摘要：葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的關(guān)鍵物質(zhì)，氮素是葉綠素的重要組成元素。因此，土壤氮可能是影響葉綠素含量變化的重要因素。然而，目前研究較少關(guān)注氮梯度下葉綠素含量的變化及背后原因。本研究以青藏高原高寒草甸優(yōu)勢(shì)植物為研究對(duì)象，利用8年的氮添加梯度實(shí)驗(yàn)，氮添加水平為0，2，4，8，16，32 g·m^-2 ·a^-1。研究發(fā)現(xiàn)葉綠素含量沿氮添加梯度呈拋物線響應(yīng)，且峰值多在8 g·m^-2 ·a^-1左右。低氮水平下，葉綠素含量與土壤無(wú)機(jī)氮顯著正相關(guān)，與土壤pH值和植物高度負(fù)相關(guān)。高氮水平下，葉綠素與土壤無(wú)機(jī)氮和pH值均不相關(guān)，與植物高度呈非線性關(guān)系。此外，不管低氮或高氮水平添加葉綠素含量和比葉面積均呈拋物線關(guān)系。本研究表明高寒植物葉綠素對(duì)氮添加梯度表現(xiàn)出非線性響應(yīng)且存在閾值，并且低于或高于氮閾值的影響因子是不同的?？傊狙芯勘砻髟诘患谋尘跋赂吆参锶~綠素與土壤氮可利用性存在復(fù)雜關(guān)系，可能會(huì)進(jìn)一步作用于高寒草地生態(tài)系統(tǒng)碳固持。

關(guān)鍵詞：葉綠素含量；氮添加梯度；土壤理化性質(zhì)；植物功能性狀；高寒草甸

中圖分類號(hào)：S812

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-0435（2023）06-1622-10

Nonlinear Responses and Mechanisms of Leaf Chlorophyll in Alpine Plants to Nitrogen Addition Gradient

MEN Lu^1，2， HE Yi-cheng^3，4， LI Ting-ting³， LI Peng-yu⁵， HU Jian^1，2， ZHOU Qing-ping^1，2*

（1.Institute of Qinghai-Tibetan Plateau， Southwest Minzu University， Chengdu， Sichuan Province 610041， China; 2. Sichuan Zoige Alpine Wetland Ecosystem National Observation and Research Station， Chengdu， Sichuan Province 610041， China; 3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China; 4. College of Grassland Science and Technology， China Agricultural University， Beijing 100193， China; 5. School of Grassland Sciences， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract：Leaf chlorophyll is a critical substance for plant photosynthesis，while nitrogen is an important component of chlorophyll. Therefore，soil nitrogen may be an important factor to affect leaf chlorophyll content. However，little attention has been paid to whether leaf chlorophyll content exhibits a nonlinear response to a soil nitrogen gradient and the possible mechanisms behind it. In this study，dominant plants in alpine meadows on the Qinghai-Tibet Plateau were used as the research object，and an eight-year nitrogen addition gradient experiment was conducted with nitrogen addition levels of 0，2，4，8，16，and 32 g·m^-2·a^-1. We found that leaf chlorophyll content showed a first increasing and then decreasing pattern in response to nitrogen addition gradient，and the peak value mostly appeared at 8 g·m^-2·a^-1. At low nitrogen levels，leaf chlorophyll content was positively correlated with soil inorganic nitrogen but negatively with soil pH and plant height. At high nitrogen levels，leaf chlorophyll was not correlated with soil inorganic nitrogen or pH，but exhibited a nonlinear relationship with plant height. In addition，we found that regardless of low or high nitrogen additions，there was a parabolic relationship between leaf chlorophyll content and specific leaf area. This study demonstrated that the leaf chlorophyll of alpine plants exhibited a threshold in response to nitrogen additions gradient，and the underlying mechanisms below or above that threshold are different. Overall，this study suggests that in the context of nitrogen enrichment，the relationship between alpine plant chlorophyll and soil nitrogen availability is complex，which may further affect carbon sequestration in alpine grassland ecosystems.

