全 文 ：第 21 卷 第 2 期 植 物 研 究 2001年 4 月
Vol.21 No.2 BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Apr., 2001
珍稀濒危植物矮牡丹体内矿质元素的研究
上官铁梁 张 红 席玉英 丹 阳
(山西大学环境科学系 ,太原 030006)
摘 要 采用原子吸收分光光度法测定了矮牡丹体内的 10种矿质元素 ,即 K 、Mg 、Mn 、Fe、Ni 、
Zn 、Cu 、Cd 、Cr 、Pb。分析了矿质元素在矮牡丹体内的分布规律及矮牡丹对各种元素的富集能力 。
结果表明:在不同器官中的矿质元素含量有显著差异 , K 、Mg 、Mn 、Ni 、Cd 、Cr 、Pb 以叶中为高 ,
Fe、Zn 、Cu分别以根 、茎 、叶柄中含量最高;大多数元素在叶柄中含量最低 。矮牡丹对 K 、Mg 、Mn 、
Fe、Zn有较强的吸收富集能力 ,一般叶的富集系数较其它器官为高 。元素间相关分析表明:Zn 、
Cd 、Cr 、Pb 、Mn 、Fe、Ni 、Cu之间有显著的相关性 ,K 、Mg 之间的相关性显著 。此外 ,土壤与植物体
内元素含量表现出显著的相关性。
关键词 矮牡丹;矿质元素;富集系数;相关性
STUDIES ON THE MINERAL ELEMENTS DISTRIBUTIONOF
PAEONIA SUFFRUTICOSA VAR.SPONTANEA IN JISHAN ,SHANXI ,CHI-
NA
SHANG Guan Tie-liang ZHANG Hong XI Yu-ying DAN Yang
(Department of Environmental Science , Shanxi University , Taiyuan , 030006 , China)
Abstract 10 kinds of mineral elements(Cd , Cr , Mn , Ni , Pb , Cu ,Fe , Zn , K and Mg )of Paeonia
su f frut icosa var.spontanea in Jishan , shanxi province w ere determinated by atomic absorption spec-
troscopy , the dist ribution characterist ics and the accumulation index w ere also investigated in this pa-
per.The results show s that there is evident dif ference of the mineral elements in different organs.
The contents of K ,Mg ,Mn , Ni , Cd ,Cr ,Pb are higher in leaves and Fe ,Zn ,Cu are higher in roo t ,
stem and petiole.Majority mineral elements are minimum .On analyzing the concentration facto r of
all the elements , the concentration facto r of K ,Mg , Mn , Fe , Zn are higher in Paeonia suf fruticosa
var.spontanea , the concentration facto r of leaf were higher than other organs.the correlation among
Zn , Cd , Cr , Pb , Mn , Fe , Ni and Cu were statistically significant.In addition , relationship betw een
all the elements w ere studied by means of co rrelation analysis.The results are as follows:There are
significant correlation among Zn , Cd , Cr , Pb , Mn , Fe , Cu and Ni , and the correlation w ere statis-
tically signif icant between K and Mg .Moreover , There existed a significant co rrelation betw een the
elements in soil and plant.
