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        荒漠地區(qū)8種草本植物營養(yǎng)元素含量的比較分析

        2022-10-12 06:40:20莊偉偉王明明
        植物研究 2022年5期
        關鍵詞:植物生長

        莊偉偉 王明明

        (新疆特殊環(huán)境物種保護與調(diào)控生物學實驗室,中亞區(qū)域有害生物聯(lián)合控制國際研究中心,干旱區(qū)植物逆境生物學實驗室,新疆師范大學生命科學學院,烏魯木齊 830054)

        營養(yǎng)元素是植物體內(nèi)多種有機化合物的組成成分,在植物生長發(fā)育、新陳代謝和系統(tǒng)演化等方面都發(fā)揮著至關重要的作用。碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)和鉀(K)等元素是構成植物體有機結構、參與酶促反應和滲透調(diào)節(jié)等作用的大量元素。植物體中的鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉬(Mo)和硼(B)等微量元素,雖需求量很少,但在光合、呼吸、蒸騰等代謝過程中也承擔著特定角色。隨著生育階段的變化,高等植物由于體內(nèi)器官養(yǎng)分投入和再利用會不斷調(diào)整養(yǎng)分的分配,這種變化大致反映了兩個過程:在生長前期,植物組織逐漸成熟引起養(yǎng)分積累,同時伴隨有與營養(yǎng)元素關系不大的養(yǎng)分稀釋效應;在生長后期,隨著組織衰老植物對移動性較強的養(yǎng)分(N、K、P、Mg)會發(fā)生再吸收與分配,加強養(yǎng)分循環(huán)減少損耗,對移動性較弱的微量元素(Fe、Mn、Zn、Cu),不能被再吸收,較容易在器官內(nèi)富集。與此同時,植物葉片可塑性強且對環(huán)境變化敏感,葉片的元素含量不僅能反映植物的生態(tài)策略,也是其適應生境條件的一種表征。植物根系能富集土壤中的養(yǎng)分元素,并受到環(huán)境因子的強烈限制,根系的元素含量可以有效地反映生境土壤元素富集狀態(tài),環(huán)境因子對植物生長發(fā)育的束縛特征。所以,對不同生境植物在不同生長期的營養(yǎng)元素含量特征進行研究,可進一步了解植物生長與環(huán)境的相互作用,對于認識養(yǎng)分元素的循環(huán)、平衡機制及其對植物群落結構和功能的影響具有重要意義。

        目前,關于荒漠植物化學計量特征的研究已有大量報道,張彩霞等對荒漠地區(qū)15 種植物的營養(yǎng)元素含量進行了測定,并與陸生植物平均值進行比較分析。劉建國等研究了古爾班通古特沙漠6種短命植物N、P隨生長季的變化特點,并對比了2 種不同生活型短命植物的差異。陶冶等對古爾班通古特沙漠4 種草本植物葉片與土壤的C、N、P 化學計量特征及其相互關系進行了研究。就目前看來,對植物元素含量特征與季節(jié)變化研究已有不少報道,而對植物元素含量隨環(huán)境變化而表現(xiàn)出的生長發(fā)育可塑性研究較少,并且對植物元素的測定主要集中在C、N、P 元素,而對于Na、Mg、K、Mn、Cu、Zn 等元素的研究則較為匱乏。古爾班通古特沙漠是水分和養(yǎng)分十分匱乏的荒漠生態(tài)系統(tǒng),植物吸收的養(yǎng)分不足以支撐整個周期的生長發(fā)育,正是由于在不同生長期植物體內(nèi)營養(yǎng)元素間的非平衡分配,才使得植物在初春至夏末迅速完成生活史。同時沙漠內(nèi)部絕大部分為固定和半固定沙丘,占整個沙漠面積的97%。固定沙丘不同部位的水—熱—溫均存在差異,沙丘腹地的水—熱—溫較適宜,生物數(shù)量繁多且土壤表面多被生物結皮覆蓋,沙丘坡上生存環(huán)境較差,且鮮見生物結皮。沙丘不同部位的水分、溫度和生物結皮等環(huán)境因子所造成的生境差異是非常顯著的,對植物生長具有至關重要的意義。因而我們推測,在古爾班通古特沙漠中,植物的元素吸收利用策略有與其他生態(tài)系統(tǒng)不同的特點,且不同生長期、不同沙丘部位植物體內(nèi)營養(yǎng)元素含量特征存在差異。據(jù)此,本研究以古爾班通古特沙漠廣泛分布的8 種優(yōu)勢草本植物(4 種一年生植物,4 種短命植物)為研究對象,采集不同生長期、不同沙丘部位的植株,進行多元素含量測定(C、N、P、K、Na、Mg、Al、Mn、Zn、Cu),衡量8 種荒漠草本植物營養(yǎng)元素計量特征,分析植物營養(yǎng)元素之間的相互關系,通過比較不同物種、不同生長期、不同沙丘部位植物營養(yǎng)元素含量的差異,揭示物種、生長期和沙丘部位對植物營養(yǎng)元素含量的影響,從營養(yǎng)生態(tài)位的角度為不同植物的共存和生存策略提供理論支持,為古爾班通古特沙漠植被的恢復與保護提供科學指導。