Key words：Chlorophyll content;Nitrogen addition gradient;Soil physicochemical properties;Plant functional traits;Alpine meadow

葉綠素是綠色植物光合作用的重要結(jié)構(gòu)體^［1］，其含量可反映植物光合作用能力和生長(zhǎng)狀況^［2-3］。氮（N）是葉綠素的重要組成元素，生境中氮含量變化可能會(huì)引起植物葉綠素含量變化^［4］。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，人類活動(dòng)如化石燃料燃燒、農(nóng)作物施肥等，已導(dǎo)致全球氮沉降量提高了2.5倍^［5］。增加的氮沉降可能會(huì)超過(guò)生態(tài)系統(tǒng)所能承受的氮閾值，導(dǎo)致葉綠素含量發(fā)生突變^［6-8］。然而，目前并不清楚葉綠素含量對(duì)氮梯度是否存在非線性響應(yīng)以及這種非線性響應(yīng)的可能原因。

氮素添加會(huì)提高土壤氮的可利用性，從而促進(jìn)植物葉綠素合成^［9］，然而過(guò)多的土壤氮素也可能會(huì)抑制植物葉綠素合成^［10］。前人研究發(fā)現(xiàn)，氮輸入過(guò)多導(dǎo)致土壤中多余的氮以NO-₃形式從土壤中淋失，從而引起土壤酸化^［11］。土壤酸化會(huì)促進(jìn)土壤中Al³⁺溶出^［12］，進(jìn)一步抑制植物對(duì)磷元素的吸收^［13］。同時(shí)，過(guò)高的氮輸入會(huì)增加土壤NH+₄，阻礙植物對(duì)Mg²⁺，F(xiàn)e²⁺的吸收^［14］。由于葉綠素的合成不僅需要氮，還需要Mg²⁺，F(xiàn)e²⁺和磷元素的共同協(xié)助，因此高氮輸入可能降低植物葉綠素含量。

植物葉綠素含量通常在光照弱的生境中更高^［15-16］，這是因?yàn)橹参镄枰３州^高的葉綠素含量來(lái)最大化獲取光資源^［17］。在局部尺度，光資源一般存在不均衡分配，在植物完整的生長(zhǎng)周期中光資源垂直供應(yīng)，大個(gè)體植物優(yōu)先獲得光資源，其捕獲的光能用于擴(kuò)大更多的受光面積，因此大個(gè)體植物遮陰效果會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，憑借株高優(yōu)勢(shì)遮擋周圍的矮小植物，阻礙小個(gè)體植物獲得充足的光照，而植被冠層下的小個(gè)體對(duì)大個(gè)體光截獲影響不大。因此，這種不均衡分配導(dǎo)致大個(gè)體植物下一階段生長(zhǎng)能夠搶占超比例的光資源份額，而較小植物占有光資源少，強(qiáng)者愈強(qiáng)，弱者愈弱，較小植物最終得不到足夠的光資源而死亡，即生境中較高的植物可以獲得更多的光資源，而矮小的植物會(huì)受到一定程度的光限制^［18-19］。因此，木本植物葉片的葉綠素含量通常低于受到長(zhǎng)期遮蔭的下層草本植物葉片^［20］。

植物功能性狀之間存在相關(guān)關(guān)系。例如，比葉面積通常隨光資源增多而減小，由于光照條件較好時(shí)植物不必投入過(guò)多的光合產(chǎn)物去競(jìng)爭(zhēng)光資源^［21］?？紤]到葉綠素含量一般也隨光資源增多而減小，其往往與比葉面積存在較強(qiáng)的協(xié)同關(guān)系。另外，氮是葉綠素合成所需的基本元素，因此葉片氮含量一般與葉綠素含量存在密切的正相關(guān)關(guān)系。然而，我們并不清楚植物性狀之間的關(guān)系是否會(huì)因土壤氮可利用性變化而發(fā)生改變。