Key words Paeonia suf fruticosa var.spontanea ,Mineral element , Concentrat ion factor , Correla-
tion
第一作者简介:上官铁梁(1955-),男 ,副教授 ,植物生态学和生物多样性。
国家自然科学基金重大项目(No.39391500)和山西省自然科学基金项目(No.981023)
收稿日期:1999-11-29
矮牡丹(Paeonia suf fruticosa var.spontanea)
属毛莨科芍药属植物 ,为我国特有种。在山西省稷
山县的马家沟集中分布 ,一般生长在海拔 1000 ～
1800米的次生林下或灌木丛中。矮牡丹是栽培牡
丹的原始种之一 ,为我国宝贵的花卉和药用植物种
质资源 ,具有观赏 、药用价值。由于人类长期对其生
存环境的破坏和过量采集 ,其分布范围逐渐减小 ,种
群数量日益减少 。已被列为国家三级珍稀濒危保护
植物[ 1 ,2] 。矮牡丹形态的独特性和分布的特有性 ,
对于区系研究和植物系统发育研究均有特殊的意
义。如张寿洲等报道了矮牡丹小孢子母细胞存在减
数分裂异常现象 ,从细胞水平上探讨了矮牡丹可能
的濒危机理[ 3] ;罗毅波等对其开花习性 、传粉生物
学及繁育系统进行了研究 ,揭示了矮牡丹的生殖特
性 ,探讨了矮牡丹的濒危状态与生殖生物学的关
系[ 4] ;上官铁梁等运用数学方法预测了矮牡丹无性
系小株生物量以及不同样地种群生物量 ,给出了矮
牡丹生物量的预测模型 ,探讨了不同环境中矮牡丹
种群生物量的变化规律及其原因[ 5] 。郑凤英等对
矮牡丹生存群落进行了数量分类和种间关系研
究[ 6] 。本文研究了矮牡丹体内无机元素的分布规
律 、元素之间以及植物与土壤之间的相互关系 ,以期
补充这方面的缺憾。
1 研究区域概况
马家沟位于山西省稷山县内 ,地处吕梁山脉南
端 ,地理坐标为 35°37 N ,110°57 E。属暖温带半
湿润气候区 ,年均气温 12℃,7 月均温 26℃,1 月均
温-3.5℃,年降水量 500mm 左右 ,年无霜期 190d ,
全年日照时数 2382h ,土壤类型主要为山地淋溶褐
土 ,植被区划上属暖温带落叶阔叶林区。由于人为
活动的长期扰动 ,现状植被为次生植被 ,主要有辽东
栎(Quercus l iaotungensis)林 , 子栎 (Q .baroni i)
林 ,辽东栎林 +子栎林 ,荆条(Vitex negundo var.
heterphy lla)灌丛 ,黄刺玫(Rosa xanthina)灌丛 ,翅
果油树(Elaeagnus moll is)灌丛和红柄白鹃梅(Ex-
ochorda giraldi i)灌丛 , 白羊草(Bothriochloa is-
chaemum)草丛 ,蒿类(Artem isia spp.)草丛等〔6〕。
2 样品采集与分析
本文研究的植物和土壤样品于 1995年 5月 10
日采自山西省稷山马家沟村巧儿沟 , 海拔高度
1180m的辽东栎林+ 子栎林下 。样品带回室内 ,
在 100℃通风干燥箱内烘至恒重后 ,用 FZ102 型植
物试样粉碎机磨成粉末 ,待测 。土壤样品烘干后碾
碎过 110目筛 ,混合均匀待测 。
样品分析与测定方法均按照国家标准环境分析
方法进行[ 7] 。植物样品的消化 ,用浓硝酸-高氯酸
加热消化法;土壤样品 ,用王水和高氯酸消化法 ,(土
样中的 Cr 用浓磷酸-浓硫酸-浓硝酸硝化法 ,)。
同时用去离子水作空白对照 ,
除土样中的 Cr采用 721型分光光度计二苯碳
酰二肼比色法测定外 ,其它元素均采用原子分光光
度法测定 。
3 结果与讨论
3.1 无机元素在植物体内和土壤中的分布规律
由表 1可知 ,不同元素在植物体内和土壤中的
含量不同 。其中 ,以 K 元素的含量为最
表1 矮牡丹各部位及生境土壤中元素含量
Table 1 The elements contents in paeonia
suff ruticosa var.spontanea and soil/mg/
kg
元素
Elements
叶
Leaf
叶柄
Petiole
茎
Stem
根
Roo t
土壤
Soil
K 4495.61 3147.60 1342.4 2240.2 5181.65
Fe 398.60 65.07 249.45 443.23 880.53
Mn 16.95 6.01 8.79 9.74 308.24
Cu 5.26 5.26 7.07 5.93 21.48
N i 2.96 1.99 2.01 2.34 25.98
Cd 0.42 0.30 0.39 0.39 1.89
Cr 4.10 1.86 2.42 2.92 30.69
Pb 4.30 1.40 3.78 2.24 16.88
Zn 16.56 11.84 24.06 20.11 54.61
Mg 2035.99 1134.59 477.01 695.55 3298.98
多 ,其次为 Mg ,Fe ,在植物各器官中的含量一般大
于 240mg/kg ,土壤中含量也基本在 800mg/kg 以
上 ,对植物来说 ,这些元素属于生长发育的必需元
素 ,不会对植物造成伤害。各器官中含量低于
10mg/kg 的元素有 Cr , Cu , Pb , Ni , Cd ,它们在土壤
中含量也较少 ,其中各器官 Cd 的含量均小于 0.
