皇甫川流域不同植物器官N、P元素含量与植物类群关系的初步研究(毕业论文).doc

皇甫川流域3种植物器官N、P元素含量与植物类群及其生境关系的初步研究 摘 要：在内蒙古鄂尔多斯高原皇甫川流域内，采用凯氏定氮法和比色法，对砒砂岩土壤类型上的大针茅、早熟禾和百里香3个共有种的根、茎、叶、花等不同营养部位的N、P含量进行了测量，并对得到的数据进行对比分析，研究结果表明：3种植物的N、P含量具有很大差异：百里香的N、P含量较高，大针茅的N、P含量较低，而早熟禾的N、P含量介于二者之间；根据生长速率理论，可以得出本地区植物的生长主要受到P元素的限制。这些指标可作为生物地球化学和植物营养物质循环的基础数据，同时也可为该地区植被恢复与重建过程中有针对性地补充营养元素提供理论依据。 关键词：N、P含量，N/P比率 The primary research for the relationship between the N and P content of 3 species of plant organs and plant group and its habitat in Huangfuchuan Watershed Wanglili Jiazhibin Abstract:In the Huangfuchuan Watershed which lies in the Erdos Highland of the Inner Mongolia Autonomous Region,adopting the Kjeldahl determination and the Colorimetry to measure the content of the N and P differently in the foots,stems,leaves and the flowers of the Thym us serpy llum, Poa annua and Stipa grandis .The results have many differences:the content of N and P in Thym us serpy llum’s organ was higher than the others,in Stipa grandis was lower,the data of the Poa annua between the Thym us serpyllum and Stipagrandis ;according to the Growth rate hypothesis,we can see that the growing of these plants in this area was limited by the content of the P;these targets can regard as the basic data of the biogeochemical cycle and the plant’s nutrition cycle,and also can provide a basis clearly for adding nourishment during the process of the vegetation’s recovering and rebuilding. Key words:the content of N and P; N/P rate 引言 区域植物的营养元素循环研究是现代生态学研究的热点，氮、磷作为生态系统中非常重要的营养元素，对其在植物各器官和组织中分布与含量的研究是开展生物地球化学循环和植物营养物质元素循环研究的重要基础，对于深入了解生态系统的生态过程和生态功能非常重要。目前国内关于植物的氮、磷营养结构动态和植物对于不同氮、磷营养状况的响应研究还比较缺乏。 