青藏高原是解決以上科學(xué)問(wèn)題的理想研究對(duì)象，由于常年低溫導(dǎo)致該區(qū)氮循環(huán)緩慢，植物生理活動(dòng)受到土壤氮素的強(qiáng)烈限制^［22］?；诖?，本研究通過(guò)野外氮添加梯度控制實(shí)驗(yàn)探究不同氮添加梯度對(duì)高寒草甸植物葉綠素含量的影響，并進(jìn)一步探討不同氮添加水平下影響植物葉綠素含量變化的主要因子。本研究擬解決如下科學(xué)問(wèn)題：（1）高寒草甸植物葉綠素含量對(duì)氮添加梯度是否存在非線性響應(yīng)？閾值是多少？（2）高和低氮添加水平下影響植物葉綠素含量的關(guān)鍵機(jī)制有何差異？

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)樣地于2014年5月初設(shè)立在四川省阿壩州紅原縣西南民族大學(xué)青藏高原研究基地內(nèi)，本試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，總共5個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組內(nèi)設(shè)6個(gè)氮添加處理，分別為0 g·m^-2·a^-1（N0，對(duì)照），2 g·m^-2·a^-1（N2），4 g·m^-2·a^-1（N4），8 g·m^-2·a^-1（N8），16 g·m^-2·a^-1（N16），32 g·m^-2·a^-1（N32）^［23］，共30個(gè)樣方。樣方面積為8 m×8 m，相鄰樣方的間距為3 m，樣方均在同一水平線上。生長(zhǎng)季（5—9月）期間每月進(jìn)行一次氮添加，添加方式為撒施，所用氮肥為硝酸銨（NH₄NO₃，分析純，含量≥ 99%）。詳細(xì)的樣方設(shè)置及實(shí)地航拍見(jiàn)圖1。

1.2 植被與土壤特征

紅原縣面積約為7 760 km²，其中可利用草原面積約占全縣總面積的90%。草地類型主要由高山草甸草地、亞高山草甸草地、亞高山疏林草地、高山與亞高山灌叢草甸、沼澤草甸草地和沼澤草地組成，其中亞高山高寒草甸是紅原大草原的主要植被類型，占可利用草地面積的38%。草地植被類型組成較為復(fù)雜，其主要優(yōu)勢(shì)種包括：禾本科以發(fā)草（Deschampsia caespitosa）、垂穗披堿草（Elymus nutans）、草地早熟禾（Poa pratensis）、紫羊茅（Festuca rubra）和甘青剪股穎（Agrostis hugoniana）等為主；莎草科以四川嵩草（Kobresia setchwanensis）、藏東薹草（Carex cardiolepis）等為主；豆科以甘肅棘豆（Oxytropis kansuensis）、野豌豆（Vicia sepium）等為主；雜類草主要有草玉梅（Anemone rivularis）、鵝絨委陵菜（Potentilla anserina）、珠芽蓼（Polygonum viviparum）、黃帚橐吾（Ligularia virgaurea）、川西蒲公英（Taraxacum Lugubre）等。植物根系80 %以上分布在0～20 cm的土層中。

土壤類型以亞高山草甸土、高山草甸土和沼澤土為主，亞高山草甸土主要是由土壤表層土的草甸化即生草化過(guò)程及其亞表層的腐殖質(zhì)積累形成的。土壤類型為亞高山草甸土和沼澤土，土層厚度約為30～50 cm，土壤pH值為6.24，表層土壤容重為0.89 g·cm^-3。土壤有機(jī)質(zhì)含量較高但分解緩慢，土壤氮磷含量偏低。其總碳、總氮含量分別為37.36 g·kg^-1和3.51 g·kg^-1，可溶性有機(jī)碳和有機(jī)氮含量分別為88.55 mg·kg^-1和30.59 mg·kg^-1，無(wú)機(jī)氮含量為16.37 mg·kg^-1。

