海拔高度對(duì)白龍江流域植物葉化學(xué)計(jì)量特征的影響

楊 琦 王 立 張紅妹

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 甘肅蘭州 730070）

植物碳（C）、氮（N）、磷（P）是植物生態(tài)化學(xué)計(jì)量研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一［1］，主要用于研究植物生長(zhǎng)受限、養(yǎng)分分配以及元素耦合等特征，反映植物在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)自然資源的依賴和需求［2］。C、N、P 元素在植物生長(zhǎng)中發(fā)揮著重要作用［3］，植物葉片C∶N、C∶P能反映植物氮磷養(yǎng)分的利用效率和碳同化能力，N∶P 則體現(xiàn)了植物養(yǎng)分的供應(yīng)與限制狀況［4］。

白龍江流域是我國(guó)生態(tài)環(huán)境最脆弱的區(qū)域之一，植物種類(lèi)豐富，目前對(duì)該區(qū)域植物功能適應(yīng)機(jī)制的研究還相對(duì)薄弱。研究白龍江流域不同海拔梯度草本植物葉片化學(xué)計(jì)量特征的規(guī)律，對(duì)揭示植物對(duì)環(huán)境變化的養(yǎng)分適應(yīng)策略具有重要意義。本研究以白龍江流域海拔1 050～3 070 m的草本植物葉片為研究對(duì)象，按照自然分布進(jìn)行取樣，測(cè)定葉片C、N、P 含量和計(jì)量比，旨在探討不同海拔對(duì)植物葉片化學(xué)計(jì)量特征是否存在影響以及不同元素間是否存在相關(guān)關(guān)系。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省舟曲縣（33°13′～34°24′N(xiāo)，103°51′～104°45′E），地形地貌復(fù)雜，氣候垂直差異明顯，高山地帶較為寒冷，年均氣溫12.7 ℃，全年降水集中在5～10月，年降雨量為400～800 mm。年均相對(duì)濕度80%，全年無(wú)霜期平均為223 d。

1.2 樣品采集及處理

經(jīng)過(guò)全面踏查，在植物生長(zhǎng)旺盛期對(duì)植物進(jìn)行采樣，以海拔1 100-3 070 m 為樣帶，設(shè)置12 個(gè)樣地，選擇無(wú)病害、健康植株葉片，將采集好的植物樣品裝入自封袋中并編號(hào)命名，帶回實(shí)驗(yàn)室后于烘箱中105°C殺青25 min，65°C烘干至恒重，打碎、研磨、過(guò)篩，裝入自封袋并做好標(biāo)記，以便后期草本植物葉片有機(jī)碳（C）、全氮（N）、全磷（P）的測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2019 處理，采用origin 2021軟件制圖，以線性回歸分析及Pearson 相關(guān)分析方法來(lái)比較不同海拔植物元素含量及其計(jì)量比差異和相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 草本植物葉片化學(xué)計(jì)量特征的頻率分布

圖1為表述草本植物葉片C、N、P含量及其計(jì)量比的統(tǒng)計(jì)特征，草本葉片C、N、P含量均值分別358.06、19.41、1.86 mg/g；計(jì)量比C∶N、C∶P、N∶P 為21.16、219.08 和11.01。變 異 系 數(shù) 為45.26%～18.68%，均屬于中等變異。

圖1 草本植物葉片化學(xué)計(jì)量頻率分布

2.2 草本植物葉片C、N、P含量隨海拔高度的變化

通過(guò)線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，草本植物葉片C含量隨海拔升高的變化無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（p＞0.05）；而N 和P 含量隨海拔高度均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系（p＜0.01）。C、N 和P 含量隨海拔呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)（圖2）。

圖2 草本植物葉片C、N、P含量隨海拔高度的變化

2.3 草本植物葉片計(jì)量比隨海拔高度的變化

通過(guò)線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，草本植物葉片C∶N隨海拔高度的升高呈現(xiàn)極顯著相關(guān)關(guān)系（p＜0.01）；C∶P 和N∶P 無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（p＞0.05）。C∶N和C∶P隨著海拔升高呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，而N∶P隨海拔升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（圖3）。

圖3 草本植物葉片計(jì)量比隨海拔高度的變化

2.4 草本植物葉片C、N、P 含量與其化學(xué)計(jì)量比之間的Pearson相關(guān)分析

草本植物葉片C含量與C∶N、C∶P呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜0.01）；N含量與P和N∶P呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與C∶N、C∶P 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p＜0.01）；P含量與C∶N、C∶P、N∶P呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p＜0.01）；C∶N與C∶P呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與N∶P呈極顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01）（圖4）。

圖4 草本化學(xué)計(jì)量特征的相關(guān)性分析（Pearson 相關(guān)系數(shù)）

3 結(jié)論與討論

本研究草本植物葉片C∶N 高于全球陸地植物，C∶P、N∶P 低于全球陸地植物。這可能是受到環(huán)境影響，N 和P 作為關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在一定程度上有效控制C 的存儲(chǔ)。本研究草本植物葉片N∶P 小于14，表明白龍江流域植物生長(zhǎng)受到N 限制［5］。植物養(yǎng)分含量、品種、生存環(huán)境、土壤特性等因子會(huì)直接或間接地影響植物化學(xué)元素含量，年降雨較為集中會(huì)造成水土流失嚴(yán)重，土壤貧瘠，因而營(yíng)養(yǎng)元素含量差異很大［6］。

通過(guò)對(duì)草本植物葉片C、N、P 含量及計(jì)量比相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)。C含量與N、P含量沒(méi)有相關(guān)關(guān)系，導(dǎo)致植物C 含量與N、P 含量形成解耦關(guān)系，這一結(jié)論與楊思琪等［7］的研究結(jié)論一致，但與王淳等［8］的結(jié)論不一致。草本植物葉片N 含量與P 含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與大多數(shù)研究結(jié)果一致［6］。N、P 作為植物中存在的協(xié)同元素，兩者關(guān)系十分密切，葉片作為光合作用的主要反應(yīng)場(chǎng)所，需要大量N 、P 元素參與，植物生長(zhǎng)在高海拔區(qū)，光照充足，植物體內(nèi)代謝加快，N、P 含量一般呈正相關(guān)關(guān)系。草本植物N 與N∶P 呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明白龍江流域植物中的N元素穩(wěn)定。

隨著海拔的不斷增加，草本植物葉片C、N、P 元素含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，C∶N、C∶P 呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明植物隨著海拔的增加，光照條件良好，植物處于適宜的環(huán)境，說(shuō)明海拔是影響植物化學(xué)計(jì)量特征的環(huán)境因子。

研究白龍江流域草本植物化學(xué)計(jì)量特征與海拔間的關(guān)系，有助于了解海拔對(duì)白龍江流域植物生長(zhǎng)變化的影響，海拔梯度耦合了多種生物和非生物要素。研究發(fā)現(xiàn)，海拔會(huì)對(duì)植物化學(xué)計(jì)量特征產(chǎn)生影響，但引起化學(xué)計(jì)量差異的驅(qū)動(dòng)因素尚不明確，需開(kāi)展進(jìn)一步探究。