5mg/kg ,其土壤中含量也最少。由此可见 ,植物体
内无机元素的含量与该元素在土壤中的含量水平是
相一致的。与环境中背景值相比[ 8 , 9] , Cd的含量略
高。这说明矮牡丹生长环境也受到了一定程度的污
染 ,这可能与当地的焦化工业有关 。但从其它大多
数元素含量来看 ,都处于自然背景值的中下水平 ,即
该区属于清洁山区。
2632 期 上官铁梁等:珍稀濒危植物矮牡丹体内矿质元素的研究
3.2 矮牡丹不同部位元素的分布规律
矿质元素在植物体各器官分布的差异 ,一方面
受各器官代谢水平和生理活动的影响 ,另一方面与
元素本身的迁移 、转化等特性有关 。分析结果表明:
矮牡丹体内 K , Mg ,Mn ,Ni ,Cd , Cr , Pb以叶中为高 ,
Fe ,Zn ,Cu分别以根 ,茎 ,叶柄中含量最高;Mn ,Ni ,
Cd ,C r ,Zn ,Cu在根中的含量也较高;大多数元素在
叶柄中含量最低。一般来说 ,新陈代谢旺盛的叶和
根含量高 ,而支持和输导组织发达的茎和叶柄中的
含量少 。同时从表 1 可以看出 ,土壤中各元素的含
量水平与各器官中的含量水平有明显的一致性。值
得注意的是矮牡丹叶中 Ni ,Cd ,Cr ,Pb ,Mg , Mn的含
量高于其它器官的现象 , 与许多植物明显不
同〔10～ 12〕 ,尚待进一步深入研究 。
3.3 矮牡丹对土壤的富集系数
植物对土壤中无机元素的吸收富集能力可以用
富集系数来表 3示:
Ef(富集系数)=Pe(植物体内某种元素的浓
度)/Se(土壤中该元素的浓度)
从本质而言 ,富集系数取决于植物对矿质元素
的需求量 ,亦与土壤中该元素的含量和存在状态有
关。从表 2可知 ,矮牡丹对 K , Mg , Fe ,Zn比其它元
素为高 ,因为 ,这些元素都是植物生长所必需的元
素 ,对它们有较强的吸收富集能力也就不足为奇了 。
从各器官富集的情况除 Zn和 Cu是茎的富集系数
最大外 , 其余元素是叶的富集系数最大。Mn , Ni ,
Cd , Cr , Pb在矮牡丹体内的积累趋势与其分布规律
基本相似。但同时也发现 ,矮牡丹对 Pb , Cd ,Ni , Cr
有一定的富集性;Mn元素的富集系数最小 ,这可能
与选择吸收有关。另外 ,从各部位富集情况来看 ,基
本表现为叶>根>茎>叶柄。
表 2 稷山矮牡丹各部位对土壤的富集系数
Table 2 Accumulation index of paeonia suffruticosa
var.spontanea to soil in jishan
元素
Elements
叶
Leaf
叶柄
Petiole
茎
Stem
根
Root
K 0.87 0.61 0.26 0.43
Mg 0.62 0.34 0.14 0.21
Fe 0.45 0.07 0.28 0.50
Zn 0.30 0.22 0.44 0.37
Cu 0.24 0.24 0.33 0.28
Pb 0.25 0.08 0.22 0.13
Cd 0.22 0.16 0.21 0.21
Cr 0.13 0.06 0.08 0.10
N i 0.11 0.08 0.08 0.09
Mn 0.05 0.02 0.03 0.03
3.4 稷山矮牡丹及土壤中无机元素的相关关系
对各元素之间进行相关分析 ,结果见表 3。
从矮牡丹体内元素的相关矩阵知 , Cd , Cr , Cu ,
Mn ,Fe ,Ni ,Pb ,Zn 都有较好的相关 ,而 K , Mg 之间
相关系数较大 。采用 Pearson 相关分析的结果表
明 ,土壤与各器官中元素含量有显著的相关性 ,相关
系数分别为根(0.955＊＊), 茎(0.967＊＊), 叶(0.