1.3 樣品采集與數(shù)據(jù)測(cè)定

2021年8月植物生長(zhǎng)旺季采集實(shí)驗(yàn)所需的植物葉片，以樣地中優(yōu)勢(shì)物種垂穗披堿草（Elymus nutans）、鵝絨委陵菜（Argentina anserina）、珠芽蓼（Polygonum viviparum），草玉梅（Anemone rivularis）、灰苞蒿（Artemisia roxburghiana）為實(shí)驗(yàn)對(duì)象（相對(duì)生物量占比約70%），尋找生長(zhǎng)狀況相對(duì)一致的3～5株植物個(gè)體，使用SPAD-502便攜式葉綠素測(cè)定儀（Minolta，Osaka，Japan），無(wú)傷測(cè)定實(shí)驗(yàn)物種葉片的相對(duì)葉綠素含量。

每個(gè)物種選擇3～8片成熟且無(wú)損傷的葉片，將采集的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室。擦拭干凈擺放整齊，然后用掃描儀（Cano Scan LIDE 110，Japan）獲取葉片圖片，再用imageJ軟件確定葉片面積。將掃描好葉面積的葉片裝袋，做好標(biāo)記放于烘箱，設(shè)置溫度60℃，烘干48小時(shí)，之后取出稱重（葉片干重），并計(jì)算比葉面積。最后用球磨儀（NM200，Retsch，Haan，Germany）將測(cè)定完比葉面積的葉片粉碎，并使用元素分析儀（vario E1 III，Elementar Analysensysteme GmbH，Hanau，Germany）測(cè)定葉片全氮含量。

該試驗(yàn)屬于對(duì)比測(cè)定，所以在在測(cè)定過(guò)程中，為了減少測(cè)定過(guò)程中環(huán)境條件變化所帶來(lái)的影響，盡量六個(gè)氮素處理水平交替測(cè)量。

2021年8月下旬采集土壤樣品，采用五點(diǎn)取樣法，用內(nèi)直徑為5 cm的土鉆在樣方內(nèi)鉆取5份0～10 cm表層土，并將其混合。打鉆間隔需要大于5 m，取樣點(diǎn)應(yīng)距離樣方四周至少1米（圖1），以最大程度避免“邊際效應(yīng)”的影響。將土樣做好標(biāo)記放置于牛皮信封紙上，剔除可見(jiàn)的生物體和根系后用2 mm篩子過(guò)篩。最后將得到的土樣室內(nèi)自然陰干，用于測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)（干土）。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

植物性狀測(cè)定主要包括葉綠素含量、比葉面積、植物葉片氮含量和株高。土壤理化性質(zhì)測(cè)定主要包括土壤pH值和土壤無(wú)機(jī)氮。上述指標(biāo)的具體測(cè)定方法如下：

葉綠素（SPAD）：葉片葉綠素含量的測(cè)定在葉片光合測(cè)量同期進(jìn)行，儀器使用SPAD-502便攜式葉綠素儀（日本柯尼卡美能達(dá)公司），單株個(gè)體重復(fù)三次。（注：在實(shí)驗(yàn)中使用SPAD值來(lái)指代植物葉綠素的相對(duì)含量）。

植株葉片高度（Leaf height，LH）：植株葉片高度的測(cè)定在葉綠素含量測(cè)定之后完成，利用卷尺測(cè)定目標(biāo)植物葉片的自然高度，單位（cm）。

土壤pH值：采用電位法測(cè)定，稱取10 g風(fēng)干土放入燒杯中，加入25 mL去離子水，利用pH儀（Ultrameter 2，Myronl，USA）測(cè)定。

土壤無(wú)機(jī)氮（Soil inorganic nitrogen，SIN）：采用凱氏定氮儀測(cè)定。稱取過(guò)2 mm土壤篩風(fēng)干土樣0.5 g并加入2 g加速劑，然后加去離子水潤(rùn)濕土樣，加入5 mL濃硫酸后轉(zhuǎn)移至消煮爐中加熱，待反應(yīng)緩和后，升溫至390℃左右，消煮至灰白色為止，冷卻后采用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量。

