鋁在土壤

前言

　　長期以來，土壤酸性被認(rèn)為是世界上許多地區(qū)農(nóng)作物和牧草生產(chǎn)的重要限制因子，它影響著熱帶、亞熱帶和溫帶的農(nóng)業(yè)發(fā)展，也是導(dǎo)致森林大面積退化的重要因素。全世界大約40％以上的耕地屬酸性土壤，而我國酸性土遍及14個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)，面積達(dá)218萬km。，占全國土地面積的22．7％。由于不當(dāng)耕作措施和酸雨等的影響而形成的環(huán)境酸化還在不斷增加酸性土壤的面積和危害性。酸性土壤中鋁的毒害是植物生長最主要的限制因素，在pH低于5．O時(shí)問題尤為嚴(yán)重?！　′X是自然界含量最多的金屬元素，占地殼總重量的7．45％，鋁也是組成土壤無機(jī)礦物的主要元素。通常條件下，土壤鋁主要以鋁硅酸鹽礦物和氧化物等形態(tài)存在于土壤同相部分。當(dāng)土壤發(fā)生酸化時(shí)，土壤鋁會(huì)從固相釋放進(jìn)入土壤溶液或以交換性鋁吸附于土壤表面的陽離子交換位上，使土壤鋁的活性增加。土壤酸化和日益嚴(yán)重的酸雨污染加劇了土壤和沉積物巾活性鋁的釋放，人類大量開發(fā)和濫用各種鋁資源也導(dǎo)致鋁資源的過度流失，其對(duì)水生生物、農(nóng)作物和森林的毒性以及對(duì)人類健康(鋁可能與老年癡呆癥有關(guān))的危害近年來深受關(guān)注。如巴西亞馬孫熱帶雨林的大面積毀壞、重慶南山754hm。馬尾松林整片衰亡、峨眉冷杉的大面積死亡(死亡率高達(dá)78．9％)等都可能與鋁毒有關(guān)，造成了極大的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益的損失?！　鈴?0世紀(jì)60年代開始就非常重視植物鋁毒和耐鋁機(jī)制的研究，我國到80年代逐漸出現(xiàn)有關(guān)鋁毒的研究報(bào)道。在農(nóng)作物方面，鋁毒的研究起步較早，到目前為止，國內(nèi)外報(bào)道了有關(guān)玉米、小麥、大麥、燕麥、黑麥、水稻、高粱、大豆、豇豆、花生、綠豆、咖啡、決明、紫花苜蓿、馬鈴薯、木薯、棉花、油菜、洋蔥、煙草、蓮藕、胡蘿卜等作物的鋁毒害及耐鋁毒機(jī)制。80年代初，德國林學(xué)家Ulrich等提出森林衰退的鋁毒害學(xué)說，森林樹種鋁毒害的研究也開始引起重視，截至目前，已報(bào)道了挪威云杉、歐洲山毛櫸、馬尾松、杉木、冷杉、皂莢樹、桉樹、柚木、連香樹、茶樹等森林樹種的鋁毒害及耐鋁毒機(jī)制?！　〈蠖鄶?shù)植物在很低濃度(幾個(gè)uM)的鋁脅迫下就會(huì)出現(xiàn)毒害癥狀，但是生長在酸性土壤上的一些植物在長期的適應(yīng)中發(fā)展了一些耐鋁的機(jī)制，可以抵制一定濃度的鋁，而不產(chǎn)生毒害現(xiàn)象。而且同一植物不同品種的耐鋁性差異也很大，這為耐鋁植物的篩選和育種提供了可能。利用和選育耐鋁的植物基因型是提高酸性鋁毒土壤生產(chǎn)力、保護(hù)森林和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及生物修復(fù)受損環(huán)境的一條重要途徑?！　∪欢?，至今有關(guān)植物鋁毒害和耐鋁機(jī)制的專著在國內(nèi)外仍是空白，基于此，我們于2005年8月在北京召開“第15屆國際植物營養(yǎng)學(xué)大會(huì)”會(huì)議期間商定組織國內(nèi)相關(guān)專家召開一次專業(yè)會(huì)議，經(jīng)過一年多籌備，我們于2006年10月在中國科學(xué)院南京土壤研究所召開了“全國土壤一植物系統(tǒng)中鋁的行為”學(xué)術(shù)會(huì)議，與會(huì)多數(shù)同行認(rèn)為需要這樣一本書，以便通過總結(jié)近年來國內(nèi)外的研究進(jìn)展，進(jìn)一步推動(dòng)我國植物鋁毒害和耐鋁機(jī)制的研究。