        1 研究區(qū)概況

        古爾班通古特沙漠位于新疆天山北部的準噶爾盆地中央,地跨44°15′—46°50′N,84°50′—91°20′E,海拔300~600 m,面積大約4.88 萬km,是我國面積第二大的沙漠,也是面積最大的固定、半固定沙漠。該地區(qū)為典型的內(nèi)陸溫帶干旱性氣候,夏季炎熱冬季寒冷,年平均降水量小于150 mm,年平均蒸發(fā)量大于2 000 mm。沙漠內(nèi)部分布有各種形態(tài)的沙壟和蜂窩狀沙丘、新月型沙丘鏈,高度10~50 m,沙丘主要為南北方向延伸,沙丘和沙壟間具有明顯的土壤屬性分異特征,其結構可以劃分成不同坡位,造成了差異顯著的養(yǎng)分分布格局。草本植物種類繁多而且數(shù)量豐富,其中多為一年生植物和短命植物,主要優(yōu)勢植物有:梭梭(Bunge)、霧冰藜(O. Kuntze)、尖喙牻牛兒苗()、堿蓬()、假狼紫草()和飄帶果()等。另外,沙漠丘間低地土壤表面廣泛分布著各種生物結皮,是除草本植物外固定沙面的重要生物因子。

        2 研究區(qū)概況

        2.1 樣品的采集

        于2018 年4 月初,在古爾班通古特沙漠南部(44.37°N,86.12°E),選擇一處地勢不一致且植物種類豐富的區(qū)域作為研究樣地。因各物種生長期的差異且沙丘空間異質(zhì)性較大,在沙丘坡上和沙丘腹地分別設置4 個(10 m×10 m)樣方,每個樣方相隔20 m 以上,相當于4 個重復,再將每個樣方隨機分成5 個(2 m×2 m)的小樣方,共計40 個小樣方。經(jīng)前期野外調(diào)查,發(fā)現(xiàn)8種草本植物在各個地區(qū)均有分布。因此,本研究在沙丘坡上、沙丘腹地對8 種植物分別進行取樣。根據(jù)不同生活型植物生長周期的特點,在4 月22 日(生長旺盛期)、5 月22 日(生長枯萎期)對短命植物取樣,6 月3 日(生長旺盛期)、7 月10 日(生長枯萎期)對一年生植物取樣。每次采樣時,在各個小樣方中隨機選擇同種植物2~3 株,采用全株挖掘法獲取完整植株,將5個小樣方的同種植物樣品混合作為一個重復,每個物種每次共選取30~40 株。采集后用去離子水將植株清洗干凈、然后自然晾干,于烘箱105 ℃條件下進行15 min 殺青,隨后在80 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量,最后使用球磨儀(MITR-YXQM-0.4L,MITR,長沙)研成粉末,裝袋待測。供試樣品的基本信息如表1所示。

