探究干热河谷植物化学计量特征与生物量之间的关系

杨太俊

（云南省曲靖市会泽县林业和草原局，云南 会泽 654200）

0 引言

植物化学计量学特征中包含了很多重要信息，和植物生长习性、功能性状等有着密切关系、N、P、K 和植物生长有着密切联系，这些元素的计量学特征和植物生长有着密切联系。但研究发现，生态系统功能中除了N、P、K 三类元素外，其他元素也会影响到植物生长，例如Ca、Mg 等，也会影响到土壤条件。从目前情况来看，对这些元素所起的作用研究比较少，计量关系的驱动因素不够清晰。植物的化学计量和生产力会让环境发生变化，各种植物的化学计量特征是对植物在生长总结得到的，和植物生长速度关系密切。植物的化学计量特征可塑性强，其对外部环境是影响植物的重要因素之一。

在衡量生态系统功能时要参考植物生产力，植物元素计量关系变化和植物生产力变化的耦合对生态系统过程会产生影响。水分和养分是植物生长重要的营养物质，和植物生产力有着直接关系。通过研究发现，水分和养分对植物的促进作用没有想象那么简单，是比较复杂的。目前关于水分和养分的复杂作用影响植物元素平衡的理论成果较少，不利于相关工作的开展。通过研究生物体生长稀释理论可知，重金属对生物生长速度会产生影响。生长速度对重金属稀释会产生影响，速度越快，稀释越快，但植物生长快慢是否会影响微量元素，还有待研究。本文以干热河谷地区为研究对象，主要探讨在不同水分和养分条件下植物生物量发生的变化，弄清楚生物量变化和植物化学计量学特征变化间的关系。

1 材料和方法

1.1 地区概况

干河谷地区气候具有特殊性，在这个区域内年平均气温在21℃左右，降水量不超过700mm，每年的雨季在6—10 月间，占总降水量的90%以上。

1.2 实验设计和数据收集

为了保证植物的代表性，选择研究地区6 种草本植物种子各300g，其中包括4 种优势植物，分别是黄茅、孔颖草、橘草、双花草。

2018 年6 月，创建出实验所需的温室，并采用盆栽方法，每个种类装10 盆，在盆中填入15g 的燥红土，放入6g 种子，植物发芽后7d，要进行适当处理保证每盆4 株植物，再进行水分、养分处理。对实验进行分组，第一组是对照处理，要定期向花盆中浇水，每次为350mL；第二组是养分处理，两个周浇一次水，其他方面和对照相同；第三组水分添加频率要更高，浇水次数要更多，控制好每次浇水量；第四组是水分和养分的复合处理，浇水频率和第三组相同，同时要控制好浇水量。实验共有72 盆植物，为了避免土壤中盐离子含量过高，要进行灌注水来淋洗，这样做可以保证植物的健康生长[1]。干热河谷地区常年温度较高，在这种环境下，水分蒸发量较大，灌注的水会快速蒸发。

实验3 个月之后测量植物的生物量数据信息，将植物放在70℃条件下进行烘干处理，并分离成叶片、茎干及花穗等部分并称取质量。由于根系带有土壤，为了保证测量结果的准确性，要将土壤冲洗掉，烘干后称质量[2]。混合植物的不同器官，以此作为样品，粉碎后测定其中元素的含量，主要包括N、P、K、Ca、Mg、Zn、Mn。

1.3 数据分析

植物总体各种元素含量计算公式为：

E=ΣEi×Oi

其中：E、Ei及Oi分别指植物体内元素含量、该元素在器官中的含量，器官在植株质量中的比值。

植物生物量和化学计量学特征对水分和养分处理的响应指数计算公式为：

R=（Bt-Bc）/Bc×100%

采用多因素方差分析法对物种、水分等对植物生物量影响进行分析，对各处理间检验。分析Rbiomass 和Rstoichiometry 的相关性采用一元线性回归分析法。

1.4 结果

水分、养分等因素的二次交互作用会明显影响到植物生物量，但在三次交互作用下却不明显。从整体情况来看，养分添加处理的生物量多于对照组，高频词水分处理也有所增加，采用水分和养分复合处理，生物量会快速增加，结果说明了水分和养分的协同效应[3]。