986＊＊)和叶柄(0.964＊＊)。
表 3 稷山矮牡丹元素间相关矩阵
Table 3 Correlation matrix of elements about paeonia suffruticosa var.spontanea
Cd Cr Cu Fe K Mg Ni Pb Mn Zn
Cd 1
Cr 0.9993＊＊ 1
Cu 0.9942＊＊ 0.9903＊＊ 1
Fe 0.8987＊＊ 0.8964＊＊ 0.8716＊ 1
K 0.6771 0.7021 0.6014 0.6294 1
Mg 0.8620＊ 0.8780＊＊ 0.8093＊ 0.7879 0.9515＊＊ 1
Ni 0.9989＊＊ 0.9995＊＊ 0.9919＊＊ 0.8846＊＊ 0.6943 8713＊＊ 1
Pb 0.9911＊＊ 0.9898＊＊ 0.9836＊＊ 0.9039＊＊ 0.6856 0.8749＊ 0.9865＊＊ 1
Mn 0.9991＊＊ 0.9993＊＊ 0.9931＊＊ 0.8827＊＊ 0.6879 0.8675＊ 0.9999＊＊ 0.9870＊＊ 1
Zn 0.9728＊＊ 0.9640＊＊ 0.9839＊＊ 0.9051＊＊ 0.5125 0.7462 0.9623＊＊ 0.9735＊＊ 0.9642＊＊ 1
＊＊p≤0.05 ＊p≤0.10
264 植 物 研 究 21 卷
4 结论
本文对山西省稷山矮牡丹体内的 10种矿质元
素含量分布特征 ,植物的富集系数 ,矿质元素在植物
体与土壤之间 ,不同器官之间的相关性进行了初步
研究 ,结果表明:
4.1 稷山马家沟矮牡丹种群生境土壤中的矿质元
素含量基本在国家背景值以内 ,只有 Cd 含量较高 ,
表明其生境已受到了轻微的污染。
4.2 矮牡丹体内 K , Mg , Mn ,Ni ,Cd , Cr , Pb以叶中
为高 , Fe ,Zn , Cu 分别以根 ,茎 ,叶柄中含量最高;
Mn , Ni ,Cd ,Cr ,Zn ,Cu在根中的含量也较高;大多数
元素在叶柄中含量最低 。一般来说 ,新陈代谢旺盛
的叶和根含量高 ,而支持和输导组织发达的茎和叶
柄中的含量少。
4.3 矮牡丹对 K , Mg , Fe , Zn 富集比其它元素为
高 ,因为 ,这些元素都是植物生长所必需的元素 ,从
各器官富集的情况除 Zn和 Cu是茎的富集系数最
大外 ,其余元素是叶的富集系数最大。各部位富集
基本表现为叶>根>茎>叶柄 。
4.4 所分析的十种元素之间 , Cd ,Cr , Cu ,Mn , Fe ,
Ni ,Pb ,Zn之间具有显著的相关性 ,而 K ,Mg 之间
相关系数较大。土壤与各器官中元素的含量显著相
关。
参 考 文 献
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