全 文 : 2012年11月
第30卷 第6期
合肥师范学院学报
Journal of Hefei Normal University
Nov.2012
Vol.30No.6
[收稿日期]2012-04-10
[基金项目]安徽省高校优秀青年人才基金项目(2010SQRL150)和安徽省自然科学研究项目(KJ2010B438)。
[第一作者简介]沈章军(1977-),男,合肥师范学院生命科学系教师,博士研究生。主要从事植物生态学和矿业废弃地生态修复研究。
不同生境中的中华结缕草(Zoysia sinica Hance)
和白茅(Imperata cylindrica(Linn.)Beauv.)
在生长初期氮磷营养分配
沈章军, 何 磊, 黄 俊, 汤 伟
(合肥师范学院生命科学系,安徽 合肥230061)
[摘 要]对铜陵杨山冲铜尾矿废弃地和同区农田系统、安徽大学校园、合肥旱地四种生境中的中华结缕草和白茅的根、
茎、叶器官中氮(N)、磷(P)浓度进行测定分析。结果表明:中华结缕草和白茅这两种植物的根、茎、叶中氮和磷的含量存在显
著差异性(P<0.05),植物体内养分的浓度在物种之间有较大的差异。四种生境下两种植物体内氮和磷浓度均表现为叶>茎
>根。两种植物各器官中磷的含量均低于氮的含量。铜尾矿中中华结缕草和白茅各器官内氮磷含量均低于其它三种生境,
其中叶片的差异最少,表明它们已适应尾矿废弃地极端的营养贫瘠环境,以较小的养分要求完成了自身的生理生长过程。
[关键词]中华结缕草;白茅;铜尾矿;氮磷分配
[中图分类号]G424.4 [文献标识码]A [文章编号]1674-2273(2012)06-0101-04
0 前言
N、P是植物生长发育过程中所必需矿质元素,也
是最受限制的元素,成为陆地生态系统植物的生长2
个关键性的限制因子[1]。铜尾矿废弃地是由采矿过
程产生的大量未经处理的尾矿和其它矿业废料堆积
形成,其物理结构不良、持水保肥能力差、重金属浓度
过高、极端pH,特别是N、P等营养元素极端贫瘠,成
为限制植物成长、繁殖和定居的主要因素之一[2、3]。
安徽铜陵是我国重要的产铜地区之一,冶铜历史
悠久,尤其是解放后大规模开采过程中形成的大量尾
矿占用了大面积土地,其中大型尾矿库有五公里尾矿
库、黑沙河尾矿库、铜官山尾矿库、凤凰山尾矿库、狮
子山尾矿库五处,其总面积约280万m2[4]。在对铜陵
铜尾矿库废弃地自然演替阶段植物群落进行调查时
发现禾本科植物白茅(Imperata ylindrical(Linn.)
Beauv.)和中华结缕草(Zoysia sinica Hance)在植物群
落中相对优势度最高,先锋种效应明显[5]。
本文以铜陵杨山冲尾矿废弃地两种优势植物白
茅(Imperata ylindrical(Linn.)Beauv.)和中华结
缕草(Zoysia sinica Hance)作为研究对象,以同区
农田系统、安徽大学校园、合肥旱地3种生境作为对
照,探讨不同生境营养条件对两种植物体内氮磷营
养分配的影响,旨在从养分利用的角度揭示其对尾
矿恶劣环境的适应性,为尾矿植被的生态恢复提供
理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究地区概况
本研究取材根据白茅和中华结缕草地理分布的
差异,中华结缕草主要取自安徽省铜陵市铜矿区杨
山冲尾矿废弃地和同区农田系统,白茅取自杨山冲
尾矿废弃地和同区农田系统、安徽大学校园、合肥旱
地4种生境。杨山冲尾矿库弃置时间约20年,处于
自然生态恢复状态,自然植物群落主要包括白茅群
落、中华结缕草群落及木贼群落,另外尚有部分未有
任何植物生长的裸地。
本地区介于北纬30°46′~31°08′,东经117°42′
~118°11′之 间,属 亚 热 带 季 风 气 候。年 降 雨
1346mm,降雨主要集中在夏季;年平均温度16.
2℃,一月份平均温度3.2℃,七月份平均温度28.
