土壤污染对植物生长的影响研究

罗东华++王敏++徐有权

摘要：指出了土壤是农林生产的基质，更是植物养分的直接供给者。为了解植物生长对土壤污染的响应，从目前较为关注的土壤酸碱性、重金属、盐类、放射性元素和农药污染等几个方面综述了土壤污染对植物生长产生的影响，提出了根据不同污染源，加强植物基因改良，利用不同植物修复污染土壤，而又不危害其生长是今后值得深入研究的方向之一。通过阐述污染土壤下的植物生长状况，可为深入研究土壤植物修复技术和土壤污染与植物生长之间关系提供一定参考。

关键词：土壤污染；植物生理；生长

中图分类号：X53

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12012003

1引言

土壤是人类生存最重要的物质基础之一，处于陆地表层，结构疏松[1]，是陆地植物养分的直接供给者，亦是农业生产的基本资料。近年来，由于环境变化加剧，加上土地不合理使用，导致全国大面积土壤受到不同程度污染[2]。土壤具有一定自净能力，轻度污染的土壤可通过自净能力恢复生产功能，但是，当有害物质含量超标，就会导致土壤的组成、结构和功能发生变异。另外，土壤中有害物质或其分解产物也会影响植物生理生长，他们在土壤中逐渐积累，通过“土壤→植物”[3]或通过“土壤→水→植物”间接被植物吸收，从而危害植物健康生长。土壤中污染物被植物吸收富集，转化为生物污染，进而危害人、畜健康。当前，土壤污染对植物生长影响的研究主要集中在重金属污染[4， 5]及其土壤植物修复技术[6～11]，農药污染土壤植物修复[12]，土壤pH值[13]、盐分[14]对植物的影响等方面。土壤是植物赖以生存生长的物质基质，其污染导致植物的生长面临巨大挑战。

根据土壤污染物类型，其污染有机污染和无机污染，酸、碱、重金属，盐类、放射性元素铯、砷、硒、锶的化合物、氟的化合物等属于无机污染；有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、3，4-苯并芘以及由城市污水等属于有机污染。我国土壤污染主要是无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小[1]。本文从当前较为关注的土壤酸碱性、重金属、盐类、放射性元素和农药污染等几个方面综述其对植物生长造成的影响，拟为研究土壤污染与植物生长的关系提供一定参考，同时，也可为土壤植物修复技术提供理论依据。

2土壤酸碱度对植物生长的影响

酸碱性是土壤的重要化学性质，是土壤在形成过程中受气候、植被、母质等因素综合作用所产生的属性，深刻影响着土壤肥力状况，同时也影响植物生长。土壤pH值通过改变土壤养分的有效性来影响植物的生长发育[15～17]，可直接影响，亦可间接影响。从植物的形态特征、代谢过程、生长发育、品质和产量等方面能明显看出的，即直接影响；通过对土壤的理化特性影响而改变植物生长状况的为间接影响[18]。我国土攘酸碱度大部分为pH值4.5～8.5，呈现“东南酸西北碱（南酸北碱）”的规律。土壤pH值3.5～8.5是大多数维管束植物的生长范围，但生理最适范围要比此范围窄得多，pH值<3或>9时，大多数维管束植物便不能生存。土壤pH值为6～7时，土壤养分最利于植物生长，此时土壤肥力（养分）较佳，若土壤酸性过强，会使植物原生质变质，并影响酶的吸收，也易造成土壤部分营养元素短缺，如钾、钙、镁、磷等，植物缺钾时其植株生长矮小，叶片呈现褐斑；缺少钙时，会导致叶片前端部分弯曲黄白化，叶缘皱褶，或分泌黏液，严重时会导致幼叶叶缘皱卷、枯死；缺镁时，叶片枯黄，极端情况时仅叶基部叶脉残留绿色素；缺磷时，叶片绿色变深或编蓝绿，而且成熟延迟，同时叶柄、叶片上会发生坏疽斑点。强碱性土壤会使细胞里的原生质溶解，破坏植物组织，也容易引起营养元素缺失，如铁、硼、铜、锰和锌等，这部分元素的缺失最先使叶片受到影响，缺铁使叶片黄白化；缺硼使植物幼叶畸形，进一步影响其根、茎或果实等生长发育不良；缺铜使嫩叶卷缩；缺锌也使植物叶片最先受到影响，但其症状因植物不同而有差异。

