氮沉降對車前葉綠素和生物量的影響

朱松梅 李放 張麗兵 李楊思琦 袁子健 宋彥濤

摘要：指出了氮沉降是全球變化的重大問題之一，從大氣沉降到陸地生態系統的氮含量影響著植物的性狀及其生產力。采用盆栽法實驗，以分布廣泛的車前（Plantagoasiatica）為研究對象，分析了0、2.5、5、10、20 g/m²五個不同施氮梯度對車前葉綠素及生物量的影響。結果表明：車前的SPAD及地上、地下生物量隨著氮濃度的增加顯著升高，證實了氮添加能顯著影響植物的生長。

關鍵詞：氮沉降;車前;葉綠素;生物量

中圖分類號：S718.15

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）4-0012-03

1 引言

20世紀中期以來，隨著礦物燃料的燃燒、植物生長所需氮肥的生產和使用以及畜牧業的飛速發展等人類活動向大氣中排放的含氮化合物不斷增加，導致整個生態系統中的氮含量過高[1，2]，嚴重時會使土壤達到一種有毒的狀態，影響土壤對植物的有效性，從而對植物的生長產生不利影響。

在全球范圍內展開的有關氮沉降的研究表明：一定量的大氣氮沉降在很大程度上提高了植物對養分的吸收，導致植物的光合能力、生物量的增加[3，4]。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，其能夠將光能轉化為化學能、無機物轉化為有機物供植物生長。葉片中葉綠素含量是檢測植物光合作用能力的重要指標之一[3]，且植物的生物量隨葉綠素含量的增加而增加[5]，進而提高植物的生產力。

車前（Plantagoasiatica）屬于二年生或多年生草本，在我國多個省份均有分布，花果期長，葉片寬大（葉片長4～12 cm、寬2～7 cm），是理想的實驗材料。本實驗選擇車前為研究對象，利用盆栽實驗，通過人工模擬不同梯度氮沉降的方法，測量車前葉綠素和生物量在不同施氮梯度下的變化趨勢，從而探討不同濃度的氮添加對植物生產力的影響。為研究全球變化背景下，氮沉降對植物的影響提供科學依據。

2.材料與方法

2.1 實驗設計與測量

車前種子采自內蒙古呼倫貝爾。實驗采用隨機區組設計，5個施氮梯度分別為：0、2.5、5、10、20 g/m²，設6次重復，共30盆。2017年5月末將相似大小的車前幼苗移栽進相同規格的花盆，每盆一株。7月初開始進行氮添加處理，采用濕法分兩次施人，間隔半個月，8月初測定葉綠素含量（ SPAD502）、地上生物量和地下生物量。

2.2 數據處理

用Exce12010和SPSS19.0對不同施氮梯度下車前的葉綠素含量（ SPAD）、地上生物量、地下生物量及總生物量進行統計分析。

3 結果分析

3.1 不同施氮梯度對車前葉綠素的影響

施氮為2.5 g/mZ²時與不施氮的SPAD值基本沒有差異，分別為28和27。當施氮量為5 g/mz時平均SPAD值為31.2，但5 g/m²與10 g/m²施氮處理間的SPAD值相比雖略有下降但差異不顯著（圖1）。氮添加為20 g/m²的車前平均SPAD值為37，相比于施氮濃度為5 g/mz增加了15.7%、不施氮的增加了27%，說明適量氮沉降有利于植物合成葉綠素，進而增強植物的光合作用。

3.2 不同施氮梯度對車前地上生物量的影響

在施氮梯度為2.5、5、10 g/m²的施氮處理間，車前的地上生物量較沒有施氮處理的均略有升高，但差異不顯著（圖2），說明少量的氮沉降基本不會影響植物的地上生物量;當施氮量為20 g/m²時，相比于不施氮和施氮為10 g/m²的地上生物量分別增加了1.2 g、0.5 g。說明適量施氮可以使地上生物量顯著增加。

