氮沉降对车前叶绿素和生物量的影响

朱松梅 李放 张丽兵 李杨思琦 袁子健 宋彦涛

摘要：指出了氮沉降是全球变化的重大问题之一，从大气沉降到陆地生态系统的氮含量影响着植物的性状及其生产力。采用盆栽法实验，以分布广泛的车前（Plantagoasiatica）为研究对象，分析了0、2.5、5、10、20 g/m²五个不同施氮梯度对车前叶绿素及生物量的影响。结果表明：车前的SPAD及地上、地下生物量隨着氮浓度的增加显著升高，证实了氮添加能显著影响植物的生长。

关键词：氮沉降;车前;叶绿素;生物量

中图分类号：S718.15

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）4-0012-03

1 引言

20世纪中期以来，随着矿物燃料的燃烧、植物生长所需氮肥的生产和使用以及畜牧业的飞速发展等人类活动向大气中排放的含氮化合物不断增加，导致整个生态系统中的氮含量过高[1，2]，严重时会使土壤达到一种有毒的状态，影响土壤对植物的有效性，从而对植物的生长产生不利影响。

在全球范围内展开的有关氮沉降的研究表明：一定量的大气氮沉降在很大程度上提高了植物对养分的吸收，导致植物的光合能力、生物量的增加[3，4]。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，其能够将光能转化为化学能、无机物转化为有机物供植物生长。叶片中叶绿素含量是检测植物光合作用能力的重要指标之一[3]，且植物的生物量随叶绿素含量的增加而增加[5]，进而提高植物的生产力。

车前（Plantagoasiatica）属于二年生或多年生草本，在我国多个省份均有分布，花果期长，叶片宽大（叶片长4～12 cm、宽2～7 cm），是理想的实验材料。本实验选择车前为研究对象，利用盆栽实验，通过人工模拟不同梯度氮沉降的方法，测量车前叶绿素和生物量在不同施氮梯度下的变化趋势，从而探讨不同浓度的氮添加对植物生产力的影响。为研究全球变化背景下，氮沉降对植物的影响提供科学依据。

2.材料与方法

2.1 实验设计与测量

车前种子采自内蒙古呼伦贝尔。实验采用随机区组设计，5个施氮梯度分别为：0、2.5、5、10、20 g/m²，设6次重复，共30盆。2017年5月末将相似大小的车前幼苗移栽进相同规格的花盆，每盆一株。7月初开始进行氮添加处理，采用湿法分两次施人，间隔半个月，8月初测定叶绿素含量（ SPAD502）、地上生物量和地下生物量。

2.2 数据处理

用Exce12010和SPSS19.0对不同施氮梯度下车前的叶绿素含量（ SPAD）、地上生物量、地下生物量及总生物量进行统计分析。

3 结果分析

3.1 不同施氮梯度对车前叶绿素的影响

施氮为2.5 g/mZ²时与不施氮的SPAD值基本没有差异，分别为28和27。当施氮量为5 g/mz时平均SPAD值为31.2，但5 g/m²与10 g/m²施氮处理间的SPAD值相比虽略有下降但差异不显著（图1）。氮添加为20 g/m²的车前平均SPAD值为37，相比于施氮浓度为5 g/mz增加了15.7%、不施氮的增加了27%，说明适量氮沉降有利于植物合成叶绿素，进而增强植物的光合作用。

3.2 不同施氮梯度对车前地上生物量的影响

在施氮梯度为2.5、5、10 g/m²的施氮处理间，车前的地上生物量较没有施氮处理的均略有升高，但差异不显著（图2），说明少量的氮沉降基本不会影响植物的地上生物量;当施氮量为20 g/m²时，相比于不施氮和施氮为10 g/m²的地上生物量分别增加了1.2 g、0.5 g。说明适量施氮可以使地上生物量显著增加。

3.3 不同施氮梯度对车前地下生物量的影响

施氮量为5 g/m²时与未进行施氮处理的地下生物量相比有较显著增加，在2.5、5、10 g/m²施氮处理间，车前地下生物量无明显差异（图3）。施氮为20 g/m²的地下生物量比未施氮的增加了近41%。表明地下生物量也随适量氮沉降的增加而增加。

3.4 不同施氮梯度对车前总生物量的影响

施氮为2.5、5、10 g/m²处理间总生物量与未施氮相比均有增加，但这3个处理间没有显著差异。当施氮浓度为20 g/m²时平均总生物量为3.6 g，相比于对照增加了38.9%，因此该浓度更适合植物的生长（图4）。

4 讨论

不同施氮梯度对车前的SPAD值及生物量均有积极影响，随着施氮梯度的增加，车前地上、地下生物量以及总生物量（前两者之和）被不同程度地促进。虽然在2.5、5 g/m²这两个施氮处理中，总生物量没有显著差异，但与未施氮处理的总生物量相比仍有所增加。施氮梯度为5、10、20 g/m²的总生物量呈线性增长，证实了氮添加能显著影响植物的整株性状[6]，进而增强植物的生产力，这与祁瑜等[4]、杨浩等[7]的研究结果一致。在2.5、5、10 g/m²这三个施氮处理间，地上生物量与地下生物量呈现了不同的变化趋势。存在这些差异的原因可能有：①植物个体间存在差异，影响统计结果;②这3个氮梯度属于低氮添加水平[7]，不能满足车前更好生长的需求，因此导致实验数据差异性不明显;③植物个体对施氮处理响应的差异的原因是复杂的，与物种氮利用效率、氮处理先后顺序、植株生长的微环境等相关，有待于今后做进一步研究。

5 结语

氮沉降会极大程度地改变植物性状、物种丰富度，影响植物生产力，从而造成生态系统结构和功能的改变[8]。不同氮素添加水平对植物的影響程度也不同，氮含量的增加，在短时间内可以积累更多的生物量同时提高生态系统的生产力[9]。经实验结果显示：经施氮处理的车前，其叶片SPAD值和整株车前生物量均明显增加，在20 g/m²时达到最大值。

参考文献：

[l]Galloway J N， Townsend A R，Erisman J W， et al.Transformation ofthe nitrogen cycle： recent trends， questions， and potentialsolutions[J]. Science， 2008， 320（5878）：889—892.

[2]Gruber N， Galloway J N.A Earth- system perspective of theglobal nitrogen cycle[J]. Nature， 2008，451（7176）：293～296.

[3]张云海，何念鹏，张光明，等.氮沉降强度和频率对羊草叶绿素含量的影响[J].生态学报，2013，33 （21）：6786～6794.

[4]祁瑜，黄永梅，王艳，等.施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响[J].生态学报，2011，31（18）：5121～5129.

[5]雷泽湘，艾天成，李方敏，等.草莓叶片叶绿素含量、含氮量与SPAD值间的关系[J].湖北农学院学报，2001，21（2）：138～140.

[6]乌仁其其格，辛晓平，阎瑞瑞，等.氮肥对羊草重度退化草地植物群落的影响[J].湖北农业科学，2015，54（2）：301～303.

[7]杨浩，罗亚晨.糙隐子草功能性状对氮添加和干旱的响应[J]。植物生态学报，2015，39 （1）：32～42.

[8]何玉惠，刘新平，谢忠奎.氮素添加对黄土高原荒漠草原草本植物物种多样性和生产力的影响[J].中国沙漠，2015，35（1）：66～71.

[9]常运华，刘学军，李凯辉，等.大气氮沉降研究进展[J].干旱区研究，2012，29（6）：972～979.