不同生境中的中華結縷草（Zoysia sinica Hance）和白茅（Imperata cylindrica（Linn.）Beauv.）在生長初期氮磷營養分配

沈章軍， 何 磊， 黃 俊， 湯 偉

（合肥師范學院生命科學系，安徽 合肥230061）

0 前言

N、P是植物生長發育過程中所必需礦質元素，也是最受限制的元素，成為陸地生態系統植物的生長2個關鍵性的限制因子［1］。銅尾礦廢棄地是由采礦過程產生的大量未經處理的尾礦和其它礦業廢料堆積形成，其物理結構不良、持水保肥能力差、重金屬濃度過高、極端pH，特別是N、P等營養元素極端貧瘠，成為限制植物成長、繁殖和定居的主要因素之一［2、3］。

安徽銅陵是我國重要的產銅地區之一，冶銅歷史悠久，尤其是解放后大規模開采過程中形成的大量尾礦占用了大面積土地，其中大型尾礦庫有五公里尾礦庫、黑沙河尾礦庫、銅官山尾礦庫、鳳凰山尾礦庫、獅子山尾礦庫五處，其總面積約280萬m2［4］。在對銅陵銅尾礦庫廢棄地自然演替階段植物群落進行調查時發現禾本科植物白茅（Imperata ylindrical（Linn.）Beauv.）和中華結縷草（Zoysia sinica Hance）在植物群落中相對優勢度最高，先鋒種效應明顯［5］。

本文以銅陵楊山沖尾礦廢棄地兩種優勢植物白茅（Imperata ylindrical（Linn.）Beauv.）和中華結縷草（Zoysia sinica Hance）作為研究對象，以同區農田系統、安徽大學校園、合肥旱地3種生境作為對照，探討不同生境營養條件對兩種植物體內氮磷營養分配的影響，旨在從養分利用的角度揭示其對尾礦惡劣環境的適應性，為尾礦植被的生態恢復提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究地區概況

本研究取材根據白茅和中華結縷草地理分布的差異，中華結縷草主要取自安徽省銅陵市銅礦區楊山沖尾礦廢棄地和同區農田系統，白茅取自楊山沖尾礦廢棄地和同區農田系統、安徽大學校園、合肥旱地4種生境。楊山沖尾礦庫棄置時間約20年，處于自然生態恢復狀態，自然植物群落主要包括白茅群落、中華結縷草群落及木賊群落，另外尚有部分未有任何植物生長的裸地。

本地區介于北緯30°46′～31°08′，東經117°42′～118°11′之間，屬亞熱帶季風氣候。年降雨1346mm，降雨主要集中在夏季；年平均溫度16.2℃，一月份平均溫度3.2℃，七月份平均溫度28.8℃；無霜期237～258天，全年≥10℃的積溫為4944.4℃～5463.9℃。區內總體氣候條件表現為光熱資源豐富、降水充沛，光、熱、水分配較平衡。

1.2 采樣和處理

2011年5月進行采樣。每種生境隨機取6個樣點，植物整株取回。根據植物生理結構的差異，中華結縷草按根、莖和葉3部分進行分離，白茅按葉片和地下部分（根狀莖）進行分離。所采植物樣品均置于烘箱中105℃殺青20min，70℃烘干，用植物樣品粉碎機粉碎，并通過0.5mm篩孔，然后裝于自封袋中備用。

1.3 化學分析

1.3.1 土壤性質分析

幾種生境的基本性質采用常規分析法［6］。土壤pH值用PHS－3C型酸度計測定。土壤電導率用DDS－307電導率儀測定。

1.3.2 植物氮磷濃度分析

植物樣品經過H2SO4－HClO4消煮后，全氮用KDY－9820凱氏定氮法測定，全磷用鉬銻黃比色法測定，所用儀器為UV－2450紫外分光光度計。

1.4 數據分析

采用 Excel和SPSS for Windows 13.0進行數據統計分析，不同生長期白茅組織間養分濃度、氮磷比及再吸收率差異等多組間比較采用單因素方差分析（One－Way ANONA），用S－N－K（Student－Newman－Keuls）進行顯著性檢驗，顯著水平取P＝0.05。

2 結果與討論

2.1 幾種生境的基本理化性質

表1 土壤基本理化性質（n＝4）

從表1可以得到，尾礦區土壤的pH值呈弱堿性（pH＝7.98±0.5），而其它3中生境基本呈中性。尾礦區土壤有機質含量偏低，然而有機質的含量決定土壤肥力［7］，因此尾礦的土壤肥力低，不利于植物生長。單因素回歸分析發現，農田、旱地和校園三地區的土壤的全氮含量無顯著差異性（P＜0.05），均約為尾礦廢棄地全氮含量的2倍。氮素是植物生長必需元素之一，因此缺少氮素限制了大多數植物在尾礦中生長。