        表1 8種草本植物的分類信息、生活型和采樣期Table 1 Taxonomic information,life form and sampling period of eight herbaceous plants

        試驗期間,依據(jù)土壤空間異質(zhì)性的差異以及植物根系分布的層次,在每次采集過樣品植物的樣方內(nèi),用四分法對土壤進行3 個不同梯度(0~5、5~10 和10~15 cm)的采集。土壤樣品采樣時,要仔細清除土壤表面植物凋落物與生物結皮等雜質(zhì),取樣后于陰涼處自然風干,過100 目漏篩去除雜質(zhì),用精度為0.01 g 的電子天平稱取100 g 土樣裝袋待測,用于分析土壤養(yǎng)分和水分含量。

        2.2 營養(yǎng)元素的測定

        植物與土壤的C含量用重鉻酸鉀法測定;N含量用凱氏定氮法測定;P 含量用鉬銻抗比色法測定。烘干稱重法測定土壤重量含水量。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-AES-iCAP6300,Thermo Fisher Scientific,MA,USA)測定植物K、Na、Mg、Al、Mn、Cu、Zn 含量。植物營養(yǎng)元素含量測定前,需將粉末烘干以防止空氣中水分與元素的污染。

        2.3 數(shù)據(jù)分析

        首先對不同沙丘部位、不同生長期8 種植物的C、N、P、K、Na、Mg、Al、Mn、Cu、Zn 含量、土壤含水量、土壤SOC、TN、TP 的測定結果進行正態(tài)性檢驗,再利用Levene’s test 檢驗方差齊性。利用一般線性模型(GLM)和Duncan 分析法對各指標進行方差分析和差異顯著性比較。采用變異系數(shù)法(Coefficient of variation),比較整個取樣時期8種草本植物營養(yǎng)元素的動態(tài)變化(為變異系數(shù);強變異:≥0.35;中等變異:0.15≤<0.35;弱變異:0≤<0.15)。利用Pearson 相關分析法對各營養(yǎng)元素間進行相關分析。用Excel 2019 軟件完成基本的數(shù)據(jù)錄入與計算,用SPSS 23.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析,用Origin 2018 軟件完成圖表的繪制。

        3 結果與分析

        3.1 采樣期土壤水分和養(yǎng)分含量

        由圖1可知,在短命植物和一年生植物的兩次采樣期間,生長枯萎期土壤含水量均低于旺盛期。同時,沙丘坡上3 個土層土壤含水量(0~5、5~10、10~15 cm)始終低于沙丘腹地,并且隨土層的加深含水量差異越顯著。土壤養(yǎng)分在短命植物和一年生植物兩次采樣期無顯著變化,但在不同沙丘部位存在顯著差異(見表2),在0~5 cm 土層中,沙丘腹地土壤中的SOC、TN、TP 均顯著高于沙丘坡上(<0.01);在5~10 cm 土層中,沙丘腹地土壤中的SOC、TP 的含量顯著高于沙丘坡上(<0.01);在10~15 cm 土層中,沙丘腹地土壤中的SOC 的含量也顯著高于沙丘坡上(<0.01)。

        圖1 不同沙丘部位樣地不同土層的土壤含水量A.0~5 cm;B.5~10 cm;C.10~15 cm;圖中不同小寫字母代表不同沙丘部位土壤含水量差異顯著Fig.1 Soil water content in different soil layers of sample plots at different dune areasA.0-5 cm;B.5-10 cm;C.10-15 cm;The different lowercase letters in the figure indicate the significant difference in soil moisture content at different dune areas

        表2 沙丘坡上與沙丘腹地的土壤養(yǎng)分狀況Table 2 Soil nutrient status on slope and hinterland of dune