內(nèi)容概要

鋁毒害是酸性土壤上作物生長的主要限制因素和森林大面積退化的重要原因。本書重點(diǎn)介紹了植物鋁毒害和耐鋁性的生理機(jī)制，并詳細(xì)介紹了土壤鋁化學(xué)、常見農(nóng)作物的耐鋁機(jī)制、耐鋁植物的遺傳改良和土壤-植物鋁研究的常用實(shí)驗(yàn)方法。本書匯集了有關(guān)植物鋁毒害和耐性生理方面的國內(nèi)外最新研究成果和研究方法，內(nèi)容豐富、翔實(shí)。    本書可供從事土壤、植物生理、環(huán)境、資源等領(lǐng)域研究的專業(yè)人員及研究生參考。

書籍目錄

前言第一章  鋁的土壤化學(xué)行為  1.1  土壤同相鋁的形態(tài)  1.2  土壤交換性鋁  1.3  土壤鋁的溶解  1.4  土壤鋁的遷移  主要參考文獻(xiàn)第二章  植物鋁毒害機(jī)制  2.1  植物的鋁毒害  2.2  植物對(duì)鋁的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和分布  2.3  鋁對(duì)細(xì)胞壁的影響  2.4  Al3+對(duì)細(xì)胞骨架的影響  2.5  鋁對(duì)質(zhì)膜的影響  2.6  鋁對(duì)細(xì)胞分裂的影響  2.7  鋁對(duì)植物養(yǎng)分的吸收和代謝的影響  2.8  鋁對(duì)植物組織代謝和激素平衡的影響  2.9  研究展望  主要參考文獻(xiàn)第三章  植物耐鋁的內(nèi)部忍耐機(jī)制  3.1  植物耐鋁的內(nèi)部忍耐機(jī)制概述  3.2  鋁與小分子有機(jī)酸和酚類化合物的絡(luò)合  3.3  鋁在植物器官和組織中的分室作用  3.4  鋁結(jié)合蛋白/鋁誘導(dǎo)蛋白與植物耐鋁  3.5  耐鋁酶的形成和活性  主要參考文獻(xiàn)第四章  植物耐鋁的外部排斥機(jī)制  4.1  植物耐鋁的外部排斥機(jī)制概述  4.2  有機(jī)酸的分泌  4.3  細(xì)胞壁的作用  4.4  根際pH的變化  4.5  細(xì)胞膜的選擇性通透（鋁的外排）  4.6  酚類物質(zhì)  4.7  其他  主要參考文獻(xiàn)第五章  鋁毒的調(diào)控機(jī)制  5.1  酸害下植物的耐鋁性  5.2  Ca2+改善植物鋁毒的作用機(jī)制  5.3  Mg2+改善植物鋁毒的作用機(jī)制  5.4  磷對(duì)植物耐鋁性的調(diào)控機(jī)制  5.5  硅對(duì)植物鋁毒害的調(diào)控及機(jī)理  5.6  硼對(duì)植物鋁毒害的調(diào)控及機(jī)理  5.7  Al-Mn互作關(guān)系及作用機(jī)制  5.8  植物激素及生長物質(zhì)在調(diào)控植物耐鋁毒中的作用及其機(jī)制  5.9  一氧化氮（NO）對(duì)植物耐鋁性的調(diào)控  5.10  農(nóng)藝措施對(duì)酸性土壤鋁毒的調(diào)控  主要參考文獻(xiàn)第六章  植物耐鋁特性的遺傳改良  6.1  植物耐鋁特性的常規(guī)遺傳改良  6.2  耐鋁特性的生物技術(shù)改良  主要參考文獻(xiàn)第七章  常見農(nóng)作物耐鋁機(jī)制  7.1  蕎麥  7.2  水稻  7.3  豆科植物  7.4  小麥  7.5  大麥  7.6  玉米  7.7  黑麥  7.8  茶樹  主要參考文獻(xiàn)第八章  土壤和植物鋁研究中的常用實(shí)驗(yàn)方法  8.1  土壤鋁研究中的常用實(shí)驗(yàn)方法  8.2  植物鋁研究中的常用實(shí)驗(yàn)方法  8.3  溶液中鋁形態(tài)的分析方法  8.4  植株中鋁含量的測(cè)定  主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章　鋁的土壤化學(xué)行為　　鋁（A1）是地殼中最豐富的元素之一，也是組成土壤無機(jī)礦物的主要元素（Huanget al.