野生蔓胡頹子葉片的結構性狀和氮磷養(yǎng)分含量分析

劉 婷，劉光琴，張敏燕，羅懷波，何正興，高 通，陳發(fā)軍,2*

(1.內(nèi)江師范學院生命科學學院，四川 內(nèi)江 641100；2.四川省高等學校特色農(nóng)業(yè)資源研究與利用重點實驗室, 四川 內(nèi)江 641100)

葉片是植物進行光合作用的主要器官，葉片的生理功能與植物生長發(fā)育密切相關。葉片性狀是植物適應周圍環(huán)境的重要策略之一，認識葉片性狀的格局和變異有利于理解特定環(huán)境中植物與生態(tài)因子的相互作用[1-2]。在生理相關性狀中，比葉面積是權衡葉片大小與物質(zhì)投入的重要指標，與植物的生長和生存對策密切相關[3]。C、N、P計量特征反映了植物葉片的營養(yǎng)狀況，也體現(xiàn)了植物對養(yǎng)分的利用特點，元素間的比值(尤其是N:P)能夠解釋不同環(huán)境條件下植物的適應性，揭示營養(yǎng)元素利用的關系及限制性元素[4-6]。因此，研究葉片的主要生理性狀對于理解植物對環(huán)境的適應策略，篩選特定生境的適宜性物種，指導資源植物利用和生態(tài)系統(tǒng)管理都具有積極意義。

蔓胡頹子(ElaeagnusglabraThunb.)是胡頹子科胡頹子屬的蔓生或攀援灌木，分布廣泛。該植物果實可食用，含有豐富番茄紅素[7]，根葉具有藥用價值，同時具有一定的園林綠化和觀賞應用潛力。目前，關于胡頹子屬植物的研究報道主要集中在其種質(zhì)資源與利用研究[8]、果實化學成分與藥理活性[9-10]、人工扦插繁殖及培育技術[11]等方面，對其葉片生理特征及關系尚不夠清楚。在喀斯特生境中，蔓胡頹子多長勢良好，在林間向上或向周圍擴展明顯，藤條高或長，使得小枝和葉能夠到達不同空間，處于光照等條件不同的局部環(huán)境。同時，由于喀斯特地區(qū)異質(zhì)性極高、土壤養(yǎng)分有限[12]，不同植株養(yǎng)分可獲得性不同，根系吸收的養(yǎng)分在被植株地上部分利用時也存在分配問題。本研究通過對蔓胡頹子葉片相關結構性狀、氮磷化學計量及生長地土壤養(yǎng)分的研究，以期揭示川南喀斯特地區(qū)蔓胡頹子不同水平的葉片生理特征和適應策略，為資源植物的栽培和利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

本試驗在古藺縣(105°34′～106°20′E，27°41′～28°20′N)境內(nèi)進行野外樣品采集。古藺縣地處四川盆地南緣、云貴高原北麓，屬亞熱帶季風性濕潤氣候。四季分明且雨熱同期，平均氣溫在12.4～18.6℃之間，境內(nèi)喀斯特地貌發(fā)育較為典型。

1.2 試驗材料

1.2.1 葉片采集與處理

2018年7月，在研究區(qū)域選擇生長狀況良好的蔓胡頹子植株20株，植株生長點海拔697～863 m，分別生長于不同的小生境，從低郁閉度到高郁閉度均有。每株選取2～3根主干藤條采集葉片，按照形態(tài)學位置分下、中、上三個部位采集葉片(暫時保留葉柄)，各部位采集15～20片發(fā)育成熟、沒有病蟲害、綠色健壯的葉片，帶回實驗室。用濕潤紗布擦凈葉片，每株植物每個部位選取6片葉片，用繪圖稱重法測量葉面積。葉片85℃殺青處理30 min，再65℃恒溫烘干至恒重，用分析天平稱量已測定葉面積的葉片干重(精確到 0.001 g)。粉碎葉片，過100目篩2次，搖勻混合后裝入離心管，編號保存供測定。

1.2.2 土壤采集與處理

2018年7月，在被采集葉片的植株周圍，考慮植株大小，在距離生長中心點50～200 cm處，從周圍對稱采集四個土壤樣品。取樣前去除土壤表面的凋落物等，在四個點采集10 cm×10 cm的0～10 cm土層，混合后帶回實驗室。去雜、風干研磨后，過100目篩2次，搖勻混合后從中取出部分裝入離心管，編號保存供測定。

