5种滨海沙生植物氮磷钾化学计量特征分析

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　　摘要    本研究区位于海南岛西线的东方市月亮湾景区，选择了5种典型的沙生地被植物沙参、单叶蔓荆、红茅草、鬼针草和马鞍藤等，分别比较其植株地上、地下部分的氮、磷、钾含量。结果表明，马鞍藤的地上部分氮含量最高，为8.10 g/kg;沙参地上部分磷含量为1.14 g/kg，显著高于其他植物品种;而沙参、苇草和单叶蔓荆的地下部分钾含量高于地上部分;单叶蔓荆的地下部分N/P和K/P比值最高，显著高于其他植物;5种植物地上部分的氮、磷含量均高于地下部分。
　　关键词    沙生植物;营养元素;元素累积;海南海岸
　　在海南岛漫长的海岸线地带广泛分布着大量旱生性地被植被类群，它们生长在砂质土壤，具有极强的耐干旱、耐盐碱和耐贫瘠等抗逆特性。这些地被植物不仅丰富了滨海植被多样性，而且在防风固沙、抵御海岸侵蚀等方面发挥着关键作用。大量研究认为，海岸沙生植物能够在固沙的同时逐渐降低海岸土壤的沙性，提升土壤腐殖质含量，有效降低土壤盐渍化进程。
　　在植物个体水平上，植株氮、磷、钾等养分元素的组成与分布是统一的整体，相互之间关联密切，并且受到外界环境的影响。大量研究表明，植物不同器官间营养元素的分配受植物品种、植物生长环境等因素影响[1-2]。作为植物生长必需的三大营养元素，植株氮、磷、钾生态化学计量特征不仅反映了营养元素在植株不同器官间的分配率和相互关系，同时也可以作为判断植株养分的限制性元素以及对比不同植株间养分利用效率的高低[3]。
　　相关学者从不同尺度研究了植物营养元素与环境的关系。大量研究表明，不同品种植物间叶片的元素含量差别较大[4];也有研究认为，地理和气候环境变化改变了物种类型和组成结构，进而影响着植物养分元素化学计量特征[5]。植物在生长过程中受到外界环境的密切影响，对海南海岸带地区沙生植物养分化学计量的研究比较对于了解滨海沙生植物营养循环与利用及其与当地气候环境的关系具有积极意义。近年来，随着国际旅游岛及自贸区（港）建设的不断加快，地方经济快速发展，但同时海岸带地区的生态环境遭受了不同程度的破坏，海岸带地区沙生地被植物多样性和数量急剧萎缩，植物资源受到严重威胁。因此，对海南海岸带沙生地被植物的研究与保护具有现实意义。
　　1    材料与方法
　　1.1    试验区概况
　　本研究区位于海南岛西线的东方市月亮湾景区砂质海滩与沙堤连接地带，属于热带海洋性季風气候，旱季、雨季分明，植被以沙生草本植物为主，年均温24～25 ℃，沿海地区雨量稀少，年降雨量仅为900 mm左右，蒸发量却高达2 596.8 mm，为海南岛最干旱地区。研究区选择月亮湾景区东侧人为干扰较少的区域，植被盖度在70%左右，土质为滨海沙土，土壤有机质含量低、保水能力差，以沙参（Adenophora stricta Miq.）、单叶蔓荆（Vitex trifolia L. var. simplicifolia Ch-am.）、红茅草（Murdannia nudiflora（L.）Brenan）、鬼针草（Bid-ens pilosa L.）和马鞍藤（Ipomoea pescaprae（Linn.）Sweet）等沙生地被植物为主。
　　1.2    样品采集与测定
　　野外取样时间选择连续1周无雨的天气，采用全挖方式对植物根系取样，同时剪取地上部分，分别标记装袋后带回实验室，清洗干净后烘箱烘干，分别磨粉，测定地上、地下植株的养分含量。采用凯氏定氮法测定植株氮含量;钼锑抗比色法测定植株磷含量;火焰光度法测定植株钾含量[6]。
　　1.3    数据分析
　　采用统计学软件SPSS对数据进行统计学分析，用画图软件Origin做图。
　　2    结果与分析
　　2.1    植株氮、磷、钾含量
　　由图1可知，5种植物地上部分的氮、磷元素含量均高于地下部分，其中马鞍藤地上部分氮含量最高，为8.10 g/kg，比地下部分氮含量高133.98%;鬼针草和单叶蔓荆地上部分的氮含量也较高，分别为6.92 g/kg和6.22 g/kg，分别比地下部分高57.26%和43.41%;沙参和红茅草地上部分的氮含量相对较低。
　　沙参地上部分磷含量为1.14 g/kg，显著高于其他植物品种，也比其地下部分高51.89%;鬼针草地上部分磷含量为0.92 g/kg，比其地下部分高25.50%;红茅草、单叶蔓荆和马鞍藤的磷元素含量相对其他2种植物要低，其地上部分磷含量分别为0.67、0.55、0.47 g/kg，分别比其地下部分磷含量高130.93%、160.40%、34.73%。
