增温对长白山苔原仙女木叶片化学计量学影响的研究(2)

在我国,高山苔原只分布在两座山上,一个是新疆的阿尔泰山,另一个就是东北的长白山[1]。 野生植物是重要的自然资源,在维护自然界生态平衡中发挥


在我国,高山苔原只分布在两座山上,一个是新疆的阿尔泰山,另一个就是东北的长白山[1]。

野生植物是重要的自然资源,在维护自然界生态平衡中发挥着无法取代的作用[2]。仙女木较低矮,匍匐状覆盖地面,在长白山高山冻原带起着良好的水土保持作用[3]。吉林省人民政府于2009年12月将宽叶仙女木(别名多加木、多瓣木、亚洲仙女木)列为省级二级保护植物。

在地理科学方面,仙女木是极端严寒气候的标志性植物,记录着地球气候的变迁,地质学家用它来命名地质学与气候学上赫赫有名的“新仙女木事件(YoungerDryasEvent)”[3]。近代,瑞典科学家通过钻孔的方法研究了某丹麦剖面黏土层,结果发现了八瓣仙女木花粉[1]。这层仙女木花粉在约一万年前出现,但只持续了千年左右的时间,跨度非常短。作为一种喜寒草本植物,仙女木通常只生长于寒冷的北极地区,科学家却在北大西洋周边的地层里,发现仙女木花粉大量出现,这说明当时欧洲确实冷如极地。当时,地球进入寒冷的间冰期已有3000多年,由此,人们用“新仙女木”表示末次冰期的最后一次寒冷事件,仙女木花粉就是科学家提供的当时气候变冷的证据[1]。

21世纪全球气候方面变化的大趋势就是变暖[4]。全球地表气温自20世纪以来升高了0.4~0.8℃,并且这一趋势还将发展下去[5]。根据政府间气候变化专门委员会公布的第四次评估报告,全球的平均气温到21世纪末期预计将提升1.1~6.4℃[6]。

氮(N)、磷(P)、钾(K)是植物在生长发育过程中所必需的营养元素,它们既参与植物体内各种生长发育过程,又是构成植物体内许多重要化合物的组成成分[7,8]。由于自然界中N和P元素供给往往受到约束,成为植物生长发育过程中的主要约束因素,N、P元素在植物体中也存在着不一般的联合协同作用,且水、营养物质乃至物种以及其二元交互作用对植物的生长发育具有显著的作用[9,10]。

生态化学计量学迅猛发展,成为了解决与此有关的问题的有力工具,通过化学计量学方法研究N、P的区域分布规律成为最近几年的研究热门[11]。植物叶片中的N、P含量与N/P比值的化学计量学特征,和上述因素怎样约束了植物的生长已经被大量讨论过了[9]。此外,有些研究致力于探索种质和气候因素等对叶片N、P含量及N/P比值的影响[12]。我国对中国植物叶片N、P含量及N/P数值的研究则显示了一些与全球不同的特征[9]。

对比各个气候因子与N含量和P含量的相关性,发现P含量与环境因子的相关关系显著性水平更高、相关性更大[9]。分析这可能是由于P含量的变异系数高于N含量的变异系数造成的。而根据生长速率假说,自养生物需要提高其P含量、降低其N:P数值来加快蛋白质的合成,加强同化作用来加大生物量的累积速率[13、14]。为了解决植物生长发育时遇到的营养元素限制问题,许多科学家通过探究土壤、植物根系和叶片中N、P、K含量及N:P:K比值的关系和规律,制定了所需要的氮肥、磷肥和钾肥三者之间的配比关系,合理的将植物生长发育中的所需要的元素进行人为添加,可调节土壤及植物叶片N:P:K化学计量学特征,从而达到缓解土壤和植物间各个元素的供需不调的目的[15]。

有研究表明,植物间相同器官的N、P含量变化较大,造成各地域间营养元素含量的差异可能是由于土壤中养分、温度和水分、光照强度变化和树种差异均对植物在异质性光照环境中的N、P利用和分配产生调节,进而影响总的生物量和总N、P的积累,这由于植物对N、P应用策略的变化[16]。同一地域内植物不同组织的N、P含量都是叶大于根[17]。根或叶内部的N-P、N-N:P以及P-N:P基本呈现速率相等的比例关系,表明在各组织内部N、P含量互相促进的作用明显[17]。根、叶之间的N含量、P含量以及N:P则呈现速率不相等的比例关系。说明不同器官对某种营养成分的利用互相影响和协调[17]。