植株葉片高度（Leaf height，LH）：植株葉片高度的測(cè)定在葉綠素含量測(cè)定之后完成，利用卷尺測(cè)定目標(biāo)植物葉片的自然高度，單位（cm）。

比葉面積（Specific leaf area，SLA）：每個(gè)物種選擇3～8片的成熟且無(wú)損傷的葉片，將采集的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室。首先用濕紙巾將葉片擦拭干凈，擺放整齊，然后用掃描儀（Cano Scan LIDE 110，Japan）掃描獲取葉片圖片（分辨率為300 dpi），再用imageJ軟件確定圖片面積，圖片面積與像素點(diǎn)換算得到葉片面積。將稱測(cè)定完鮮葉面積（La）的葉片放進(jìn)烘箱，設(shè)置溫度60℃，烘干48小時(shí)，稱重得到葉片干重（Ld），計(jì)算得到比葉面積，公式如下：

式中，La單位為（cm²）；Ld為單位為（g）；SLA單位為（cm²·g^-1）。

葉片全氮含量（Leaf nitrogen content，LNC）：測(cè)定葉片氮含量的樣本使用測(cè)量比葉面積的同批樣品，將測(cè)定完比葉面積的葉片樣品用球磨儀（NM200，Retsch，Haan，Germany）粉碎后，對(duì)樣品用H₂SO4-H₂O₂進(jìn)行二次消煮得到完全消解好的溶液，葉片全氮含量使用全自動(dòng)凱氏定氮儀滴定測(cè)定，單位（%）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

本研究利用單因素方差分析和多重比較分析不同氮添加水平對(duì)優(yōu)勢(shì)植物葉綠素的影響差異。并且，進(jìn)一步利用回歸分析量化葉片葉綠素含量與氮添加量之間的非線性關(guān)系，同時(shí)利用回歸分析量化葉綠素與土壤pH值、土壤無(wú)機(jī)氮含量、葉片高度、葉片氮含量和比葉面積之間的關(guān)系。上述統(tǒng)計(jì)分析使用R studio軟件（4.0.2;R Development Core Team，Vienna，Austria）完成，制圖使用ggplot2程序包（Ginestet，2011）。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片葉綠素含量對(duì)氮添加的響應(yīng)

相比于對(duì)照處理（N0），草玉梅和灰苞蒿的葉片葉綠素含量在N2處均有顯著升高（Plt;0.05），垂穗披堿草的葉綠素含量略有上升但不顯著。

珠芽蓼、鵝絨委陵菜的葉綠素含量也略微下降但不顯著。其中，除了珠芽蓼的葉綠素含量在N4處理下達(dá)到最大值外，其他植物均是在N8處理下葉綠素達(dá)到最大值（圖2）。

隨著氮添加量增加，優(yōu)勢(shì)植物葉綠素含量對(duì)氮添加梯度的響應(yīng)總體表現(xiàn)為先上升后下降的非線性趨勢(shì)（圖3），如草玉梅（Plt;0.001）、鵝絨委陵菜（Plt;0.001）、灰苞蒿（Plt;0.001）與珠芽蓼（P=0.002）均呈先上升后下降趨勢(shì)。但是，垂穗披堿草的葉綠素含量與氮添加量不相關(guān)（P=0.135）。

由于葉綠素含量在不同氮添加梯度下存在明顯的先上升后下降趨勢(shì)，且峰值基本位于N8處理處（圖2），因此本文將氮添加梯度分為低氮添加（N0～N8）與高氮添加（N8～N32）兩個(gè)不同氮添加水平組進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。

2.2 土壤、植株和葉片指標(biāo)對(duì)氮添加梯度的響應(yīng)