1.3 測定方法

1.3.1 碳氮磷含量測定

全C、全N測定采用元素分析儀，稱取50 mg待測樣品，用錫箔紙包裹，元素分析儀CN模式分析測試；全P測定采用H2SO4-H2O2消煮—鉬銻抗比色法。土壤C含量為有機碳含量。

1.3.2 比葉面積測定

用稱重法測量葉面積，測定烘干至恒重的葉片質(zhì)量為葉干重，比葉面積SLA(Specific leaf area)按公式計算，即：SLA(cm2/g)=葉面積(cm2)/葉片干重(g)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析和制圖利用SPSS 和Excel 完成?；瘜W計量指標之間、比葉面積與化學計量指標之間的相關性采用Pearson相關分析。葉片C、N、P含量及比值與比葉面積、土壤養(yǎng)分等的關系采用Linear Regression分析；不同部位對葉片特征的影響采用One-Way ANOVA 進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同個體葉片的比葉面積和化學計量特征

蔓胡頹子的平均葉面積為16.51±0.87 cm2，不同葉片差異較大，測定的植株中葉面積最小僅9.32 cm2，最大為21.97 cm2。平均比葉面積為141.03±3.85 cm2/g，不同植株變化范圍在113.24～170.77 cm2/g。

由表1可知，蔓胡頹子葉片C含量較為接近，平均值為490.22 mg/g，N含量在33.47～41.78 mg/g之間，P含量在0.7493～1.69 mg/g之間。C:N較為接近，平均值為13.33；C:P和N:P變異系數(shù)較大，最大值與最小值相差一倍以上；C:P平均值為510.4；N:P平均值為38.17。

表1 蔓胡頹子葉片的C、N、P含量和比值

2.2 葉片性狀間相關性

2.2.1 C、N、P及其比值的相關性

由表2可知，蔓胡頹子葉片C、N和P含量之間相關性均不顯著。C與C:N、N與C:N表現(xiàn)出顯著性正相關(p<0.05)，P與C:P和N:P均呈極顯著的負相關(p<0.01)，C:P與N:P呈極顯著正相關(p<0.01)。

表2 葉片中各化學計量指標的相關性

注：*表示p<0.05顯著性差異；**表示p<0.01顯著性差異。

2.2.2 比葉面積與化學計量指標的相關性

比葉面積與葉面積呈顯著正相關(R=0.529，p<0.05，圖1)，在個體水平上比葉面積與化學計量指標相關性均不顯著。但當區(qū)分葉片生長部位時，植株下部葉片的比葉面積與N含量相關性顯著(R=0.553，p<0.05，圖1)，即N含量高的葉片傾向于具有更大的比葉面積；而植株中部、上部的葉片不存在這種相關性。

圖1 比葉面積與葉面積和葉片N含量的相關性

2.3 不同部位葉片的比葉面積和化學計量特征

蔓胡頹子不同部位對葉面積和比葉面積的影響不顯著，即植株上、中、下部葉片大小和單位質(zhì)量葉面積相似。

不同生長部位葉片的化學計量特征，除C含量外，均具有不同程度的差異(圖2)。

圖2 蔓胡頹子不同生長部位葉片化學計量指標的比較

總體表現(xiàn)為植株下部葉片的N、P含量高于中上部的葉片，上部葉片的C:N、C:P和N:P高于中下部的葉片。植株下部葉片N、P含量為38.41±2.44 mg/g、1.19±0.25 mg/g，分別高出中上部葉片含量4.77%、6.60%和24.38%、24.65%。N:P在上部葉片中最高，為41.35±11.14，而下部葉片僅為33.42±6.16。

2.4 土壤養(yǎng)分對葉片特征的影響

表3 土壤養(yǎng)分含量及生態(tài)化學計量特征

土壤的養(yǎng)分含量和計量特征如表3。有機C、N、P含量及其比值變化均較大，全N含量為0.4212～3.13 mg/g，全P含量為0.0371～0.4927 mg/g。N：P的變異系數(shù)最小，為0.3038，平均值為8.97。