2.2 兩種生境生長的中華結縷草體內氮磷元素的分配特征

中華結縷草屬于多年生草本植物，對環境條件適應性廣，具有耐濕、耐旱、耐鹽堿的特性，它的根系發達，生長匍匐性好，是一種良好的水土保持植物［8、9］。從圖1a中可直觀地看出，在同一生境條件下，結縷草體內氮含量表現為：根＜莖＜葉，尾礦上生長的中華結縷草根、莖中氮的含量都略低于農田樣本，但葉中氮含量卻相差無幾。氮是植物生理代謝活動主要元素，葉片中的氮含量直接影響了葉片的光合作用效率。兩種生境下的中華結縷草葉中的氮含量無明顯差異，說明尾礦中生長的中華結縷草能夠通過自身的調節作用，克服低氮營養對其正常生長的N限制。

圖1 兩種生境中中華結縷草體內氮磷養分的分配特征（n＝6）

磷在生命活動最旺盛的分生組織中含量最高。在本研究中，兩種生境下的中華結縷草體內的磷濃度均表現為葉＞根＞莖（圖1b），說明P主要參與葉中的代謝活動。兩種生境土壤中全磷的含量基本相同，但尾礦中華結縷草各器官中的磷含量均略低于農田區，說明尾礦中有效磷的含量要顯著低于農田，不利于植物對磷的吸收。

2.3 多種生境中生長的白茅體內氮磷元素的分配特征

植物在不同的生長期為了達到生長或繁殖的目的，需要將體內基本養分進行不斷的轉移、再分配和再利用［10］。在本研究中，四種生境下的白茅宿存根莖中的氮含量表現為尾礦＞旱地＞農田＞安大校園，尾礦白茅宿存根莖中的氮含量表現最大（圖2a），可見白茅為適應N營養貧瘠的尾礦環境，根狀莖吸收和儲備氮養分的能力得到提高，根狀莖中積蓄大量的N養分為植物后期的有性生殖和營養生長提供了N養分支持。相反，4種生境下白茅莖中磷的含量表現為農田＞安大校園＞旱地＞尾礦，尾礦白茅莖內磷含量表現最低（圖2a），表明在尾礦中白茅生長初期根莖中磷養分就大量轉移到其它生命活動旺盛的組織，以適應尾礦有效磷素較低的磷營養脅迫。白茅屬于適應性強，耐陰、耐貧瘠和干旱，對極端惡性環境有很強適應性的禾本科多年生草本植物，在尾礦廢棄地自然生態恢復過程中發揮著重要作用［11、12］。其對貧瘠生境極強的生理生態調節能力在本研究中得到了驗證。

四種生境下白茅成熟葉片中的氮、磷含量均表現為農田＞安大校園＞旱地＞尾礦（圖2b）。說明生境中有效氮磷營養的缺乏直接影響了植物體內養分的含量。對比圖2a和b可以發現，四種生境下白茅體內的氮和磷主要集中分布在生理活動旺盛的成熟葉片中，這一結果和中華結縷草體內氮磷的分布特征一致。

圖2 白茅宿存根莖和成熟葉片中氮磷含量（n＝6）

2.4 中華結縷草和白茅體內氮磷濃度的差異性分析

比照圖1和圖2分析發現，尾礦生境中，中華結縷草莖內N、P濃度均顯著高于白茅莖（P＜0.05）；中華結縷草葉片內N濃度平均值也大于白茅葉片，但方差分析表明之間差異性不顯著（P＞0.05）；中華結縷草葉片內P濃度要顯著大于白茅葉片（P＜0.05）。農田系統中，植物莖內N、P濃度表現出與尾礦中相同的結果，但植物葉片內N、P濃度的平均值表現為白茅大于中華結縷草，方差分析表明之間無顯著差異性（P＞0.05）。說明在同一生境條件下，植物體內養分的濃度在物種之間存在較大的差異。

3 小結

（1）白茅和中華結縷草在四種生境中各器官氮、磷含量存在顯著差異，氮磷主要分配在葉中，莖部次之，根部最少，地上部分高于地下部分。白茅和中華結縷草體內氮磷的分布量不同體現了它們各器官對氮磷元素的需求不同，它們對氮磷元素的利用主要集中在葉器官中，葉主要進行光合作用需要大量的營養元素。

（2）通過對尾礦基本理化性質和中華結縷草、白茅體內營養含量的分析可知，尾礦中的有機質和全氮含量很低，成為植物生長的限制因子，制約了植物在尾礦的正常生長發育。可以嘗試向尾礦人工添加有機養分的辦法改善尾礦基質營養成分，對加快尾礦區的生態恢復具有重要意義。

（3）尾礦區中的白茅和中華結縷草各器官中的氮磷含量都低于其它三種生境的氮磷含量，但卻成功的完成了生長、繁殖和定居的自然演替過程。說明白茅和中華結縷草具有克服營養脅迫和其它惡劣條件的生理生態優勢，對于改善尾礦的基質條件，促進物質元素的循環，實現尾礦廢棄地自然生態恢復具有重要作用。

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