在高氮添加和低氮添加下，植物葉綠素含量與土壤pH值（圖4）和無(wú)機(jī)氮含量（圖5）具有不同的關(guān)系。低氮添加下，葉綠素含量隨土壤pH值升高而降低（R2=0.47，Plt;0.001），而高氮添加下葉綠素含量與土壤pH值沒(méi)有關(guān)系。此外，低氮添加下，植物葉綠素含量與土壤無(wú)機(jī)氮含量正相關(guān)（R2=0.42，P=0.002），而高氮添加下葉綠素含量與土壤無(wú)機(jī)氮含量不相關(guān)。

在高氮添加下，植物葉綠素含量與植株高度顯著負(fù)相關(guān)（圖6，R2=0.27，P=0.046）。而低氮添加下，葉綠素含量隨植株高度增加呈先升高后降低趨勢(shì)（圖6，R2=0.31，P=0.042）。另外，無(wú)論在何種氮添加下，葉綠素含量隨比葉面積增加均呈先上升后下降趨勢(shì)（圖7），且與葉片氮含量的相關(guān)性不顯著（圖8）。

3 討論

3.1 植物葉綠素含量對(duì)氮添加梯度的非線性響應(yīng)

本研究發(fā)現(xiàn)高寒草甸優(yōu)勢(shì)植物的葉綠素含量隨氮添加梯度增加整體呈先上升后下降趨勢(shì)，且響應(yīng)峰值出現(xiàn)在N8處理下，表明植物葉綠素含量對(duì)氮添加的響應(yīng)存在閾值。在低氮添加下，氮添加能緩解植物氮限制，從而促進(jìn)葉綠素合成^{［17，21］}。例如，有研究發(fā)現(xiàn)自然生態(tài)系統(tǒng)中的植物葉綠素含量隨土壤氮含量增加而增加^［23］，這是因?yàn)榈衫眯栽黾訒?huì)促進(jìn)葉綠素合成速率^［24］。而當(dāng)施氮量超過(guò)閾值時(shí)，植物無(wú)法吸收和利用過(guò)剩的氮素，進(jìn)而導(dǎo)致生境氮飽和以及氮對(duì)葉綠素含量的正效應(yīng)減弱，這與前人研究結(jié)果相似^{［20，24］}。此外，N32處理下的植物葉綠素含量均高于對(duì)照處理，說(shuō)明本研究的高氮添加未對(duì)植物葉綠素產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面作用。

3.2 不同施氮水平下葉綠素含量的主要影響因子

土壤pH值與植物葉綠素含量有著密切關(guān)系，植物葉綠素含量一般隨土壤pH值降低而降低，這是因?yàn)樗嵝酝寥劳ǔ２焕谥参锏纳泶x活動(dòng)^［25］。然而本研究發(fā)現(xiàn)，低氮添加下植物葉綠素含量與土壤pH值負(fù)相關(guān)。這可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)的本底土壤為弱酸性，植物對(duì)酸性土壤有著更強(qiáng)的適應(yīng)能力^［26］。而在高氮添加下，土壤pH值下降到5.0以下，這可能超過(guò)了植物的酸性耐受范圍，進(jìn)而不利于植物吸收與葉綠素合成有關(guān)的金屬陽(yáng)離子。加之，氮可利用性增加的正效應(yīng)被減弱，導(dǎo)致高氮添加下葉綠素含量與土壤pH值不相關(guān)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)在低氮添加下，土壤無(wú)機(jī)氮含量與葉綠素含量顯著正相關(guān)。這表明在低氮添加下，土壤氮可利用性是葉綠素含量增加的主要影響因子。而在高氮添加下，土壤無(wú)機(jī)氮含量并沒(méi)有顯著提高，這可能是高氮添加下植物葉綠素含量沒(méi)有持續(xù)提高的重要原因。

