探究干熱河谷植物化學計量特征與生物量之間的關系

楊太俊

（云南省曲靖市會澤縣林業和草原局，云南 會澤 654200）

0 引言

植物化學計量學特征中包含了很多重要信息，和植物生長習性、功能性狀等有著密切關系、N、P、K 和植物生長有著密切聯系，這些元素的計量學特征和植物生長有著密切聯系。但研究發現，生態系統功能中除了N、P、K 三類元素外，其他元素也會影響到植物生長，例如Ca、Mg 等，也會影響到土壤條件。從目前情況來看，對這些元素所起的作用研究比較少，計量關系的驅動因素不夠清晰。植物的化學計量和生產力會讓環境發生變化，各種植物的化學計量特征是對植物在生長總結得到的，和植物生長速度關系密切。植物的化學計量特征可塑性強，其對外部環境是影響植物的重要因素之一。

在衡量生態系統功能時要參考植物生產力，植物元素計量關系變化和植物生產力變化的耦合對生態系統過程會產生影響。水分和養分是植物生長重要的營養物質，和植物生產力有著直接關系。通過研究發現，水分和養分對植物的促進作用沒有想象那么簡單，是比較復雜的。目前關于水分和養分的復雜作用影響植物元素平衡的理論成果較少，不利于相關工作的開展。通過研究生物體生長稀釋理論可知，重金屬對生物生長速度會產生影響。生長速度對重金屬稀釋會產生影響，速度越快，稀釋越快，但植物生長快慢是否會影響微量元素，還有待研究。本文以干熱河谷地區為研究對象，主要探討在不同水分和養分條件下植物生物量發生的變化，弄清楚生物量變化和植物化學計量學特征變化間的關系。

1 材料和方法

1.1 地區概況

干河谷地區氣候具有特殊性，在這個區域內年平均氣溫在21℃左右，降水量不超過700mm，每年的雨季在6—10 月間，占總降水量的90%以上。

1.2 實驗設計和數據收集

為了保證植物的代表性，選擇研究地區6 種草本植物種子各300g，其中包括4 種優勢植物，分別是黃茅、孔穎草、橘草、雙花草。

2018 年6 月，創建出實驗所需的溫室，并采用盆栽方法，每個種類裝10 盆，在盆中填入15g 的燥紅土，放入6g 種子，植物發芽后7d，要進行適當處理保證每盆4 株植物，再進行水分、養分處理。對實驗進行分組，第一組是對照處理，要定期向花盆中澆水，每次為350mL；第二組是養分處理，兩個周澆一次水，其他方面和對照相同；第三組水分添加頻率要更高，澆水次數要更多，控制好每次澆水量；第四組是水分和養分的復合處理，澆水頻率和第三組相同，同時要控制好澆水量。實驗共有72 盆植物，為了避免土壤中鹽離子含量過高，要進行灌注水來淋洗，這樣做可以保證植物的健康生長[1]。干熱河谷地區常年溫度較高，在這種環境下，水分蒸發量較大，灌注的水會快速蒸發。

實驗3 個月之后測量植物的生物量數據信息，將植物放在70℃條件下進行烘干處理，并分離成葉片、莖干及花穗等部分并稱取質量。由于根系帶有土壤，為了保證測量結果的準確性，要將土壤沖洗掉，烘干后稱質量[2]。混合植物的不同器官，以此作為樣品，粉碎后測定其中元素的含量，主要包括N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn。

1.3 數據分析

植物總體各種元素含量計算公式為：

E=ΣEi×Oi

其中：E、Ei及Oi分別指植物體內元素含量、該元素在器官中的含量，器官在植株質量中的比值。

植物生物量和化學計量學特征對水分和養分處理的響應指數計算公式為：

R=（Bt-Bc）/Bc×100%

采用多因素方差分析法對物種、水分等對植物生物量影響進行分析，對各處理間檢驗。分析Rbiomass 和Rstoichiometry 的相關性采用一元線性回歸分析法。

1.4 結果

水分、養分等因素的二次交互作用會明顯影響到植物生物量，但在三次交互作用下卻不明顯。從整體情況來看，養分添加處理的生物量多于對照組，高頻詞水分處理也有所增加，采用水分和養分復合處理，生物量會快速增加，結果說明了水分和養分的協同效應[3]。