排序物种生物量均值，从大到小分别是红毛草、黄茅等，由于植物种类不同，所以在处理效应特征方面有所差异。相比养分，橘草和孔颖草对水分响应比较显著。裂稃草和黄茅对水分和养分的复合处理响应比较显著，协同效应比较强。双花草只对养分和水分的复合处理具有显著效应。红毛草对水分和养分处理的响应程度没有太大区别，但对水分和养分的复合处理响比较显著。

2 讨论

对本文研究结果进行分析发现，对水分、养分处理下生物量变化响应的因素比较多，除了植物根茎叶之外，还包括总体微量元素含量，例如Zn、Mn 等。对这些元素进行分类，第一、二、三类分别是K；Ca、Mg；Zn、Mn。通过观察发现，在生物量变化中，植物中含量较高元素是比较稳定的，含量较低元素则会受到影响，当生物量增加时会出现下降的趋势，在这种情况下，含量较高和较低元素的计量关系变化比较大。

对植物进行养分和水分处理，生物量变化对植物吸收元素的效果会产生一定影响，通过研究得出重要结论，元素计量比的变化趋势会受到元素含量影响，从大到小对元素含量排序为K、Ca、Mg、Mn、Zn，大部分情况下，元素计量比变化和生物量变化呈正比关系[4]。

水分、养分对植物化学计量学特征会产生重要影响，往往只关注到这一点，对生物量因素的研究比较少。通过研究发现，在影响各种元素计量比变化的多个因素中，生物量发挥着不可忽视的作用，而环境条件和物种因素也会产生一定影响，表明水分和养分对植物化学计量学特征的影响具有相似性，也就是生物量变化。另外研究中还有新的发现，在根茎叶中可以体现出元素化学计量学特征的变化和生物量变化的关系，具有普遍性特点。

生态系统功能载体包括植物化学计量学特征和生物量，加强相互之间关系的研究具有较高应用价值。在生态化学计量学领域中，对植物元素含量及化学计量关系变化研究比较多，很多学者都进行研究并得出重要结论。有的学者提出，元素的计量学变异范围和元素含量有着关系，大量元素的稳定性较强。有的学者认为元素含量的变异范围和该元素的限制情况有着一定关系，限制性元素含量变化趋于稳定。从本质上来看，植物叶片中的元素变化具有耦合性特征，相比较于其他元素，部分元素的变化速率更快。但植物元素变化到底是受什么因素驱动还不清楚，关于植物元素含量及其计量比和生物量变化的关系研究较少[5]。

相比大量元素，微量元素对植物生长的限制作用更小。大量元素的作用更为重要，内稳性比较高，对生物量变化要不断补充，确保达到稳定性要求。影响到植物大量元素的吸收的元素包括水分和养分，对微量元素产生稀释作用，在这种情况下，生物量增长会影响到大量元素和微量元素的计量关系。N、P 含量及其和其他元素的计量比与生物量变化的关系不明显。土壤中的N、P 以有机物形式存在，吸收会被植物与微生物的关系所影响，其他元素的存在形式是无机物，吸收效果和植物根系有直接关系。

微量元素和大量元素在生态系统中物质循环中发挥着重要作用，其中部分微量元素的作用非常重要，超过了大量元素，例如Mn 是一些生态系统凋落物分解的限制因子，而其他的微量元素也具有同样作用，对碎屑食物链的物质和能量传输效率会产生一定影响。采用灌溉、施肥的方法可以让作物产量增加，但是否会导致农作物品质下降，还需要我们进行深入研究才能了解[6]。

3 结语

综上所述，本文以干热河谷地区为研究对象，分析植物化学计量特征与生物量之间的关系，并得出了重要结论。明确不同元素对植物生长的影响，通过计算有一个准确了解，从而形成正确认识。关于植物化学计量特征和生物量之间的关系研究还面临着很多挑战，因此要提高重视程度，在研究中取得新的成果。