野生蔓胡颓子叶片的结构性状和氮磷养分含量分析

刘 婷，刘光琴，张敏燕，罗怀波，何正兴，高 通，陈发军,2*

(1.内江师范学院生命科学学院，四川 内江 641100；2.四川省高等学校特色农业资源研究与利用重点实验室, 四川 内江 641100)

叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶片的生理功能与植物生长发育密切相关。叶片性状是植物适应周围环境的重要策略之一，认识叶片性状的格局和变异有利于理解特定环境中植物与生态因子的相互作用[1-2]。在生理相关性状中，比叶面积是权衡叶片大小与物质投入的重要指标，与植物的生长和生存对策密切相关[3]。C、N、P计量特征反映了植物叶片的营养状况，也体现了植物对养分的利用特点，元素间的比值(尤其是N:P)能够解释不同环境条件下植物的适应性，揭示营养元素利用的关系及限制性元素[4-6]。因此，研究叶片的主要生理性状对于理解植物对环境的适应策略，筛选特定生境的适宜性物种，指导资源植物利用和生态系统管理都具有积极意义。

蔓胡颓子(ElaeagnusglabraThunb.)是胡颓子科胡颓子属的蔓生或攀援灌木，分布广泛。该植物果实可食用，含有丰富番茄红素[7]，根叶具有药用价值，同时具有一定的园林绿化和观赏应用潜力。目前，关于胡颓子属植物的研究报道主要集中在其种质资源与利用研究[8]、果实化学成分与药理活性[9-10]、人工扦插繁殖及培育技术[11]等方面，对其叶片生理特征及关系尚不够清楚。在喀斯特生境中，蔓胡颓子多长势良好，在林间向上或向周围扩展明显，藤条高或长，使得小枝和叶能够到达不同空间，处于光照等条件不同的局部环境。同时，由于喀斯特地区异质性极高、土壤养分有限[12]，不同植株养分可获得性不同，根系吸收的养分在被植株地上部分利用时也存在分配问题。本研究通过对蔓胡颓子叶片相关结构性状、氮磷化学计量及生长地土壤养分的研究，以期揭示川南喀斯特地区蔓胡颓子不同水平的叶片生理特征和适应策略，为资源植物的栽培和利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

本试验在古蔺县(105°34′～106°20′E，27°41′～28°20′N)境内进行野外样品采集。古蔺县地处四川盆地南缘、云贵高原北麓，属亚热带季风性湿润气候。四季分明且雨热同期，平均气温在12.4～18.6℃之间，境内喀斯特地貌发育较为典型。

1.2 试验材料

1.2.1 叶片采集与处理

2018年7月，在研究区域选择生长状况良好的蔓胡颓子植株20株，植株生长点海拔697～863 m，分别生长于不同的小生境，从低郁闭度到高郁闭度均有。每株选取2～3根主干藤条采集叶片，按照形态学位置分下、中、上三个部位采集叶片(暂时保留叶柄)，各部位采集15～20片发育成熟、没有病虫害、绿色健壮的叶片，带回实验室。用湿润纱布擦净叶片，每株植物每个部位选取6片叶片，用绘图称重法测量叶面积。叶片85℃杀青处理30 min，再65℃恒温烘干至恒重，用分析天平称量已测定叶面积的叶片干重(精确到 0.001 g)。粉碎叶片，过100目筛2次，摇匀混合后装入离心管，编号保存供测定。

1.2.2 土壤采集与处理

2018年7月，在被采集叶片的植株周围，考虑植株大小，在距离生长中心点50～200 cm处，从周围对称采集四个土壤样品。取样前去除土壤表面的凋落物等，在四个点采集10 cm×10 cm的0～10 cm土层，混合后带回实验室。去杂、风干研磨后，过100目筛2次，摇匀混合后从中取出部分装入离心管，编号保存供测定。

1.3 测定方法

1.3.1 碳氮磷含量测定

全C、全N测定采用元素分析仪，称取50 mg待测样品，用锡箔纸包裹，元素分析仪CN模式分析测试；全P测定采用H2SO4-H2O2消煮—钼锑抗比色法。土壤C含量为有机碳含量。

1.3.2 比叶面积测定

用称重法测量叶面积，测定烘干至恒重的叶片质量为叶干重，比叶面积SLA(Specific leaf area)按公式计算，即：SLA(cm2/g)=叶面积(cm2)/叶片干重(g)。

1.4 数据分析

数据分析和制图利用SPSS 和Excel 完成。化学计量指标之间、比叶面积与化学计量指标之间的相关性采用Pearson相关分析。叶片C、N、P含量及比值与比叶面积、土壤养分等的关系采用Linear Regression分析；不同部位对叶片特征的影响采用One-Way ANOVA 进行检验。

2 结果与分析

2.1 不同个体叶片的比叶面积和化学计量特征

蔓胡颓子的平均叶面积为16.51±0.87 cm2，不同叶片差异较大，测定的植株中叶面积最小仅9.32 cm2，最大为21.97 cm2。平均比叶面积为141.03±3.85 cm2/g，不同植株变化范围在113.24～170.77 cm2/g。

由表1可知，蔓胡颓子叶片C含量较为接近，平均值为490.22 mg/g，N含量在33.47～41.78 mg/g之间，P含量在0.7493～1.69 mg/g之间。C:N较为接近，平均值为13.33；C:P和N:P变异系数较大，最大值与最小值相差一倍以上；C:P平均值为510.4；N:P平均值为38.17。

表1 蔓胡颓子叶片的C、N、P含量和比值

2.2 叶片性状间相关性

2.2.1 C、N、P及其比值的相关性

由表2可知，蔓胡颓子叶片C、N和P含量之间相关性均不显著。C与C:N、N与C:N表现出显著性正相关(p<0.05)，P与C:P和N:P均呈极显著的负相关(p<0.01)，C:P与N:P呈极显著正相关(p<0.01)。

