筛的通过率分别为对 照的
160 和 200 ，可见在 处理 2和处理 3中，土壤变粘是 由于土壤酸化后小冈粒数量增多造成的
在酸化处理后 ．赤黄壤的团粒结构受到破坏 ，土壤的物理性质发生明显变化，遇水后易于分散 ．失水后
叉马上凝聚 ，并在土壤表面形成 一层硬壳 ．这种硬壳一旦形成．水和空气都很难通过 ，植物种子也很难穿过
硬壳萌发 】 在处理 2和处理 3中都有硬壳现象发生 另外 ．在处理 2和 处理 3中，由于土壤酸化后．土团
粒直径普遍变小，使土壤的三积发生变化 ．土壤中空气与对照 比明显减少。在处理 2和处理 3中 ，空气体积
分别只有对照的 34 和 25 ．加之硬壳存在 ，土壤 内空气很难与外 界的空气进 行交换 ．与对 照相 比，无法
提供 充足的空气供油松种子呼吸．因此 ．不排除土中空气过少也是造成种 丁：萌发率下降的原因之一
M．Miwa和 C．Lee等报道 ”“。．在土壤酸化过程中．当土壤 pH>4 0时．仅淋溶出少量 Al离 子．当土
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2期 唐鸿寿：赤黄壤睦化旨对油经种子嗨发的影响 205
壤 pH≤4 0时，则淋溶 出大量 Al离 了．本实验中也观察到娄似现象 可溶 眭At离子的大量增加 ．会对 植物
产生严重的毒害作片j，造成植物生长缓慢 ．共 北 ： ’ 本研究 同 AI离子浓度条件 下油橙种子 萌
发实验表明．1与Al离子浓度达 30mg／L时 ．油舱种子葫靛率即开始 F降．达 5omg，I 时．萌发率仅为对照的
63 ，达 7Brag／1 ．则完全不萌垃。C．1 e 等报道 ．Mn和 Al对植物均有毒害作用 ．但 A】曲毒害较强 本实
验 中．处理 2和处理 3的 Mn离 浓度基奉 问 ．AI离子在处理 3巾是处理 2的 3倍 ，种子在处理 2中可“
萌发 -在处理 3中几乎不萌发， 然是 A】离子在起作哪。在率实验中．由 Mn离子浓度增加很小．因而对
种予萌疑影响较小。因此认为t在处理 2中种 萌发率 1 降、处理 3 1i种 几 乎不萌发．主要是 由于 Al离
F增 加造成的
在 土壤酸化后 ，也淋溶出少鼍 Ca．Mg、K等兀素，由于这 是植物生K的必需元素 ．且离子浓度变化不
火，不影响油怪种于萌发率0j
在不同 pH 条件 l、的种子萌发实验 中发现(表 7)． 纯降低坪境 pH值(pH≥3．5)未能发现油松种 F
萌发率 『 降 这说明 齐黄壤酸化后(表 1)．导致 ：壤 pH侑 F降．但 pH值下降 足造成种子萌发率下降的
接原因 ，其 蓖接原 同是 Al离子的增加 pH值的降低是造成种 r萌是率 F降的间接原 因，它导致淋溶 出
大量对油松种 子有害的 离子=
在处理 2中，当 Al离子浓度为 26mg／1 时(表 1)．{dl樵 种于萌蛀率为 22．3％(表 4) 在不同 Al离子浓
度对种 子萌发率影响的试验 中(表 6)．当 离子浓度 为 30mg／L时，种子萌发率为 3,1．2 ，略高于处理 2
的种子萌发率。其原因可能是种子在培养皿中空气充足．且尢 土覆盖 ，种子萌发阻力较 小。而在处理 2
中．由于泥土覆盖．土壤中空气相对不足．加之土壤酸化后粒径变小 ．黏度增加，均增加 了种子萌发难度
实验中还发现，当环境 pH值在 4．0左右时．油橙种子萌发率稍高 r对照。斐地 曾用 H 0 对油松种
催芽t“提高萌发率。低浓度的H 【) 和H SO 对油松种皮均有轻度腐蚀作用，可 降低种皮强度，井促
进种子吸胀 这可能是提高萌发率的原冈之 一，年于提高萌发率的生理机制．还需进 一步研究。
参 考 文 献
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