不同生境中的中华结缕草（Zoysia sinica Hance）和白茅（Imperata cylindrica（Linn.）Beauv.）在生长初期氮磷营养分配

2012-09-25沈章军

合肥师范学院学报 2012年6期

沈章军，何磊，黄俊，汤伟

（合肥师范学院生命科学系，安徽合肥230061）

0 前言

N、P是植物生长发育过程中所必需矿质元素，也是最受限制的元素，成为陆地生态系统植物的生长2个关键性的限制因子［1］。铜尾矿废弃地是由采矿过程产生的大量未经处理的尾矿和其它矿业废料堆积形成，其物理结构不良、持水保肥能力差、重金属浓度过高、极端pH，特别是N、P等营养元素极端贫瘠，成为限制植物成长、繁殖和定居的主要因素之一［2、3］。

安徽铜陵是我国重要的产铜地区之一，冶铜历史悠久，尤其是解放后大规模开采过程中形成的大量尾矿占用了大面积土地，其中大型尾矿库有五公里尾矿库、黑沙河尾矿库、铜官山尾矿库、凤凰山尾矿库、狮子山尾矿库五处，其总面积约280万m2［4］。在对铜陵铜尾矿库废弃地自然演替阶段植物群落进行调查时发现禾本科植物白茅（Imperata ylindrical（Linn.）Beauv.）和中华结缕草（Zoysia sinica Hance）在植物群落中相对优势度最高，先锋种效应明显［5］。

本文以铜陵杨山冲尾矿废弃地两种优势植物白茅（Imperata ylindrical（Linn.）Beauv.）和中华结缕草（Zoysia sinica Hance）作为研究对象，以同区农田系统、安徽大学校园、合肥旱地3种生境作为对照，探讨不同生境营养条件对两种植物体内氮磷营养分配的影响，旨在从养分利用的角度揭示其对尾矿恶劣环境的适应性，为尾矿植被的生态恢复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究地区概况

本研究取材根据白茅和中华结缕草地理分布的差异，中华结缕草主要取自安徽省铜陵市铜矿区杨山冲尾矿废弃地和同区农田系统，白茅取自杨山冲尾矿废弃地和同区农田系统、安徽大学校园、合肥旱地4种生境。杨山冲尾矿库弃置时间约20年，处于自然生态恢复状态，自然植物群落主要包括白茅群落、中华结缕草群落及木贼群落，另外尚有部分未有任何植物生长的裸地。

本地区介于北纬30°46′～31°08′，东经117°42′～118°11′之间，属亚热带季风气候。年降雨1346mm，降雨主要集中在夏季；年平均温度16.2℃，一月份平均温度3.2℃，七月份平均温度28.8℃；无霜期237～258天，全年≥10℃的积温为4944.4℃～5463.9℃。区内总体气候条件表现为光热资源丰富、降水充沛，光、热、水分配较平衡。

1.2 采样和处理

2011年5月进行采样。每种生境随机取6个样点，植物整株取回。根据植物生理结构的差异，中华结缕草按根、茎和叶3部分进行分离，白茅按叶片和地下部分（根状茎）进行分离。所采植物样品均置于烘箱中105℃杀青20min，70℃烘干，用植物样品粉碎机粉碎，并通过0.5mm筛孔，然后装于自封袋中备用。

1.3 化学分析

1.3.1 土壤性质分析

几种生境的基本性质采用常规分析法［6］。土壤pH值用PHS－3C型酸度计测定。土壤电导率用DDS－307电导率仪测定。

1.3.2 植物氮磷浓度分析

植物样品经过H2SO4－HClO4消煮后，全氮用KDY－9820凯氏定氮法测定，全磷用钼锑黄比色法测定，所用仪器为UV－2450紫外分光光度计。

1.4 数据分析

采用 Excel和SPSS for Windows 13.0进行数据统计分析，不同生长期白茅组织间养分浓度、氮磷比及再吸收率差异等多组间比较采用单因素方差分析（One－Way ANONA），用S－N－K（Student－Newman－Keuls）进行显著性检验，显著水平取P＝0.05。