3.3 不同施氮梯度對車前地下生物量的影響

施氮量為5 g/m²時與未進行施氮處理的地下生物量相比有較顯著增加，在2.5、5、10 g/m²施氮處理間，車前地下生物量無明顯差異（圖3）。施氮為20 g/m²的地下生物量比未施氮的增加了近41%。表明地下生物量也隨適量氮沉降的增加而增加。

3.4 不同施氮梯度對車前總生物量的影響

施氮為2.5、5、10 g/m²處理間總生物量與未施氮相比均有增加，但這3個處理間沒有顯著差異。當施氮濃度為20 g/m²時平均總生物量為3.6 g，相比于對照增加了38.9%，因此該濃度更適合植物的生長（圖4）。

4 討論

不同施氮梯度對車前的SPAD值及生物量均有積極影響，隨著施氮梯度的增加，車前地上、地下生物量以及總生物量（前兩者之和）被不同程度地促進。雖然在2.5、5 g/m²這兩個施氮處理中，總生物量沒有顯著差異，但與未施氮處理的總生物量相比仍有所增加。施氮梯度為5、10、20 g/m²的總生物量呈線性增長，證實了氮添加能顯著影響植物的整株性狀[6]，進而增強植物的生產力，這與祁瑜等[4]、楊浩等[7]的研究結果一致。在2.5、5、10 g/m²這三個施氮處理間，地上生物量與地下生物量呈現了不同的變化趨勢。存在這些差異的原因可能有：①植物個體間存在差異，影響統計結果;②這3個氮梯度屬于低氮添加水平[7]，不能滿足車前更好生長的需求，因此導致實驗數據差異性不明顯;③植物個體對施氮處理響應的差異的原因是復雜的，與物種氮利用效率、氮處理先后順序、植株生長的微環境等相關，有待于今后做進一步研究。

5 結語

氮沉降會極大程度地改變植物性狀、物種豐富度，影響植物生產力，從而造成生態系統結構和功能的改變[8]。不同氮素添加水平對植物的影響程度也不同，氮含量的增加，在短時間內可以積累更多的生物量同時提高生態系統的生產力[9]。經實驗結果顯示：經施氮處理的車前，其葉片SPAD值和整株車前生物量均明顯增加，在20 g/m²時達到最大值。

參考文獻：

[l]Galloway J N， Townsend A R，Erisman J W， et al.Transformation ofthe nitrogen cycle： recent trends， questions， and potentialsolutions[J]. Science， 2008， 320（5878）：889—892.

[2]Gruber N， Galloway J N.A Earth- system perspective of theglobal nitrogen cycle[J]. Nature， 2008，451（7176）：293～296.

[3]張云海，何念鵬，張光明，等.氮沉降強度和頻率對羊草葉綠素含量的影響[J].生態學報，2013，33 （21）：6786～6794.

[4]祁瑜，黃永梅，王艷，等.施氮對幾種草地植物生物量及其分配的影響[J].生態學報，2011，31（18）：5121～5129.

[5]雷澤湘，艾天成，李方敏，等.草莓葉片葉綠素含量、含氮量與SPAD值間的關系[J].湖北農學院學報，2001，21（2）：138～140.

[6]烏仁其其格，辛曉平，閻瑞瑞，等.氮肥對羊草重度退化草地植物群落的影響[J].湖北農業科學，2015，54（2）：301～303.

[7]楊浩，羅亞晨.糙隱子草功能性狀對氮添加和干旱的響應[J]。植物生態學報，2015，39 （1）：32～42.

[8]何玉惠，劉新平，謝忠奎.氮素添加對黃土高原荒漠草原草本植物物種多樣性和生產力的影響[J].中國沙漠，2015，35（1）：66～71.

[9]常運華，劉學軍，李凱輝，等.大氣氮沉降研究進展[J].干旱區研究，2012，29（6）：972～979.