8℃;无霜期237~258天,全年≥10℃的积温为
4944.4℃~5463.9℃。区内总体气候条件表现为光
热资源丰富、降水充沛,光、热、水分配较平衡。
101
1.2 采样和处理
2011年5月进行采样。每种生境随机取6个
样点,植物整株取回。根据植物生理结构的差异,中
华结缕草按根、茎和叶3部分进行分离,白茅按叶片
和地下部分(根状茎)进行分离。所采植物样品均置
于烘箱中105℃杀青20min,70℃烘干,用植物样品
粉碎机粉碎,并通过0.5mm筛孔,然后装于自封袋
中备用。
1.3 化学分析
1.3.1 土壤性质分析
几种生境的基本性质采用常规分析法[6]。土壤
pH值用PHS-3C型酸度计测定。土壤电导率用
DDS-307电导率仪测定。
1.3.2 植物氮磷浓度分析
植物样品经过 H2SO4-HClO4 消煮后,全氮用
KDY-9820凯氏定氮法测定,全磷用钼锑黄比色法测
定,所用仪器为UV-2450紫外分光光度计。
1.4 数据分析
采用Excel和SPSS for Windows 13.0进行数
据统计分析,不同生长期白茅组织间养分浓度、氮磷
比及再吸收率差异等多组间比较采用单因素方差分
析(One-Way ANONA),用S-N-K(Student-
Newman-Keuls)进行显著性检验,显著水平取P
=0.05。
2 结果与讨论
2.1 几种生境的基本理化性质
表1 土壤基本理化性质(n=4)
土样 pH值 电导率×102 有机质 全N 全P 全K
Soil sample H2O E.C(μs.cm-1) O.M(g.kg-1) TN(g.kg-1) TP(g.kg-1) TK(g.kg-1)
尾矿 7.98±0.5a 4.95±0.3a 7.45±0.2a 0.45±0.04a 3.98±0.15a 2.35±0.08a
农田土 6.89±0.6b 1.05±0.3b 14.89±1.7b 0.95±0.05c 3.33±0.2b 9.45±1.10b
旱地土 7.21±0.7c 0.97±0.2b 12.57±1.4c 0.87±0.07c 3.56±0.4a 8.89±0.94b
安大校园 7.02±0.3b 1.03±0.2b 13.05±1.5b 0.89±0.06c 3.32±0.3b 9.43±0.32b
注:E.C=Electrical Conductivity,O.M=Organic Matter,同列字母相同者表示差异不显著(P <0.05)。
从表1可以得到,尾矿区土壤的pH 值呈弱碱
性(pH=7.98±0.5),而其它3中生境基本呈中性。
尾矿区土壤有机质含量偏低,然而有机质的含量决
定土壤肥力[7],因此尾矿的土壤肥力低,不利于植物
生长。单因素回归分析发现,农田、旱地和校园三地
区的土壤的全氮含量无显著差异性(P<0.05),均
约为尾矿废弃地全氮含量的2倍。氮素是植物生长
必需元素之一,因此缺少氮素限制了大多数植物在
尾矿中生长。
2.2 两种生境生长的中华结缕草体内氮磷元素的
分配特征
中华结缕草属于多年生草本植物,对环境条件
适应性广,具有耐湿、耐旱、耐盐碱的特性,它的根系
发达,生长匍匐性好,是一种良好的水土保持植
物[8、9]。从图1a中可直观地看出,在同一生境条件
下,结缕草体内氮含量表现为:根<茎<叶,尾矿上
生长的中华结缕草根、茎中氮的含量都略低于农田
样本,但叶中氮含量却相差无几。氮是植物生理代
谢活动主要元素,叶片中的氮含量直接影响了叶片
的光合作用效率。两种生境下的中华结缕草叶中的
氮含量无明显差异,说明尾矿中生长的中华结缕草
能够通过自身的调节作用,克服低氮营养对其正常
生长的N限制。
图1 两种生境中中华结缕草体内氮磷养分的分配特征(n=6)
磷在生命活动最旺盛的分生组织中含量最高。
在本研究中,两种生境下的中华结缕草体内的磷浓
201
度均表现为叶>根>茎(图1b),说明P主要参与叶
中的代谢活动。两种生境土壤中全磷的含量基本相
同,但尾矿中华结缕草各器官中的磷含量均略低于
农田区,说明尾矿中有效磷的含量要显著低于农田,
不利于植物对磷的吸收。
2.3 多种生境中生长的白茅体内氮磷元素的分配
特征
植物在不同的生长期为了达到生长或繁殖的目
的,需要将体内基本养分进行不断的转移、再分配和
再利用[10]。在本研究中,四种生境下的白茅宿存根
茎中的氮含量表现为尾矿>旱地>农田>安大校
园,尾矿白茅宿存根茎中的氮含量表现最大(图
2a),可见白茅为适应N营养贫瘠的尾矿环境,根状
茎吸收和储备氮养分的能力得到提高,根状茎中积
蓄大量的N养分为植物后期的有性生殖和营养生
长提供了N养分支持。相反,4种生境下白茅茎中
磷的含量表现为农田>安大校园>旱地>尾矿,尾
矿白茅茎内磷含量表现最低(图2a),表明在尾矿中
白茅生长初期根茎中磷养分就大量转移到其它生命
活动旺盛的组织,以适应尾矿有效磷素较低的磷营
养胁迫。白茅属于适应性强,耐阴、耐贫瘠和干旱,
对极端恶性环境有很强适应性的禾本科多年生草本
植物,在尾矿废弃地自然生态恢复过程中发挥着重
要作用[11、12]。其对贫瘠生境极强的生理生态调节
能力在本研究中得到了验证。
四种生境下白茅成熟叶片中的氮、磷含量均表
现为农田>安大校园>旱地>尾矿(图2b)。说明
生境中有效氮磷营养的缺乏直接影响了植物体内养
分的含量。对比图2a和b可以发现,四种生境下白
茅体内的氮和磷主要集中分布在生理活动旺盛的成
熟叶片中,这一结果和中华结缕草体内氮磷的分布
特征一致。
图2 白茅宿存根茎和成熟叶片中氮磷含量(n=6)
2.4 中华结缕草和白茅体内氮磷浓度的差异性
分析
比照图1和图2分析发现,尾矿生境中,中华结
缕草茎内N、P浓度均显著高于白茅茎(P<0.05);中
华结缕草叶片内N浓度平均值也大于白茅叶片,但
方差分析表明之间差异性不显著(P>0.05);中华结
缕草叶片内P浓度要显著大于白茅叶片(P<0.05)。
农田系统中,植物茎内N、P浓度表现出与尾矿中相
同的结果,但植物叶片内N、P浓度的平均值表现为
白茅大于中华结缕草,方差分析表明之间无显著差异
性(P>0.05)。说明在同一生境条件下,植物体内养
分的浓度在物种之间存在较大的差异。
3 小结
(1)白茅和中华结缕草在四种生境中各器官氮、磷
含量存在显著差异,氮磷主要分配在叶中,茎部次之,
根部最少,地上部分高于地下部分。白茅和中华结缕
草体内氮磷的分布量不同体现了它们各器官对氮磷元
素的需求不同,它们对氮磷元素的利用主要集中在叶
器官中,叶主要进行光合作用需要大量的营养元素。
(2)通过对尾矿基本理化性质和中华结缕草、白
茅体内营养含量的分析可知,尾矿中的有机质和全
氮含量很低,成为植物生长的限制因子,制约了植物
在尾矿的正常生长发育。可以尝试向尾矿人工添加
有机养分的办法改善尾矿基质营养成分,对加快尾
矿区的生态恢复具有重要意义。
(3)尾矿区中的白茅和中华结缕草各器官中的
氮磷含量都低于其它三种生境的氮磷含量,但却成