本文采用凯氏定氮法和比色法，对内蒙古鄂尔多斯高原皇甫川流域内不同土壤类型上的大针茅、早熟禾和百里香3个共有种的根、茎、叶、花不同营养部位的N、P含量进行了测定，并进行了氮、磷的吸收利用分析，可作为区域尺度营养物质循环和能量流动等研究的基础数据，并对研究提高黄土高原水土保持综合治理的成效和畜牧业可持续发展具有重要的理论价值和实践意义。 1.研究区自然概况 皇甫川流域位于39. 2～ 39. 9°N ， 110. 3～ 111. 2°E，地跨鄂尔多斯高原和黄土高原，地质、地貌的过渡特征十分明显，较大地势高差和较强暴雨侵蚀使流域水系充分发育，加上人为因素，加速了水土流失，将流域切割、塑造成梁峁窄小，沟壑密布，地形破碎的丘陵沟壑地貌.该流域属黄土丘陵沟壑区，侵蚀模数高达30000 tö/km2·a，沟壑密度5～ 6 km/km2，是黄河下游河道底部粗沙的主要来源，其多沙、粗沙、强烈水土流失，在我国乃至世界上都是罕见的.研究区为半干旱大陆性季风气候，年平均降雨量为379～ 420 mm ，并集中在夏季.年平均蒸发量很大，为年平均降水量的2. 7 倍. 冬春季风力强盛且频繁，年均风速2～ 3 m/s，大风日数10～ 30 d.多发性的暴雨、大风和较大的温差提供了较强的侵蚀动力，造成强烈的水土流失，深刻地影响到植被的发育. 研究区的地带性土壤为以砒砂岩为母质的栗钙土，并有大面积的黄绵土分布.此外， 还广泛分布着风沙土及小面积分布的冲积土等非地带性土壤. 本流域的植被现状可以分为乔木、灌木、草地等多种类型. 研究区地带性植被为暖温型典型草原本氏针茅(Stip a bung eana) 草原，目前已破坏殆尽，在恢复演替过程中，被百里香(Thym us serpy llum ) 草原所代替.群落主要植物种有百里香(Thym us serpy llum)、本氏针茅(Stip a bung eana)、阿尔泰狗娃花(H eterop app us altaicus)、糙隐子草(C leistog enes squarrosa) 等，其中以百里香为主的小半灌木占总产量的25%～56.4% ，禾本科占16.5%～ 33% ，豆科占5.1%～ 23.6%。草丛盖度20%～ 40% ，高度在5～12cm 之间，百里香为建群种， 本氏针茅居优势地位。 2.研究材料与方法 百里香（Thym us serpy llum）是唇形科百里香属的小半灌木，草原旱生植物。广布于典型草原带的平原沙壤质上，常为草原植物群落的伴生种，在表土常态侵蚀较强烈的区域上，则往往形成一起为建群的草原群落演替变型。在所选研究区——皇甫川流域，土壤侵蚀作用抑制了本氏针茅的发育，被百里香侵入，形成此生群落，并广泛分布，成为该流域主要牧场。这表明由于人们的过度放牧，无节制的开垦，以使区域生态条件恶化，草木发育不良。 草地早熟禾(Poapratensis)属禾本科早熟禾属的多年生草本植物，广布世界各地，青藏高原有野生种分布。它具直伸或匍匐的根茎，属根茎疏丛型草类，秆单生或成疏丛，直立、光滑，野生状态下株高30～50cm，草地早熟禾营养丰富，产量高，适应性强，是一种优良的牧草和生态草种，由于该草种具有发达根茎，在人工草地中具有极强的侵占能力，易形成坚硬的草皮，其作为高寒草甸/黑土型退化草地恢复与改建的先锋草种表现了良好的生态和牧用价值" 大针茅（Stipa grandis）蒙名为黑拉杆那，是多年生禾本科草本植物，高50-100厘米，分枝细弱。大针茅为密丛型旱生植物，是亚洲中部草原区特有的典型草原种类。在温带的典型草原地带，大针茅草原是主要的组成部分。大针茅各种牲畜都可采食，基生叶丰富并能较完整地保存至冬春，可为牲畜提供大量有价值的饲草。生殖枝营养价值较差。大针茅的饲用价值不如同属的小型针茅。大针茅常与羊草、米氏冰草、糙隐子草等优良牧草组成大针茅+羊草+丛生禾草草原及大针茅+丛生小禾草草原，成为内蒙古中，东部地区重要的放牧场。 在皇甫川砒砂岩土壤类型选取不同样地，在2007年5中旬，分别选取大针茅、早熟禾和百里香3个共有种，每期每种随机各取30株（丛），将植株连根挖起装袋，样品采集后，根、茎、叶、果(花)各部立即分开、洗净、烘干，粉碎过筛备用。 共有植株的对比分析主要取N、P的含量能够反映营养特性的指标。 