探究干熱河谷植物化學(xué)計量特征與生物量之間的關(guān)系

楊太俊

（云南省曲靖市會澤縣林業(yè)和草原局，云南 會澤 654200）

0 引言

植物化學(xué)計量學(xué)特征中包含了很多重要信息，和植物生長習(xí)性、功能性狀等有著密切關(guān)系、N、P、K 和植物生長有著密切聯(lián)系，這些元素的計量學(xué)特征和植物生長有著密切聯(lián)系。但研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)功能中除了N、P、K 三類元素外，其他元素也會影響到植物生長，例如Ca、Mg 等，也會影響到土壤條件。從目前情況來看，對這些元素所起的作用研究比較少，計量關(guān)系的驅(qū)動因素不夠清晰。植物的化學(xué)計量和生產(chǎn)力會讓環(huán)境發(fā)生變化，各種植物的化學(xué)計量特征是對植物在生長總結(jié)得到的，和植物生長速度關(guān)系密切。植物的化學(xué)計量特征可塑性強，其對外部環(huán)境是影響植物的重要因素之一。

在衡量生態(tài)系統(tǒng)功能時要參考植物生產(chǎn)力，植物元素計量關(guān)系變化和植物生產(chǎn)力變化的耦合對生態(tài)系統(tǒng)過程會產(chǎn)生影響。水分和養(yǎng)分是植物生長重要的營養(yǎng)物質(zhì)，和植物生產(chǎn)力有著直接關(guān)系。通過研究發(fā)現(xiàn)，水分和養(yǎng)分對植物的促進作用沒有想象那么簡單，是比較復(fù)雜的。目前關(guān)于水分和養(yǎng)分的復(fù)雜作用影響植物元素平衡的理論成果較少，不利于相關(guān)工作的開展。通過研究生物體生長稀釋理論可知，重金屬對生物生長速度會產(chǎn)生影響。生長速度對重金屬稀釋會產(chǎn)生影響，速度越快，稀釋越快，但植物生長快慢是否會影響微量元素，還有待研究。本文以干熱河谷地區(qū)為研究對象，主要探討在不同水分和養(yǎng)分條件下植物生物量發(fā)生的變化，弄清楚生物量變化和植物化學(xué)計量學(xué)特征變化間的關(guān)系。

1 材料和方法

1.1 地區(qū)概況

干河谷地區(qū)氣候具有特殊性，在這個區(qū)域內(nèi)年平均氣溫在21℃左右，降水量不超過700mm，每年的雨季在6—10 月間，占總降水量的90%以上。

1.2 實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)收集

為了保證植物的代表性，選擇研究地區(qū)6 種草本植物種子各300g，其中包括4 種優(yōu)勢植物，分別是黃茅、孔穎草、橘草、雙花草。

2018 年6 月，創(chuàng)建出實驗所需的溫室，并采用盆栽方法，每個種類裝10 盆，在盆中填入15g 的燥紅土，放入6g 種子，植物發(fā)芽后7d，要進行適當(dāng)處理保證每盆4 株植物，再進行水分、養(yǎng)分處理。對實驗進行分組，第一組是對照處理，要定期向花盆中澆水，每次為350mL；第二組是養(yǎng)分處理，兩個周澆一次水，其他方面和對照相同；第三組水分添加頻率要更高，澆水次數(shù)要更多，控制好每次澆水量；第四組是水分和養(yǎng)分的復(fù)合處理，澆水頻率和第三組相同，同時要控制好澆水量。實驗共有72 盆植物，為了避免土壤中鹽離子含量過高，要進行灌注水來淋洗，這樣做可以保證植物的健康生長[1]。干熱河谷地區(qū)常年溫度較高，在這種環(huán)境下，水分蒸發(fā)量較大，灌注的水會快速蒸發(fā)。

實驗3 個月之后測量植物的生物量數(shù)據(jù)信息，將植物放在70℃條件下進行烘干處理，并分離成葉片、莖干及花穗等部分并稱取質(zhì)量。由于根系帶有土壤，為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，要將土壤沖洗掉，烘干后稱質(zhì)量[2]?；旌现参锏牟煌鞴?，以此作為樣品，粉碎后測定其中元素的含量，主要包括N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn。

1.3 數(shù)據(jù)分析

植物總體各種元素含量計算公式為：

E=ΣEi×Oi

其中：E、Ei及Oi分別指植物體內(nèi)元素含量、該元素在器官中的含量，器官在植株質(zhì)量中的比值。

植物生物量和化學(xué)計量學(xué)特征對水分和養(yǎng)分處理的響應(yīng)指數(shù)計算公式為：

R=（Bt-Bc）/Bc×100%

采用多因素方差分析法對物種、水分等對植物生物量影響進行分析，對各處理間檢驗。分析Rbiomass 和Rstoichiometry 的相關(guān)性采用一元線性回歸分析法。

1.4 結(jié)果

水分、養(yǎng)分等因素的二次交互作用會明顯影響到植物生物量，但在三次交互作用下卻不明顯。從整體情況來看，養(yǎng)分添加處理的生物量多于對照組，高頻詞水分處理也有所增加，采用水分和養(yǎng)分復(fù)合處理，生物量會快速增加，結(jié)果說明了水分和養(yǎng)分的協(xié)同效應(yīng)[3]。