功的完成了生长、繁殖和定居的自然演替过程。说
明白茅和中华结缕草具有克服营养胁迫和其它恶劣
条件的生理生态优势,对于改善尾矿的基质条件,促
进物质元素的循环,实现尾矿废弃地自然生态恢复
具有重要作用。 (下转第113页)
301
很难办到的。
[参 考 文 献]
[1] National Council for Teachers of Mathematics.Principles and
standards for school mathematics[M].Reston,VA:Author.
2000.p.3.
[2] 中华人民共和国教育部.全日制义务教育数学课程标准(实验
稿)[M].北京:北京师范大学出版社,2007.p.5.
[3] 刘良华.信息技术与数学课程整合的误区分析及解决策略
[J].教育探索,2009.10.
The Principles and Model of the Integration of the Primary Mathematics
Content and Information Technologies
ZHANG Xiao-gui 1, GUO Shi-ping2, FANG Ming-hua3, LUAN Qing-fang4
(1,2,4.The Department of Mathematics of Hefei Normal University,Hefei,230061,China;
3.The Attached Primary School of Hefei University of Technology,Hefei,230061,China)
Abstract:The integration of the mathematics content and the information technologies is a trend of the in-
ternational mathematics education;it is also stressed by our mathematics curriculum reforms.This paper,
firstly,puts forward four principles of the integration of the primary mathematics content and the informa-
tion technologies,which are intentionality principle,al students and al course principle,simple principle
and concordance principle.Secondly,it brings forward a model of the integration of the primary mathemat-
ics content and the information technologies,which consists in three parts that are instructive designing,
instruction in classroom,and out of classroom,and explains the model.
Key words:primary mathematics instruction;information technology;integration;principle;model
(上接第103页)
[参 考 文 献]
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及其化学计量比[J].生态学杂志,2008,27(1):344-348.
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Nitrogen and Phosphorus Distribution of Zoysia sinica Hance and Imperata cylindrical(Linn).
Beauv.with Living in Different Habitats
SHEN Zhang-jun, HE Lei, HUANG Jun, TANG Wei
(Department of life Sciences,Hefei normal University,Hefei 230601,China)
Abstract:Nitrogen and phosphorus concentrations in the roots,stems,leaves of Zoysia sinica Hance and
Imperata cylindrica(Linn.)Beauv.with living in Tongling copper tailings,farmlands Anhui university,
Hefei aridlands were studied.The results showed that,the nitrogen and phosphorus concentrations be-
tween Z.sinica and I.cylindrica was significant difference(P<0.05).The nitrogen and phosphorus
concentrations of two plants in four habitats showed:leaf>stem>root.The phosphorus content was
lower than the nitrogen content in two species.The nitrogen and phosphorus contents in organs of two
species with living in the tailings were lower than those of living in other habitats,but the difference in the
leaves was the least.It indicated that the two species adapted to poor nutrition environment in the tailings,
they can shift nutrients to the most lively organ from other organs.
Key words:copper tailings;Zoysia sinica;Imperata cylindrica;nitrogen;phosphorus
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