        3.2 8種植物營養(yǎng)元素計量特征

        方差分析表明,植物營養(yǎng)元素含量受物種影響差異顯著(見表3,<0.001)。由表4 可知,植物不同營養(yǎng)元素含量差異很大,但各營養(yǎng)元素含量分布格局基本相似,總體表現(xiàn)為C>N>K>Mg>Na>P>Al>Mn>Zn>Cu。8 種植物的C 含量顯著最高,為230.19~401.82 mg·g,N 含量次之,為11.31~18.85 mg·g。在8 種植物中,沙蓬的K(29.79 mg·g)、Na(3.31 mg·g)、P(2.08 mg·g)均處于最高含量水 平,假 狼 紫 草 的K(16.12 mg·g)、Na(0.88 mg·g)和霧冰黎的P(0.95 mg·g)為最低含量水平,4 種一年生植物的Na 含量(1.80~3.31 mg·g)普遍高于4 種短命植物(0.88~2.40 mg·g)。霧冰黎、角果黎和假狼紫草的Mg(5.10~5.31 mg·g)顯著高于其他5 種植物(3.47~4.55 mg·g)。霧冰黎的Al 含量最高,為1.99 mg·g,而尖喙牻牛兒苗的Al 含量最少,僅為0.33 mg·g。Mn、Cu 和Zn 3 種微量元素含量的分布范圍分別為51.35~105.32)、(4.14~6.38)、(11.64~21.43)。

        表3 物種、生長期、沙丘部位和它們的相互作用對植物營養(yǎng)元素含量影響的方差分析Table 3 Variance analysis of the effects of species,growing periods,dune areas and their interactions on plant nutrient content

        由表4 可知,10 種營養(yǎng)元素間變異系數(shù)差異很大,且在8 種植物間差異也較大,其中8 種植物的N(15.56~33.65)、Mn(15.78~22.30)均表現(xiàn)為中變異,C(2.09~8.20)、K(5.86~13.83)均表現(xiàn)為弱變異,而其他6 種元素,在8 種植物間既有弱變異也有中變異。整體而言,變異系數(shù)大小排序為:N>P>Mn>Cu>Zn>Al>Mg>Na>K>C。

        3.3 不同生長期植物營養(yǎng)元素含量的比較

        方差分析表明,植物營養(yǎng)元素含量受生長期影響差異顯著(見表3,<0.001)。由表4可知,從生長旺盛期至枯萎期,無論是沙丘坡上還是沙丘腹地,8 種植物的N、P、Mg、Mn、Cu、Zn 含量均顯著降低(<0.05),Al 含量變化不大(>0.05)。C、Na、K含量的變化不同物種有所不同,從生長旺盛期至枯萎期,無論是沙丘坡上還是沙丘腹地,8 種植物的C 含量有不同幅度的下降,其中堿蓬、沙蓬、霧冰黎的C含量顯著降低(<0.05)。8種植物的Na 含量有不同幅度的升高,其中角果藜、飄帶果、尖喙牻牛兒苗的Na含量顯著升高(<0.05)。對于K 含量來說,堿蓬、沙蓬的K 含量得到了顯著升高(<0.05),而尖喙牻牛兒苗的K 含量顯著下降(<0.05)。

        表4 不同沙丘部位不同生長期8種植物營養(yǎng)元素含量Table 4 Nutrient elements contents of 8 plants at different growing periods in different dune areas

        續(xù)表4 Continued table 4

        續(xù)表4 Continued table 4

        3.4 不同沙丘部位植物營養(yǎng)元素含量的比較

        方差分析表明,植物營養(yǎng)元素含量受沙丘部位影響差異顯著(見表3,<0.001)。由表4 可知,無論是生長旺盛期還是枯萎期,沙丘坡上和腹地同種植物的C、N、P、Al 含量差異不大(>0.05),但沙丘腹地植物的Mg、Mn、Cu、Zn 元素含量顯著比坡上同種植物高(<0.05)。Na、K 含量具有較大的物種種間差異性,在生長旺盛期時,沙丘腹地的堿蓬、霧冰黎和角果藜Na 含量比坡上植物顯著較高(<0.05),但沙丘坡上的沙蓬、假狼紫草Na含量卻比腹地植物顯著較高(<0.05);沙丘坡上的堿蓬的K 含量比腹地植物顯著較高(<0.05),而沙丘腹地的角果藜和飄帶果的K 含量比坡上顯著較高(<0.05),在生長枯萎期時,沙丘坡上假狼紫草的Na 含量比腹地植物顯著較高(<0.05),沙丘腹地堿蓬的Na 含量比沙丘坡上植物顯著較高(<0.05);沙丘坡上堿蓬的K 含量比腹地植物顯著較高(<0.05),沙丘腹地飄帶果的K 含量比坡上植物顯著較高(<0.05)。