排序物種生物量均值，從大到小分別是紅毛草、黃茅等，由于植物種類不同，所以在處理效應(yīng)特征方面有所差異。相比養(yǎng)分，橘草和孔穎草對水分響應(yīng)比較顯著。裂稃草和黃茅對水分和養(yǎng)分的復(fù)合處理響應(yīng)比較顯著，協(xié)同效應(yīng)比較強。雙花草只對養(yǎng)分和水分的復(fù)合處理具有顯著效應(yīng)。紅毛草對水分和養(yǎng)分處理的響應(yīng)程度沒有太大區(qū)別，但對水分和養(yǎng)分的復(fù)合處理響比較顯著。

2 討論

對本文研究結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，對水分、養(yǎng)分處理下生物量變化響應(yīng)的因素比較多，除了植物根莖葉之外，還包括總體微量元素含量，例如Zn、Mn 等。對這些元素進行分類，第一、二、三類分別是K；Ca、Mg；Zn、Mn。通過觀察發(fā)現(xiàn)，在生物量變化中，植物中含量較高元素是比較穩(wěn)定的，含量較低元素則會受到影響，當(dāng)生物量增加時會出現(xiàn)下降的趨勢，在這種情況下，含量較高和較低元素的計量關(guān)系變化比較大。

對植物進行養(yǎng)分和水分處理，生物量變化對植物吸收元素的效果會產(chǎn)生一定影響，通過研究得出重要結(jié)論，元素計量比的變化趨勢會受到元素含量影響，從大到小對元素含量排序為K、Ca、Mg、Mn、Zn，大部分情況下，元素計量比變化和生物量變化呈正比關(guān)系[4]。

水分、養(yǎng)分對植物化學(xué)計量學(xué)特征會產(chǎn)生重要影響，往往只關(guān)注到這一點，對生物量因素的研究比較少。通過研究發(fā)現(xiàn)，在影響各種元素計量比變化的多個因素中，生物量發(fā)揮著不可忽視的作用，而環(huán)境條件和物種因素也會產(chǎn)生一定影響，表明水分和養(yǎng)分對植物化學(xué)計量學(xué)特征的影響具有相似性，也就是生物量變化。另外研究中還有新的發(fā)現(xiàn)，在根莖葉中可以體現(xiàn)出元素化學(xué)計量學(xué)特征的變化和生物量變化的關(guān)系，具有普遍性特點。

生態(tài)系統(tǒng)功能載體包括植物化學(xué)計量學(xué)特征和生物量，加強相互之間關(guān)系的研究具有較高應(yīng)用價值。在生態(tài)化學(xué)計量學(xué)領(lǐng)域中，對植物元素含量及化學(xué)計量關(guān)系變化研究比較多，很多學(xué)者都進行研究并得出重要結(jié)論。有的學(xué)者提出，元素的計量學(xué)變異范圍和元素含量有著關(guān)系，大量元素的穩(wěn)定性較強。有的學(xué)者認(rèn)為元素含量的變異范圍和該元素的限制情況有著一定關(guān)系，限制性元素含量變化趨于穩(wěn)定。從本質(zhì)上來看，植物葉片中的元素變化具有耦合性特征，相比較于其他元素，部分元素的變化速率更快。但植物元素變化到底是受什么因素驅(qū)動還不清楚，關(guān)于植物元素含量及其計量比和生物量變化的關(guān)系研究較少[5]。

相比大量元素，微量元素對植物生長的限制作用更小。大量元素的作用更為重要，內(nèi)穩(wěn)性比較高，對生物量變化要不斷補充，確保達到穩(wěn)定性要求。影響到植物大量元素的吸收的元素包括水分和養(yǎng)分，對微量元素產(chǎn)生稀釋作用，在這種情況下，生物量增長會影響到大量元素和微量元素的計量關(guān)系。N、P 含量及其和其他元素的計量比與生物量變化的關(guān)系不明顯。土壤中的N、P 以有機物形式存在，吸收會被植物與微生物的關(guān)系所影響，其他元素的存在形式是無機物，吸收效果和植物根系有直接關(guān)系。

微量元素和大量元素在生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，其中部分微量元素的作用非常重要，超過了大量元素，例如Mn 是一些生態(tài)系統(tǒng)凋落物分解的限制因子，而其他的微量元素也具有同樣作用，對碎屑食物鏈的物質(zhì)和能量傳輸效率會產(chǎn)生一定影響。采用灌溉、施肥的方法可以讓作物產(chǎn)量增加，但是否會導(dǎo)致農(nóng)作物品質(zhì)下降，還需要我們進行深入研究才能了解[6]。

3 結(jié)語

綜上所述，本文以干熱河谷地區(qū)為研究對象，分析植物化學(xué)計量特征與生物量之間的關(guān)系，并得出了重要結(jié)論。明確不同元素對植物生長的影響，通過計算有一個準(zhǔn)確了解，從而形成正確認(rèn)識。關(guān)于植物化學(xué)計量特征和生物量之間的關(guān)系研究還面臨著很多挑戰(zhàn)，因此要提高重視程度，在研究中取得新的成果。