此外，土壤酸碱度还能通过改变其环境中生物而影响植物生长，如影响细菌等微生物的活动。自然界中，部分植物需与细菌共生，如豆科植物、兰科植物等。酸性土壤通常对细菌活动无益[19]，根瘤菌、褐色固氮菌、氨化细菌和硝化细菌常生于中性土壤，在酸性土壤中无法存活，因此，很多豆科植物的根瘤常因土壤酸度的增加而死亡[20]。土壤pH值是影响病原菌存活的重要因子，根茎病害的发生也与土壤pH值密切相关[21～23]。与此同时，土壤酸碱度也有对植物生长有利的一面，有研究认为，土壤pH值较高时，能增加大豆叶片的可溶性糖含量，这对升高细胞质浓度、降低细胞水势、增强植物吸水能力均有积极作用，更是增强植物抵御逆境胁迫的重要元素[24， 25]。

当前，环境污染严重，大量酸雨降临致使土壤污染加重，植物生长环境严峻，在一定程度影响了植物健康生长。研究表明，土壤酸化会导致盐基离子淋失加速，且其淋失量随土壤pH值变化而变化，淋失总量与H+浓度呈极显著的相关关系（r=0.9990），长期作用会导致土壤养分库的损耗，造成土壤养分贫瘠[26～29]。从而导致植物生长营养元素缺乏，甚至死亡，对土壤、植物的健康造成严重损害，无法形成土壤-植物相互和谐的修复关系，进一步形成恶性循环。

3重金属污染土壤对植物生长的影响

目前，随着社会加速发展，重金属对土壤、水体的污染越加严重[30]。重金属是植物生长的非必需元素，大部分元素不利于植物生长。土壤中某些重金属离子，当含量超过其土壤自净作用时，必将对植物生长发育及代谢产生作用[31]。我国土壤重金属污染严重的有汞、镉、铅、铬等元素，重金属可损坏植物细胞膜的通透性[32]，使其通透性增加，导致细胞内酶的失调，引起植株生长不良，甚至死亡；也能使植物光合作用受阻[33]，致使植物无法正常生长；还可导致植物呼吸作用紊乱[34]；危害植物细胞的遗传，使其基因发生改变。

土壤重金属污染对植物生长的影响表现在植物形特和生理发生改变，如汞（Hg），植物能吸收并积累汞，汞使生长缓慢，叶子枯黄，还可干扰细胞的生理生化过程，使植物代谢过程发生紊乱，生长发育受阻，严重可造成植物枯萎、衰老死亡[35]。镉（Cd）亦为植物生长发育有害元素之一，不少研究表明[36， 37]，土壤中Cd含量过高，植物叶片的叶绿素结构会遭受破坏，导致叶绿素含量减少，叶片发黄，严重时几乎整株叶片均呈褪绿现象，叶脉组织也会表现出和缺铁时叶变脆、萎缩、叶绿素缺乏等相似症状。铅（Pb）并非植物生长发育的必需元素，当Pb被植物吸收后，在植物根、皮、叶片中逐渐积累，过量时会破坏土壤结构，阻碍植物发育，并通过减少根细胞有丝分裂速度，造成植物生长缓慢；对草本而言，Pb能使其根量减少，根冠腐烂，随后，植株地上部分生物量下降，叶片枯萎，最后导致植株死亡；Pb的积累也直接影响细胞的代谢作用，其效应也是引起活性氧代谢酶系统的破坏作用。Bezdicek D F等（2003）还认为高浓度Pb还使种子萌发率和胚根长度、上胚轴长度降低，甚至出现胚根组织坏死[38]。其在土壤中的存在形态会随着土壤 pH值、Eh、湿度、通气状况等因素的改变而发生变化，进而影响其生物有效性，直接决定了其在土壤—植物系统中的分布和迁移量[39]。