        3.5 8種植物的N/P比值

        N、P 是植物生長重要的限制元素,N/P 是判斷環(huán)境對植物生長養(yǎng)分供應狀況的重要指標。Koerselman 和Meuleman 指出:陸地生態(tài)系統(tǒng)高等植物N/P 的臨界值是14 和16,當N/P 比值>16時,說明植物生長受到含量的限制,當N/P 比值<14 時,植物生長受到N 含量的限制,而當N/P 比值在14~16 時,N 與P 單獨或共同影響植物的生長。由圖2 可看出:總體而言,除了處于生長旺盛期的堿蓬和霧冰黎的N/P大于16外,其余植物的N/P均顯著小于14,屬于N 制約型植物。對于不同生長期的植物來說,無論是沙丘坡上還是沙丘腹地,堿蓬、霧冰黎、角果藜在生長枯萎期的N/P 比旺盛期顯著降低(<0.05),假狼紫草在生長枯萎期的N/P比旺盛期顯著升高(<0.05)。對于不同沙丘部位的植物來說,處于旺盛期位于沙丘腹地的霧冰黎比坡上霧冰黎顯著高(<0.05),處于枯萎期位于沙丘坡上的角果黎比腹地角果藜顯著高(<0.05),其余不同沙丘部位的同種植物在兩個生長期的N/P均無顯著差異(0.05)。

        圖2 不同生長期不同沙丘部位8種植物的N/P比值Fig.2 N/P ratios of 8 plants in different parts of dunes at different growing periods

        3.6 植物營養(yǎng)元素間的相關性

        由圖3 可看出植物營養(yǎng)元素間的相關系數(shù)在較大范圍內(nèi)波動,說明植物體內(nèi)元素間的相互作用過程相當復雜,在10 種元素組成的45 個元素對中,有23 對元素相關性顯著,占總元素對的51%,其中,具有極顯著正相關關系的有12 對(≤0.001),為C與P,N與Na、Mg、Cu、Zn,K與P、Al,Na與Mg,Mn 與Na、Mg、Cu,Zn 與Cu。C 與K 之間具有顯著正相關關系(≤0.01),N 和P、Mn 之間具有一般正相關關系(≤0.05)。P 與Cu,C 與Cu、Zn,K與Mn、Cu、Zn 之間具有極顯著負相關關系(≤0.001),C 與N、Al 與Mn 具有一般負相關關系(≤0.05),其他元素之間則沒有顯著相關關系。

        圖3 10種植物營養(yǎng)元素間的相關性Fig.3 Correlation of 10 plant nutrient elements*P≤0.05;**P≤0.01;***P≤0.001