　　不同品种植株间钾含量差异较大，其中沙参、红茅草、单叶蔓荆的地下部分钾含量高于地上部分;而鬼针草和马鞍藤则相反，地上部分的钾含量高于地下部分。沙参的地下部分钾含量为12.45 g/kg，显著高于其他植株;鬼针草的地上部分钾含量为11.50 g/kg，比其地下部分高75.86%。红茅草的地上部分钾含量显著低于其他植株，比其地下部分低63.23%。
　　2.2    地上、地下部分氮、磷、钾化学计量比值
　　比较5种植株地上、地下部分的氮、磷、钾比值，由图2可知，单叶蔓荆的地下部分N∶P比值最高，为20.48，显著高于其他植株，也显著高于其地上部分（11.20）;马鞍藤地上部分N∶P比值次之，为17.06，显著高于其地下部分;沙参地上和地下部分的N∶P比值最低。
　　沙参、红茅草、单叶蔓荆和马鞍藤的N∶K比值地上部分高于地下部分，而鬼针草则相反，地下部分高于地上部分。单叶蔓荆地上部分的N∶K比值最高，为1.69;马鞍藤地上部分N∶K比值次之，N∶K比值为1.52;地下部分N∶K比值最高的为马鞍藤（0.83），沙参地下部分的N∶K比值最低。 　　单叶蔓荆地下部分的K∶P比值为27.65，显著高于其他植物和其地上部位;沙参地下部分的K∶P比值次之，为16.63;马鞍藤地上、地下部分的K∶P比值接近，没有显著差异。红茅草地上部分的K∶P比值最低。
　　2.3    地上部氮、磷、钾占比
　　由图3可以看出，5种植物地上部分的氮、磷含量均高于地下部分，其中马鞍藤和沙参地上部分的氮含量占植株整体的70.1%，显著高于其他3种植物;红茅草和单叶蔓荆地上部分的磷含量占比分别为69.8%、72.3%，显著高于其他植物;鬼针草的占比最低。鬼针草和马鞍藤的地上部分钾含量高于地下部分，而沙参、红茅草和单叶蔓荆则相反，地下部分钾含量高于地上部分，其中沙参的地上部分钾含量比值最低，为31.5%，显著低于其他处理。
　　3    结论与讨论
　　植株地上、地下的氮、磷、钾质量分数反映了植物对养分的吸收和利用情况，是衡量植物对环境适应能力的重要指标[7]。本研究选取的沙参、鬼针草、红茅草、单叶蔓荆和马鞍藤5种植物是海南滨海地区常见的沙生植物，其地上、地下部位的氮和磷元素含量范围分别为 1.51～8.10 g/kg、0.21～1.14 g/kg。任书杰等[4]调查中国东部南北样带植物的氮、磷含量，结果显示，草本植物叶片氮含量均值为21.76 mg/g，磷含量均值为1.89 mg/g，均高于本研究中植物的氮、磷含量。
　　本研究中，单叶蔓荆地上部的氮、磷含量分别为6.22 g/kg和0.55 g/kg，均低于周红艳等[8]对鄱阳湖沙化土地区的单叶蔓荆测定的氮、磷含量值。前人研究表明，植株的营养元素含量与所在地区的气候、土壤环境等关系密切[8-9]。还有研究认为，寿命短、生长速度快的植物叶片氮元素含量高于生长速度慢的植物，双子叶植物氮含量高于单子叶植物[6，10]。本研究中不同品种植物的营养元素含量差异显著，也表明了植物营养元素含量与其在系统发育学上的差异有关。
　　营养元素的化学计量比值是植物生长过程中环境养分的限制作用以及植物对环境适应策略的重要指标。作为植物生长的三大限制性营养元素，氮、磷、钾的比值是研究植物生长过程中养分限制因子的主要指标。相关研究认为，当N/P<14时，植物生长主要受氮元素限制;当N/P>16时，主要受磷元素限制;當14≤N/P≤16时受到氮、磷元素的共同限制。本次调查结果显示，单叶蔓荆和马鞍藤的N/P>16，受磷元素限制明显;而沙参、鬼针草和红茅草N/P显著低于14，生长主要受氮元素限制。对于钾元素，相关研究认为，当N/K>2.1、K/P<3.4时，植物的生长受钾元素限制[11-12]。本研究结果显示，5种滨海植物的N/K值均高于2.1，而K/P值均低于3.4，说明钾元素不是滨海植物生长的限制因子。
　　4    参考文献
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　　[3] 贺金生，韩兴国.生态化学计量学：探索从个体到生态系统的统一化理论[J].植物生态学报，2010，34（1）：2-6.
　　[4] 任书杰，于贵瑞，陶波，等.中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究[J].环境科学，2007（12）：2665-2673.
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　　[6] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2008.
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