土壤化學計量特征與蔓胡頹子葉片化學計量特征存在一定相關性。C:N和C:P在不同地點土壤和植物個體之間相關性顯著(R=0.478，p<0.05；R=0.571,p<0.01)，P含量的相關系數(shù)也較高(R=0.407，p=0.075)。不同個體N:P的變化小于生長地點土壤N:P的變化，二者相關性不顯著。土壤含N量與蔓胡頹子葉片的P含量、C:P和N:P顯著相關，土壤含P量與植物葉片的C:P顯著相關(圖3)，土壤N:P與植物葉片各項計量特征相關性均不顯著。多元回歸分析表明，土壤化學計量指標能較好地解釋不同蔓胡頹子個體葉片P含量的變化(R2=0.578，p<0.05)，所有土壤化學計量因子中N:P的貢獻最大。盡管土壤N含量與葉片N:P存在相關性，但土壤化學計量指標總體難以準確預測葉片N和N:P的變化。

圖3 土壤N、P含量與蔓胡頹子葉片部分化學計量指標的關系

3 討論與結論

蔓胡頹子葉片養(yǎng)分含量的變異系數(shù)大小排序為C < N < P。N含量高于常綠闊葉林和喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中的多數(shù)植物，而葉片P含量則低于一些地區(qū)的報道結果[12-13]。植物的C:N和C:P可以反映植物的生長速度，一般較低的C:N和C:P具有相對較高的生長速率[14]。根據(jù)Güsewell(2004)的標準[1]，當N:P<10時，為N 限制；當N:P>20時，為P限制；在兩者之間則為N、P共同限制。本研究中，所有測定葉片的N:P均大于20，多數(shù)在30～45之間，表明蔓胡頹子在當?shù)厥苊黠@的P限制，表現(xiàn)出明顯的喀斯特地區(qū)植物的特點，與南方喀斯特地區(qū)植物P限制明顯的結論一致[12]。但結合植物長勢等，認為蔓胡頹子已經(jīng)較好地適應了養(yǎng)分多變和低P環(huán)境，高N含量可能起到了某種程度的補償作用。

在森林不同層次中，不同空間位置的葉片面臨的光照資源等不同。蔓胡頹子不同部位葉面積和比葉面積的差異不顯著，而不同生長部位葉片的化學元素含量和計量比不同，表明蔓胡頹子的適應策略不是改變?nèi)~片的形態(tài)特征，而或許是通過N、P等養(yǎng)分資源分配進行調(diào)節(jié)。這也可能與植株不同部位的蔭蔽度、葉片生長階段和元素的重吸收利用等有關[2,15-16]，需要進一步的研究研究加以驗證。

植物化學計量特征與生存環(huán)境的土壤養(yǎng)分存在相互聯(lián)系[17-18]，土壤N、P含量與蔓胡頹子葉片的部分化學計量指標存在相關性。為適應多樣的局部生境，蔓胡頹子在P、N:P等限制性元素的化學計量指標上表現(xiàn)出較大的變異和可塑性；但其相應指標變化均小于土壤的變化，且多數(shù)化學計量指標不明顯受土壤的影響。主要體現(xiàn)為植物葉片和土壤的C:N、C:P相關性顯著，而植物葉片C、N、P、N:P與土壤對應指標均無顯著相關性,也體現(xiàn)出植物化學計量特征具有相對的穩(wěn)定性。

綜上，蔓胡頹子個體之間的葉面積和比葉面積存在較大變化，葉片養(yǎng)分含量的變異系數(shù)大小為C < N < P，N:P平均為38.17；不同部位葉片的生理性狀，除比葉面積、C含量外，其他生態(tài)化學計量指標均存在不同程度的差異，N、P含量在下部葉片中最高，N:P在上部葉片中最高；土壤N、P含量與蔓胡頹子葉片的P等指標顯著相關，但土壤元素含量和計量比難以有效表征葉片N和N:P的變化。可見，當?shù)芈j子在不同個體和垂直空間中葉片適應策略不同，葉片性狀表現(xiàn)出較強的可塑性和相對穩(wěn)定性；養(yǎng)分資源明顯地受到P限制，且植株上部受影響最大，引種栽培應注意P的補充。

致謝

感謝張平梅、段彬在野外樣品采集和實驗測定過程中給予的熱心幫助。