表2 叶片中各化学计量指标的相关性

注：*表示p<0.05显著性差异；**表示p<0.01显著性差异。

2.2.2 比叶面积与化学计量指标的相关性

比叶面积与叶面积呈显著正相关(R=0.529，p<0.05，图1)，在个体水平上比叶面积与化学计量指标相关性均不显著。但当区分叶片生长部位时，植株下部叶片的比叶面积与N含量相关性显著(R=0.553，p<0.05，图1)，即N含量高的叶片倾向于具有更大的比叶面积；而植株中部、上部的叶片不存在这种相关性。

图1 比叶面积与叶面积和叶片N含量的相关性

2.3 不同部位叶片的比叶面积和化学计量特征

蔓胡颓子不同部位对叶面积和比叶面积的影响不显著，即植株上、中、下部叶片大小和单位质量叶面积相似。

不同生长部位叶片的化学计量特征，除C含量外，均具有不同程度的差异(图2)。

图2 蔓胡颓子不同生长部位叶片化学计量指标的比较

总体表现为植株下部叶片的N、P含量高于中上部的叶片，上部叶片的C:N、C:P和N:P高于中下部的叶片。植株下部叶片N、P含量为38.41±2.44 mg/g、1.19±0.25 mg/g，分别高出中上部叶片含量4.77%、6.60%和24.38%、24.65%。N:P在上部叶片中最高，为41.35±11.14，而下部叶片仅为33.42±6.16。

2.4 土壤养分对叶片特征的影响

表3 土壤养分含量及生态化学计量特征

土壤的养分含量和计量特征如表3。有机C、N、P含量及其比值变化均较大，全N含量为0.4212～3.13 mg/g，全P含量为0.0371～0.4927 mg/g。N：P的变异系数最小，为0.3038，平均值为8.97。

土壤化学计量特征与蔓胡颓子叶片化学计量特征存在一定相关性。C:N和C:P在不同地点土壤和植物个体之间相关性显著(R=0.478，p<0.05；R=0.571,p<0.01)，P含量的相关系数也较高(R=0.407，p=0.075)。不同个体N:P的变化小于生长地点土壤N:P的变化，二者相关性不显著。土壤含N量与蔓胡颓子叶片的P含量、C:P和N:P显著相关，土壤含P量与植物叶片的C:P显著相关(图3)，土壤N:P与植物叶片各项计量特征相关性均不显著。多元回归分析表明，土壤化学计量指标能较好地解释不同蔓胡颓子个体叶片P含量的变化(R2=0.578，p<0.05)，所有土壤化学计量因子中N:P的贡献最大。尽管土壤N含量与叶片N:P存在相关性，但土壤化学计量指标总体难以准确预测叶片N和N:P的变化。

图3 土壤N、P含量与蔓胡颓子叶片部分化学计量指标的关系

3 讨论与结论

蔓胡颓子叶片养分含量的变异系数大小排序为C < N < P。N含量高于常绿阔叶林和喀斯特生态系统中的多数植物，而叶片P含量则低于一些地区的报道结果[12-13]。植物的C:N和C:P可以反映植物的生长速度，一般较低的C:N和C:P具有相对较高的生长速率[14]。根据Güsewell(2004)的标准[1]，当N:P<10时，为N 限制；当N:P>20时，为P限制；在两者之间则为N、P共同限制。本研究中，所有测定叶片的N:P均大于20，多数在30～45之间，表明蔓胡颓子在当地受明显的P限制，表现出明显的喀斯特地区植物的特点，与南方喀斯特地区植物P限制明显的结论一致[12]。但结合植物长势等，认为蔓胡颓子已经较好地适应了养分多变和低P环境，高N含量可能起到了某种程度的补偿作用。

在森林不同层次中，不同空间位置的叶片面临的光照资源等不同。蔓胡颓子不同部位叶面积和比叶面积的差异不显著，而不同生长部位叶片的化学元素含量和计量比不同，表明蔓胡颓子的适应策略不是改变叶片的形态特征，而或许是通过N、P等养分资源分配进行调节。这也可能与植株不同部位的荫蔽度、叶片生长阶段和元素的重吸收利用等有关[2,15-16]，需要进一步的研究研究加以验证。

植物化学计量特征与生存环境的土壤养分存在相互联系[17-18]，土壤N、P含量与蔓胡颓子叶片的部分化学计量指标存在相关性。为适应多样的局部生境，蔓胡颓子在P、N:P等限制性元素的化学计量指标上表现出较大的变异和可塑性；但其相应指标变化均小于土壤的变化，且多数化学计量指标不明显受土壤的影响。主要体现为植物叶片和土壤的C:N、C:P相关性显著，而植物叶片C、N、P、N:P与土壤对应指标均无显著相关性,也体现出植物化学计量特征具有相对的稳定性。

综上，蔓胡颓子个体之间的叶面积和比叶面积存在较大变化，叶片养分含量的变异系数大小为C < N < P，N:P平均为38.17；不同部位叶片的生理性状，除比叶面积、C含量外，其他生态化学计量指标均存在不同程度的差异，N、P含量在下部叶片中最高，N:P在上部叶片中最高；土壤N、P含量与蔓胡颓子叶片的P等指标显著相关，但土壤元素含量和计量比难以有效表征叶片N和N:P的变化。可见，当地蔓胡颓子在不同个体和垂直空间中叶片适应策略不同，叶片性状表现出较强的可塑性和相对稳定性；养分资源明显地受到P限制，且植株上部受影响最大，引种栽培应注意P的补充。

致谢

感谢张平梅、段彬在野外样品采集和实验测定过程中给予的热心帮助。