，2002）。通常條件下，土壤鋁主要以鋁硅酸鹽礦物和氧化物等形態(tài)存在于土壤固相部分。當(dāng)土壤發(fā)生酸化時(shí)，土壤鋁會(huì)從固相釋放進(jìn)入土壤溶液或以交換性鋁吸附于土壤表面的陽離子交換位上，使土壤鋁的活性增加。活性鋁對(duì)植物生長和土壤微生物的活動(dòng)均有不良影響，通過地表徑流遷移進(jìn)入地表水中的鋁也會(huì)對(duì)水生生物造成嚴(yán)重危害（Sposito，1996）。因此，近幾十年來，酸性土壤中鋁的化學(xué)行為及鋁對(duì)植物的毒害受到了人們的廣泛關(guān)注，并開展了大量的研究工作，本章總結(jié)介紹了酸性土壤中鋁的化學(xué)行為。　　1.1　土壤固相鋁的形態(tài)　　1.1.1　土壤固相鋁的形態(tài)及其區(qū)分　　鋁主要存在于土壤固相部分，以鋁硅酸鹽、鋁氧化物和鋁的氫氧化物等形態(tài)存在。土壤的基本骨架是鋁硅酸鹽礦物，土壤中也存在一些鋁的氧化物和氫氧化物，特別在熱帶和亞熱帶地區(qū)的土壤中。鋁的氧化物有結(jié)晶態(tài)的，如三水鋁石、一水軟鋁石，還有無定形的?！　⊥寥拦滔噤X以不同形態(tài)存在，按照傳統(tǒng)分類，土壤固相鋁可以區(qū)分為交換性鋁（用lmol/L KC1提取的鋁）、有機(jī)絡(luò)合態(tài)鋁（與土壤固相部分有機(jī)物結(jié)合的鋁，一般用焦磷酸鈉來提?。?、無定形鋁（一般用酸性草酸銨提取）和游離態(tài)氧化鋁[主要是結(jié)晶態(tài)的氧化鋁，一般用DCB（重碳酸鈉、檸檬酸鈉和連二亞硫酸鈉的混合溶液）法提取]。盡管這一區(qū)分方法沒有包括鋁硅酸鹽礦物中的鋁，但是由于過程比較簡(jiǎn)單，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。用傳統(tǒng)方法測(cè)定的結(jié)果，概念上不夠明確，邵宗臣等（1998）對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行了改進(jìn)，他們采用不同的提取劑，使對(duì)形態(tài)的區(qū)分更詳細(xì)。另一個(gè)改進(jìn)是采用連續(xù)提取方法，在改進(jìn)的方法中，交換態(tài)鋁和有機(jī)絡(luò)合態(tài)鋁的提取方法不變，然后用0.2mol/L HC1提取吸附態(tài)的羥基鋁，接著用DCB法提取與氧化鐵結(jié)合態(tài)鋁，再以檸檬酸鈉提取礦物層間的鋁，最后用0.5mol/L NaoH提取非晶態(tài)的鋁硅酸鹽和三水鋁石。具體提取劑和提取條件列于表1.1中，幾種代表性表層土壤鋁形態(tài)的區(qū)分結(jié)果列于表1.2中。

編輯推薦

　　《鋁在土壤植物中的行為及植物的適應(yīng)機(jī)制》內(nèi)容包括鋁的土壤化學(xué)行為、植物鋁毒害機(jī)理、植物耐鋁機(jī)制、鋁毒的調(diào)控機(jī)制、植物耐鋁特性的遺傳改良、常見農(nóng)作物耐鋁機(jī)制以及土壤和植物鋁研究中的常用實(shí)驗(yàn)方法等。長期以來，土壤酸性被認(rèn)為是世界上許多地區(qū)農(nóng)作物和牧草生產(chǎn)的重要限制因子，它影響著熱帶、亞熱帶和溫帶的農(nóng)業(yè)發(fā)展，也是導(dǎo)致森林大面積退化的重要因素。 然而，至今有關(guān)植物鋁毒害和耐鋁機(jī)制的專著在國內(nèi)外仍是空白?！朵X在土壤植物中的行為及植物的適應(yīng)機(jī)制》為“全國土壤-植物系統(tǒng)中鋁的行為”學(xué)術(shù)會(huì)議上的研究進(jìn)展總結(jié)。

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