        4 討論

        4.1 植物營養(yǎng)元素含量的整體特征分析

        植物對環(huán)境變化比較敏感,所以體內(nèi)營養(yǎng)元素的計量特征能夠反映植物的生態(tài)策略。對古爾班通古特沙漠8 種草本植物10 種營養(yǎng)元素進行分析,結果顯示元素含量大小依次為C>N>K>Mg>Na>P>Al>Mn>Zn>Cu。C、N、P是組成生物體、構成遺傳物質(zhì)的主要元素,為植物生長發(fā)育提供了良好的營養(yǎng)保障。本研究中,8種荒漠植物的C、N、P含量分別為(230.19~401.82 mg·g)、(11.31~18.85 mg·g)、(0.95~2.08 mg·g),與 陸 生 植 物 平 均值相 比(C:436.31 mg·g、N:20.20 mg·g、P:1.46 mg·g),N 含量明顯偏低,并且植物的N/P普遍顯著小于14,屬于N 制約型植物,與劉建國等的研究相似。在干旱貧瘠的荒漠地區(qū),滲透調(diào)節(jié)是植物抗旱性的一種重要生理保護機制,Na、K是植物適應干旱環(huán)境重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn),8 種荒漠植物K 含量可達16.12~29.79 mg·g、Na 含 量 可 達 到0.88~3.31 mg·g,與 陸 生 植 物 平 均 值相 比(K:3 mg·g,Na:1 mg·g),荒漠植物Na 元素偏高,K 元素相當豐富,這和干旱區(qū)植物的耐旱性顯著相關,與候?qū)W煜給出的荒漠植物富集K 元素的結論是一致的。Mg 作為植物的必需元素,在植物葉綠素合成、光合作用中有重要作用,研究區(qū)植物Mg 含量(3.38~5.32 mg·g)相比于陸生植物平均值(Mg:5 mg·g)含量適中。植物的正常生長發(fā)育,不僅需要大量元素,微量元素也必不可少,研究區(qū)植物的 Mn(51.35~105.32 mg·kg)、Cu(4.14~6.38 mg·kg)、Zn(11.64~21.43 mg·kg)顯著低于陸生植物 平 均 值(Mn:240 mg·kg、Cu:10 mg·kg、Zn:50 mg·kg),根據(jù)付華等制定的植物微量元素評價指標,將植物的微量元素含量劃分為4個等級,本研究中的8種植物Cu、Zn含量在采樣期間均處于低水平?;哪参镌睾康倪@種特征,除與植物本身的遺傳學特性有關外,主要受土壤和氣候等生境條件的影響,體現(xiàn)了荒漠植物對干旱半干旱地區(qū)氣候和土壤等生存環(huán)境的適應性。

        4.2 植物營養(yǎng)元素含量差異的影響因子

        植物營養(yǎng)元素含量受多種因素制約,不僅取決于植物自身遺傳特征,與所處發(fā)育階段、外界環(huán)境條件等因素也密切相關。本研究發(fā)現(xiàn),10 種營養(yǎng)元素整體變異系數(shù)的排序為:N>P>Mn>Cu>Zn>Al>Mg>Na>K>C,其中,Al 是一種植物非必需元素,它在不同生長期不同沙丘部位之間變化不大,可以認為Al 是含量相對比較穩(wěn)定的元素,8 種植物的C、K 含量均表現(xiàn)為弱變異,而其他元素多為中變異,這與植物種類、生長期、沙丘部位顯著相關。在物種水平上,不同植物對元素的吸收能力有很大差異,有的植物富集某些元素,而有的植物排斥這些元素,例如,4 種一年生植物Na 含量顯著比4 種短命植物Na 含量高,是由于這4 種一年生植物均屬于黎科植物,對Na 的吸收具有偏好性。與生長旺盛期相比,沙丘坡上和腹地的8種植物在枯萎期的C、N、P、Mg、Mn、Cu、Zn 含量普遍降低,經(jīng)測定土壤養(yǎng)分在兩個生長期并無明顯差異,土壤含水量在枯萎期時有所下降,植物元素含量的演替變化可能反映了植物在枯萎期時,養(yǎng)分分配策略和水分吸收策略的改變、抗逆性下降和光合作用的衰弱。在生長旺盛期植株生物量達到最大值,故營養(yǎng)元素含量較高,而到了枯萎期植株養(yǎng)分會大量轉(zhuǎn)移到花和種子中,種子在采集時脫落因而未被測量。但8種植物的Na含量在枯萎期均得到了不同幅度的提高,堿蓬、沙蓬的K 含量得到了顯著提高,可能是由于植物到達生長枯萎期的時候接近夏天,土壤含水量減少,需要提高體內(nèi)Na、K含量進行滲透調(diào)節(jié)來適應干旱炎熱的環(huán)境。無論是生長旺盛期還是枯萎期,沙丘腹地植物營養(yǎng)元素含量普遍比沙丘坡上的同種植物高,經(jīng)測定沙丘腹地0~15 cm 土層的SOC、TN、TP以及含水量均顯著高于坡上土壤,植物可以吸收利用的養(yǎng)分和水分較多,與此同時,沙丘腹地土壤表面廣泛分布的生物結皮對植物營養(yǎng)元素吸收也會起到促進作用。而沙丘坡上堿蓬的K 含量卻顯著比沙丘腹地的同種植物高,可能是由于沙丘坡上生境較差,該類植物需要較高的K 含量增強抗旱性。