2 结果与讨论

2.1 几种生境的基本理化性质

表1 土壤基本理化性质（n＝4）

从表1可以得到，尾矿区土壤的pH值呈弱碱性（pH＝7.98±0.5），而其它3中生境基本呈中性。尾矿区土壤有机质含量偏低，然而有机质的含量决定土壤肥力［7］，因此尾矿的土壤肥力低，不利于植物生长。单因素回归分析发现，农田、旱地和校园三地区的土壤的全氮含量无显著差异性（P＜0.05），均约为尾矿废弃地全氮含量的2倍。氮素是植物生长必需元素之一，因此缺少氮素限制了大多数植物在尾矿中生长。

2.2 两种生境生长的中华结缕草体内氮磷元素的分配特征

中华结缕草属于多年生草本植物，对环境条件适应性广，具有耐湿、耐旱、耐盐碱的特性，它的根系发达，生长匍匐性好，是一种良好的水土保持植物［8、9］。从图1a中可直观地看出，在同一生境条件下，结缕草体内氮含量表现为：根＜茎＜叶，尾矿上生长的中华结缕草根、茎中氮的含量都略低于农田样本，但叶中氮含量却相差无几。氮是植物生理代谢活动主要元素，叶片中的氮含量直接影响了叶片的光合作用效率。两种生境下的中华结缕草叶中的氮含量无明显差异，说明尾矿中生长的中华结缕草能够通过自身的调节作用，克服低氮营养对其正常生长的N限制。

图1 两种生境中中华结缕草体内氮磷养分的分配特征（n＝6）

磷在生命活动最旺盛的分生组织中含量最高。在本研究中，两种生境下的中华结缕草体内的磷浓度均表现为叶＞根＞茎（图1b），说明P主要参与叶中的代谢活动。两种生境土壤中全磷的含量基本相同，但尾矿中华结缕草各器官中的磷含量均略低于农田区，说明尾矿中有效磷的含量要显著低于农田，不利于植物对磷的吸收。

2.3 多种生境中生长的白茅体内氮磷元素的分配特征

植物在不同的生长期为了达到生长或繁殖的目的，需要将体内基本养分进行不断的转移、再分配和再利用［10］。在本研究中，四种生境下的白茅宿存根茎中的氮含量表现为尾矿＞旱地＞农田＞安大校园，尾矿白茅宿存根茎中的氮含量表现最大（图2a），可见白茅为适应N营养贫瘠的尾矿环境，根状茎吸收和储备氮养分的能力得到提高，根状茎中积蓄大量的N养分为植物后期的有性生殖和营养生长提供了N养分支持。相反，4种生境下白茅茎中磷的含量表现为农田＞安大校园＞旱地＞尾矿，尾矿白茅茎内磷含量表现最低（图2a），表明在尾矿中白茅生长初期根茎中磷养分就大量转移到其它生命活动旺盛的组织，以适应尾矿有效磷素较低的磷营养胁迫。白茅属于适应性强，耐阴、耐贫瘠和干旱，对极端恶性环境有很强适应性的禾本科多年生草本植物，在尾矿废弃地自然生态恢复过程中发挥着重要作用［11、12］。其对贫瘠生境极强的生理生态调节能力在本研究中得到了验证。

四种生境下白茅成熟叶片中的氮、磷含量均表现为农田＞安大校园＞旱地＞尾矿（图2b）。说明生境中有效氮磷营养的缺乏直接影响了植物体内养分的含量。对比图2a和b可以发现，四种生境下白茅体内的氮和磷主要集中分布在生理活动旺盛的成熟叶片中，这一结果和中华结缕草体内氮磷的分布特征一致。

图2 白茅宿存根茎和成熟叶片中氮磷含量（n＝6）

2.4 中华结缕草和白茅体内氮磷浓度的差异性分析

比照图1和图2分析发现，尾矿生境中，中华结缕草茎内N、P浓度均显著高于白茅茎（P＜0.05）；中华结缕草叶片内N浓度平均值也大于白茅叶片，但方差分析表明之间差异性不显著（P＞0.05）；中华结缕草叶片内P浓度要显著大于白茅叶片（P＜0.05）。农田系统中，植物茎内N、P浓度表现出与尾矿中相同的结果，但植物叶片内N、P浓度的平均值表现为白茅大于中华结缕草，方差分析表明之间无显著差异性（P＞0.05）。说明在同一生境条件下，植物体内养分的浓度在物种之间存在较大的差异。