1）、凯氏定氮法测氮：样品中的含N有机物在加速剂的参与下，经浓H2SO4消煮分解，有机N转化为铵态N，碱化后即可把NH3蒸馏出来，用H3BO3吸收，以标准酸滴定，求出N含量。 N%=（V-V0）N×0.014×100%/W 2）、钼锑抗比色法测磷：用NaHCO3提取P到溶液中，然后将待测液用钼锑抗混合显色剂在常温下进行还原成磷钼蓝，其蓝色深浅程度在一定范围内与浓度成正比。根据朗伯特-比尔消光定律。当一定强度的单色光通过一个有色溶液（或悬浊液时），则有一部分被吸收，被吸收的量与该有色溶液的厚度和浓度成正比。当厚度一定时，则只与浓度成正比。因此，可以用比色法测定样品中P的含量。 P%=浓度×比色体积×分取倍数×100%/样品重 3.结果与分析 3.1砒砂岩上不同植物N含量的比较 表1 砒砂岩上不同植物不同器官的N含量 根 茎 叶 花 早熟禾 15.27 17.97 20.77 大针茅 4.98 14.03 百里香 13.27 19.21 20.39 从表1中可以看出：在砒砂岩上早熟禾、大针茅、百里香不同部位的氮含量关系大致为：百里香>早熟禾>大针茅。而植物自身根、茎、花、叶的N含量关系叶大致为：花>叶>茎>根。氮素在植物体内主要存在于蛋白质和叶绿素中，所以刚开的花和幼嫩的茎叶中氮含量在全年最高，茎的氮含量较低是因为它是养分的运输器官，当进入果期后，茎叶中的氮素逐渐向果实、根茎等贮藏器官中转移，故含量下降，这与氮在植物体内的分布规律相符 3.2砒砂岩上不同植物P含量的比较 表2 砒砂岩上不同植物不同器官的P含量 根 茎 叶 花 早熟禾 0.49 0.4 1 大针茅 0.25 0.48 百里香 0.31 1.1 0.94 从表2中可以看出：在砒砂岩上早熟禾、大针茅、百里香不同部位的磷含量关系大致为：百里香>早熟禾>大针茅。而植物自身根、茎、花、叶的N含量关系叶大致为：花>叶>茎>根。，茎的磷含量低于叶和果(花)， 3.3 不同植物不同部位的N/P比值的比较 表3 不同植物不同部位的N/P比值 根 茎 叶 花 早熟禾 31．163 44.925 20.77 大针茅 19.920 29.229 百里香 42.806 17.464 21.691 从表3可以看出，各植物不同部位的N/P比值都较高，都在16以上。其中早熟禾的比值最高，大针茅的数值最低。 4.结论 4．1 N对植物的影响 氮素是构成一切生命体的重要元素。在作物生产中，作物对氮的需求量较大，土壤供N不足是引起农产品生产量下降和品质降低的主要限制因子。同时N素肥料使用过多会造成江湖水体的富营养化、地下水硝态N（NO3—N）积累及毒害等。氮在植物各器官的含量对其生理活动有重大影响，而土壤中氮供给量则严重影响着植物对氮的吸收以及氮在植物体内的分配。通常，植物吸收的氮绝大多数被分配到同化和吸收器官中，其它器官中的氮含量相对较低。 碳氮代谢是植物生长发育的过程中最基本的代谢过程，光合作用是碳代谢的重要部分，其强度与碳代谢强度呈正相关"在一定的光强范围内，植物的光合速率随光照的增强而增加，对养分的需要量随之增加，吸收能力增强。氮代谢强度常用硝酸还原酶活性表示，其活性高低对整个氮代谢的强弱起关键作用。在充足的氮素供应下，硝酸还原酶活性强，植物叶片中的氮含量高，叶绿体中的叶绿素含量增加(叶绿体中的氮占叶片中氮总量的70%)，光合作用强度增大，光氮的交互作用影响着植物的物质生产，光合产物的形成、转化分配和碳氮代谢。 植物各器官在生长过程中执行各自的功能，因此，不同器官对养分的需求必然存在差异。从下图中可以看出，植物总体的N含量是：花>叶>茎>根，并且，百里香对N的需求量最大，大针茅的需求量最小。本研究发现，植物体内不同器官养分含量差异显著，植物叶中的 N 和 P 的含量都高于其它器官，植物木质部的养分大部分被转移到更需要的部位，如植物叶片、嫩枝和细根，茎和粗根通常维持较低的养分含量，在这里我们也证实了这一点，植物叶片是植物光合作用的主要场所，植物在生长过程中将大量的营养物质传递给叶片，以满足植物生长的需要。 图1 砒砂