        4.3 植物營養(yǎng)元素之間的相互關系

        植物體的正常代謝要求各元素按一定的比例關系吸收利用,并在體內(nèi)保持相對平衡。而元素的供應過量或不足,以及氣候的差異則會改變這種平衡,例如在內(nèi)蒙古阿拉善、長江三峽、海南等地區(qū)所得到的元素間的相互關系就有很大不同。本文的研究區(qū)域為古爾班通古特沙漠,因此元素間的關系就更突出了荒漠植物對元素選擇吸收的內(nèi)在屬性。本研究發(fā)現(xiàn)古爾班通古特沙漠地區(qū)8 種植物10 個營養(yǎng)元素之間存在大量的正相關關系,其中C 與P,N 與Na、Mg、Cu、Zn,K 與P、Al,Na 與Mg,Mn 與Na、Mg、Cu,Zn 與Cu 之間具有極顯著正相關關系(≤0.001)。相關研究認為植物葉片的N與P含量間存在顯著的正相關關系,本研究中荒漠植物N、P 含量也表現(xiàn)出顯著的正相關,反映了荒漠植物N、P 含量間良好的協(xié)同性,是植物適應環(huán)境的普遍規(guī)律。大量文獻報道K—N間一般為正交互作用,這與兩種元素的生理功能有關,N 是合成蛋白質(zhì)的主要元素,而K 可以提高植物對N 的利用,加快轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)的速率。但是在古爾班通古特沙漠植物中,N與K并未表現(xiàn)出相關關系,這可能是由于該地區(qū)土壤貧瘠的N含量改變了植物對K 元素的吸收利用,進而打破了N 與K 的元素平衡關系。分析發(fā)現(xiàn),植物的Mg與Na 之間具有顯著的正相關,表明高量的Na鹽離子吸收可以提高植物對Mg 的吸收,與崔培鑫等研究相似,此外,P與Cu,C與Cu、Zn,K與Mn、Cu、Zn 之間表現(xiàn)出極顯著負相關關系(≤0.001),推測元素之間的拮抗作用應該是荒漠植物避免Mn、Cu、Zn 過量吸收的一種方式。有報道認為過量的Al 會抑制植物對K 的吸收,但在本文的結果中兩者卻呈極顯著正相關關系,可能是植物在不受Al 脅迫時,與K 的負相關關系并不明顯。

        5 結論

        研究表明,古爾班通古特沙漠8種草本植物的10種元素含量從大到小依次為:C>N>K>Mg>Na>P>Al>Mn>Zn>Cu,表現(xiàn)為K 富集,Cu、Zn 缺乏,屬于N 限制植物。營養(yǎng)元素含量受物種、生長期、沙丘部位的影響顯著。從生長旺盛期到枯萎期,8種植物的C、N、P、Mg、Mn、Cu、Zn元素含量普遍下降,而堿蓬、沙蓬的Na、K 含量卻顯著上升。受土壤水分和養(yǎng)分豐富程度的影響,沙丘腹地植物的各營養(yǎng)元素含量顯著比坡上同種植物高。從各元素之間的相關性分析結果來看,多種元素之間具有較強的復雜相關性,C 與P,N 與Na、Mg、Cu、Zn,K 與P、Al,Na 與Mg,Mn 與Na、Mg、Cu,Zn 與Cu 之間具有極顯著正相關關系(≤0.001),P 與Cu,C 與Cu、Zn,K 與Mn、Cu、Zn 之間具有極顯著負相關關系(≤0.001),而其相關的機理還需要進一步深入的研究。

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