氮沉降對車前葉綠素和生物量的影響

朱松梅 李放 張麗兵 李楊思琦 袁子健 宋彥濤

摘要：指出了氮沉降是全球變化的重大問題之一，從大氣沉降到陸地生態(tài)系統(tǒng)的氮含量影響著植物的性狀及其生產(chǎn)力。采用盆栽法實驗，以分布廣泛的車前（Plantagoasiatica）為研究對象，分析了0、2.5、5、10、20 g/m²五個不同施氮梯度對車前葉綠素及生物量的影響。結(jié)果表明：車前的SPAD及地上、地下生物量隨著氮濃度的增加顯著升高，證實了氮添加能顯著影響植物的生長。

關(guān)鍵詞：氮沉降;車前;葉綠素;生物量

中圖分類號：S718.15

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）4-0012-03

1 引言

20世紀(jì)中期以來，隨著礦物燃料的燃燒、植物生長所需氮肥的生產(chǎn)和使用以及畜牧業(yè)的飛速發(fā)展等人類活動向大氣中排放的含氮化合物不斷增加，導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)中的氮含量過高[1，2]，嚴(yán)重時會使土壤達(dá)到一種有毒的狀態(tài)，影響土壤對植物的有效性，從而對植物的生長產(chǎn)生不利影響。

在全球范圍內(nèi)展開的有關(guān)氮沉降的研究表明：一定量的大氣氮沉降在很大程度上提高了植物對養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致植物的光合能力、生物量的增加[3，4]。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能、無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物供植物生長。葉片中葉綠素含量是檢測植物光合作用能力的重要指標(biāo)之一[3]，且植物的生物量隨葉綠素含量的增加而增加[5]，進(jìn)而提高植物的生產(chǎn)力。

車前（Plantagoasiatica）屬于二年生或多年生草本，在我國多個省份均有分布，花果期長，葉片寬大（葉片長4～12 cm、寬2～7 cm），是理想的實驗材料。本實驗選擇車前為研究對象，利用盆栽實驗，通過人工模擬不同梯度氮沉降的方法，測量車前葉綠素和生物量在不同施氮梯度下的變化趨勢，從而探討不同濃度的氮添加對植物生產(chǎn)力的影響。為研究全球變化背景下，氮沉降對植物的影響提供科學(xué)依據(jù)。

2.材料與方法

2.1 實驗設(shè)計與測量

車前種子采自內(nèi)蒙古呼倫貝爾。實驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，5個施氮梯度分別為：0、2.5、5、10、20 g/m²，設(shè)6次重復(fù)，共30盆。2017年5月末將相似大小的車前幼苗移栽進(jìn)相同規(guī)格的花盆，每盆一株。7月初開始進(jìn)行氮添加處理，采用濕法分兩次施人，間隔半個月，8月初測定葉綠素含量（ SPAD502）、地上生物量和地下生物量。

2.2 數(shù)據(jù)處理

用Exce12010和SPSS19.0對不同施氮梯度下車前的葉綠素含量（ SPAD）、地上生物量、地下生物量及總生物量進(jìn)行統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果分析

3.1 不同施氮梯度對車前葉綠素的影響

施氮為2.5 g/mZ²時與不施氮的SPAD值基本沒有差異，分別為28和27。當(dāng)施氮量為5 g/mz時平均SPAD值為31.2，但5 g/m²與10 g/m²施氮處理間的SPAD值相比雖略有下降但差異不顯著（圖1）。氮添加為20 g/m²的車前平均SPAD值為37，相比于施氮濃度為5 g/mz增加了15.7%、不施氮的增加了27%，說明適量氮沉降有利于植物合成葉綠素，進(jìn)而增強(qiáng)植物的光合作用。

3.2 不同施氮梯度對車前地上生物量的影響

在施氮梯度為2.5、5、10 g/m²的施氮處理間，車前的地上生物量較沒有施氮處理的均略有升高，但差異不顯著（圖2），說明少量的氮沉降基本不會影響植物的地上生物量;當(dāng)施氮量為20 g/m²時，相比于不施氮和施氮為10 g/m²的地上生物量分別增加了1.2 g、0.5 g。說明適量施氮可以使地上生物量顯著增加。

3.3 不同施氮梯度對車前地下生物量的影響

施氮量為5 g/m²時與未進(jìn)行施氮處理的地下生物量相比有較顯著增加，在2.5、5、10 g/m²施氮處理間，車前地下生物量無明顯差異（圖3）。施氮為20 g/m²的地下生物量比未施氮的增加了近41%。表明地下生物量也隨適量氮沉降的增加而增加。

3.4 不同施氮梯度對車前總生物量的影響

施氮為2.5、5、10 g/m²處理間總生物量與未施氮相比均有增加，但這3個處理間沒有顯著差異。當(dāng)施氮濃度為20 g/m²時平均總生物量為3.6 g，相比于對照增加了38.9%，因此該濃度更適合植物的生長（圖4）。

4 討論

不同施氮梯度對車前的SPAD值及生物量均有積極影響，隨著施氮梯度的增加，車前地上、地下生物量以及總生物量（前兩者之和）被不同程度地促進(jìn)。雖然在2.5、5 g/m²這兩個施氮處理中，總生物量沒有顯著差異，但與未施氮處理的總生物量相比仍有所增加。施氮梯度為5、10、20 g/m²的總生物量呈線性增長，證實了氮添加能顯著影響植物的整株性狀[6]，進(jìn)而增強(qiáng)植物的生產(chǎn)力，這與祁瑜等[4]、楊浩等[7]的研究結(jié)果一致。在2.5、5、10 g/m²這三個施氮處理間，地上生物量與地下生物量呈現(xiàn)了不同的變化趨勢。存在這些差異的原因可能有：①植物個體間存在差異，影響統(tǒng)計結(jié)果;②這3個氮梯度屬于低氮添加水平[7]，不能滿足車前更好生長的需求，因此導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)差異性不明顯;③植物個體對施氮處理響應(yīng)的差異的原因是復(fù)雜的，與物種氮利用效率、氮處理先后順序、植株生長的微環(huán)境等相關(guān)，有待于今后做進(jìn)一步研究。

5 結(jié)語

氮沉降會極大程度地改變植物性狀、物種豐富度，影響植物生產(chǎn)力，從而造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改變[8]。不同氮素添加水平對植物的影響程度也不同，氮含量的增加，在短時間內(nèi)可以積累更多的生物量同時提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[9]。經(jīng)實驗結(jié)果顯示：經(jīng)施氮處理的車前，其葉片SPAD值和整株車前生物量均明顯增加，在20 g/m²時達(dá)到最大值。

參考文獻(xiàn)：

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