4盐类、放射性元素污染土壤对植物生长的影响

可溶性盐对植物生长的影响是较为复杂的，因盐类的性质及其含量、土壤状况、气候条件不同对植物的影响也不同。关于土壤不同的含盐量对植物生长影响的报道较少。丁静[40]研究了土壤含水量和土壤盐分对植物生长的综合影响，认为当土壤含水量相同，绝对含盐量不同时，盐分高的，土壤溶液的浓度就高，对植物生长抑制的作用就较大。在土壤中，当土壤溶液的浓度提高时，盐离子的毒害作用也随之增加，盐含量过高导致许多物种幼苗无法正常生长或长到一定阶段边出现死亡，仅有部分耐盐植物能生存，久而久之，在盐碱地段就形成了部分特有的耐盐植物。

对于放射性元素而言，它对所有生物生长都是有害的。目前，全球共进行了至少518次大气核试验，其中，大部分在北半球，由此北半球的辐射微尘也相对较多[41]。此外，核电站放射性废物流出、核原料开采和加工、含放射性核素化肥农用、含放射性核素煤燃烧等人为因素均会导致大片的土地遭受放射性核素的污染[42]。植物在会污染土壤中难以生长，即使生长，通过从土壤里面吸收放射性元素，必然会导致其生理、形态畸形，在遗传变异的过程中改变了某些植物的优良性状，造成物种多样性的损失[43， 44]。目前，植物修复技术应用于放射性元素污染的土壤被看做是净化土壤的有效方法，但是对植物的生长也造成了一定影響。

5农药污染土壤对植物生长的影响

现代农业生产中大量使用农药，而这些农药长期聚集在土壤里面，年复一年，在土壤里面形成不易分解的残毒，从而破坏了以土壤为基础的生物链，这些土壤不再适合植物生长，渐渐失去了原有的功能。植物在接触某些农药后，其生理、生化代谢功能受到干扰，正常的生长发育过程受到影响，如叶片、果实出现斑点、黄化、失绿、卷叶、落叶、落果及枯萎等[45]。林先贵等[46]研究除草剂对植物生长的影响认为植物氮磷吸收量随除草剂浓度的增加而下降，两者之间呈显著的负相关。他们还认为高浓度的除草剂对植物生长和菌根侵染的影响较大会导致植物代谢活性不正常。植物还会从土壤中吸收农药并在体内残留，导致农产品污染超标，并通过食物链造成牲畜的慢性中毒，最终影响人体健康。

6结语

土壤的各种污染对植物生长的影响并不都是独立的，有些则是相互作用，加重或缓解污染。如锰、铬、镉等有毒金属离子在低pH值下具有较高溶解度，所以在土壤酸度提高时一些重金属元素的活性会增加[47]，从而加重了污染程度。植物的生长与土壤之间亦是协调变化的过程，在植物的进化过程中，为了适应自身生长，便形成了喜钙植物、喜酸植物、喜盐碱植物等。无论土壤以怎样的方式被污染，对植物生长的最终影响都是造成植物无法正常生长或死亡，破坏天然氧气的制造者。目前相关研究集中在研究如何治理土壤污染，而很少关注这些污染对植物造成的危害。更有大量研究着重于探讨植物修复土壤污染技术，用植物吸收土壤中的有害成分，这样不仅对植物生长不利，严重的甚至会危害到某些数量较少的植物的遗传基因，破坏生物多样性。

因此，针对不同的土壤污染方式研究具体的治理措施。酸性土壤土改良经常使用石灰，以达到中和活性酸、潜性酸、改良土壤结构的目的；中性和石灰性土壤的人工酸化，可用硫磺粉或硫酸亚铁，可降低土壤pH值等。总之，研究污染土壤与植物生长之间的关系，为了不让其污染影响植物正常生长，可深入研究改良植物基因，以达到既能以植物修复污染土壤，而又不危害其生长是今后值得深入探讨的方向之一。

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