研究發(fā)現(xiàn)植物葉綠素含量與植株高度顯著相關(guān)，在高氮添加下二者負(fù)相關(guān)，而在低氮添加下兩者呈非線性關(guān)系。在高氮添加下，植物個(gè)體之間養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)程度弱，但植物群落內(nèi)部光競(jìng)爭(zhēng)激烈，并且較高的植物在光競(jìng)爭(zhēng)中往往更具優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，光資源變化會(huì)引起植物葉綠素含量的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，即光照條件越好葉綠素含量越低；反之光照條件越差，葉綠素含量越高^［27-28］。因此，在高氮添加下，出現(xiàn)葉綠素含量與植株高度負(fù)相關(guān)的結(jié)果。但是，在低氮添加下，植物間的資源競(jìng)爭(zhēng)以養(yǎng)分為主，這意味著低矮植物首先會(huì)爭(zhēng)奪養(yǎng)分資源以保證生長(zhǎng)，高葉綠素含量能夠保證植物具有更高的光合能力進(jìn)而快速生長(zhǎng)。然而，當(dāng)植物生長(zhǎng)過(guò)高并完全暴露在陽(yáng)光下，光合輻射的負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制又會(huì)降低植物葉綠素含量。此外，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論高氮還是低氮添加，植物葉綠素含量隨比葉面積均呈先上升后下降趨勢(shì)，這與前人研究結(jié)果不一致^［29］。一般而言，比葉面積增大意味著更薄的葉片以及更大的光反應(yīng)面積，這時(shí)植物葉綠素含量通常較低。但在高寒地區(qū)，植物首先需保證自身生長(zhǎng)，例如提高光合速率合成有機(jī)物，這說(shuō)明當(dāng)比葉面積較小時(shí)，葉綠素含量可能無(wú)法保證足夠的場(chǎng)所進(jìn)行光合作用，從而產(chǎn)生低氮添加下葉綠素含量與比葉面積呈正相關(guān)的結(jié)果。而當(dāng)比葉面積持續(xù)增加，葉片接收光合有效輻射的面積足夠滿足其生長(zhǎng)，植物可能需要降低其葉綠素含量以避免受到輻射損傷，進(jìn)而在高氮添加下葉綠素含量與比葉面積呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

本研究還發(fā)現(xiàn)葉片氮含量與植物葉綠素含量不相關(guān)，這與前人研究不同^［30-33］，這可能是因?yàn)榍嗖馗咴Ｄ甑蜏厍艺趄v量大。前人研究表明，植物葉片氮在植物抵抗低溫脅迫和水分脅迫方面具有重要作用^［34-35］，因?yàn)槿~片氮含量越高植物羧化反應(yīng)越快^［36］。同時(shí)更厚的細(xì)胞膜能有效抵御低溫對(duì)細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞^［37］，而細(xì)胞膜的形成同樣需要大量的氮元素。這導(dǎo)致增加的葉片氮傾向用于植物抵御惡劣環(huán)境，而不是用于葉綠素合成。

4 結(jié)論

本研究以高寒草甸優(yōu)勢(shì)植物為試驗(yàn)對(duì)象，探究不同氮添加梯度下高寒草甸植物葉綠素含量的非線性變化規(guī)律以及影響因素。研究發(fā)現(xiàn)：植物葉綠素含量對(duì)氮添加梯度的響應(yīng)存在著閾值；在低氮添加下，葉綠素含量與土壤pH值和無(wú)機(jī)氮含量顯著相關(guān)，而在高氮添加下未發(fā)現(xiàn)顯著相關(guān)；葉綠素含量對(duì)植株高度的響應(yīng)隨氮添加梯度改變發(fā)生了變化?？傮w上，本研究揭示了葉綠素含量與氮梯度的非線性關(guān)系，為我們?cè)诘患尘跋抡J(rèn)識(shí)高寒草甸植物光合相關(guān)性狀之間的關(guān)系提供了新的角度，并為預(yù)測(cè)未來(lái)氮沉降對(duì)高寒草甸植物光合的潛在影響提供了科學(xué)依據(jù)。

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（責(zé)任編輯 劉婷婷）