排序物種生物量均值，從大到小分別是紅毛草、黃茅等，由于植物種類不同，所以在處理效應特征方面有所差異。相比養分，橘草和孔穎草對水分響應比較顯著。裂稃草和黃茅對水分和養分的復合處理響應比較顯著，協同效應比較強。雙花草只對養分和水分的復合處理具有顯著效應。紅毛草對水分和養分處理的響應程度沒有太大區別，但對水分和養分的復合處理響比較顯著。

2 討論

對本文研究結果進行分析發現，對水分、養分處理下生物量變化響應的因素比較多，除了植物根莖葉之外，還包括總體微量元素含量，例如Zn、Mn 等。對這些元素進行分類，第一、二、三類分別是K；Ca、Mg；Zn、Mn。通過觀察發現，在生物量變化中，植物中含量較高元素是比較穩定的，含量較低元素則會受到影響，當生物量增加時會出現下降的趨勢，在這種情況下，含量較高和較低元素的計量關系變化比較大。

對植物進行養分和水分處理，生物量變化對植物吸收元素的效果會產生一定影響，通過研究得出重要結論，元素計量比的變化趨勢會受到元素含量影響，從大到小對元素含量排序為K、Ca、Mg、Mn、Zn，大部分情況下，元素計量比變化和生物量變化呈正比關系[4]。

水分、養分對植物化學計量學特征會產生重要影響，往往只關注到這一點，對生物量因素的研究比較少。通過研究發現，在影響各種元素計量比變化的多個因素中，生物量發揮著不可忽視的作用，而環境條件和物種因素也會產生一定影響，表明水分和養分對植物化學計量學特征的影響具有相似性，也就是生物量變化。另外研究中還有新的發現，在根莖葉中可以體現出元素化學計量學特征的變化和生物量變化的關系，具有普遍性特點。

生態系統功能載體包括植物化學計量學特征和生物量，加強相互之間關系的研究具有較高應用價值。在生態化學計量學領域中，對植物元素含量及化學計量關系變化研究比較多，很多學者都進行研究并得出重要結論。有的學者提出，元素的計量學變異范圍和元素含量有著關系，大量元素的穩定性較強。有的學者認為元素含量的變異范圍和該元素的限制情況有著一定關系，限制性元素含量變化趨于穩定。從本質上來看，植物葉片中的元素變化具有耦合性特征，相比較于其他元素，部分元素的變化速率更快。但植物元素變化到底是受什么因素驅動還不清楚，關于植物元素含量及其計量比和生物量變化的關系研究較少[5]。

相比大量元素，微量元素對植物生長的限制作用更小。大量元素的作用更為重要，內穩性比較高，對生物量變化要不斷補充，確保達到穩定性要求。影響到植物大量元素的吸收的元素包括水分和養分，對微量元素產生稀釋作用，在這種情況下，生物量增長會影響到大量元素和微量元素的計量關系。N、P 含量及其和其他元素的計量比與生物量變化的關系不明顯。土壤中的N、P 以有機物形式存在，吸收會被植物與微生物的關系所影響，其他元素的存在形式是無機物，吸收效果和植物根系有直接關系。

微量元素和大量元素在生態系統中物質循環中發揮著重要作用，其中部分微量元素的作用非常重要，超過了大量元素，例如Mn 是一些生態系統凋落物分解的限制因子，而其他的微量元素也具有同樣作用，對碎屑食物鏈的物質和能量傳輸效率會產生一定影響。采用灌溉、施肥的方法可以讓作物產量增加，但是否會導致農作物品質下降，還需要我們進行深入研究才能了解[6]。

3 結語

綜上所述，本文以干熱河谷地區為研究對象，分析植物化學計量特征與生物量之間的關系，并得出了重要結論。明確不同元素對植物生長的影響，通過計算有一個準確了解，從而形成正確認識。關于植物化學計量特征和生物量之間的關系研究還面臨著很多挑戰，因此要提高重視程度，在研究中取得新的成果。