全 文 :第38卷第10期 西 南 大 学 学 报 (自然科学版) 2016年10月
Vol.38 No.10 Journal of Southwest University(Natural Science Edition) Oct. 2016
DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2016.10.003
前期水淹对牛鞭草营养元素质量分数
响应后期干旱胁迫的影响
①
韩文娇, 李昌晓, 王朝英, 燕江伟, 崔 振
西南大学 生命科学学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室,
重庆市三峡库区植物生态与资源重点实验室,重庆400715
摘要:对水淹和干旱条件下牛鞭草(Hemarthria altissima)根、茎、叶的各营养元素质量分数进行测定,研究三峡
库区蓄水对牛鞭草营养元素响应后期干旱胁迫的影响.试验采用盆栽控制实验,共设置6个处理组,包括对照组
(CK)、表土水淹组(SF)、全淹组(TF)、对照-干旱组(CD)、表土水淹-干旱组(SFD)和全淹-干旱组(TFD).结
果表明:1)水淹胁迫阶段,牛鞭草SF和TF组根部的N,P,K,Fe,Mn质量分数均呈升高趋势,叶Fe,Mn质量分数
变化趋势同根Fe,Mn质量分数类似,但叶P,K质量分数均低于CK组.2)干旱阶段,牛鞭草CD和SFD组的根、
茎、叶N,P,K,Fe质量分数与CK差异均无统计学意义,而TFD组的根、茎、叶N,K,Fe,Mn质量分数均高于CK
组;此外,CD与SFD组之间各部分的N,K,Fe质量分数差异无统计学意义,但SFD组的P质量分数显著低于CD
组,Mn质量分数显著高于CD组.3)复水阶段,牛鞭草TF组根K,Fe,Mn质量分数和茎、叶N,K质量分数均显著
高于CK组,而干旱组(CD,SFD和TFD)的根、茎、叶 N,P,K,Fe,Mn质量分数与CK相比差异均无统计学意义.
研究表明,前期水淹并未对牛鞭草N,K,Fe等营养元素质量分数响应后期干旱胁迫造成影响,牛鞭草对水淹和干
旱胁迫良好的适应性也为三峡库区消落带植被构建提供了理论依据.
关 键 词:三峡库区;水淹;干旱;牛鞭草;营养元素质量分数
中图分类号:X321 文献标志码:A 文章编号:1673-9868(2016)10-0017-11
自三峡工程竣工以来,三峡库区实行“冬蓄夏排”的水位调度方案,夏季低水位运行,冬季高水位运行,
因此,库区形成了面积为349km2,水位垂直落差达30m的消落带[1-2].消落带是陆生生态系统与水生生
态系统的交错地带,该区域具有拦截库岸泥沙、分解吸收营养物质、防止水体污染、丰富水库旅游景观等
多种功能[3].然而,三峡库区消落带许多陆生植物因不能适应大幅度的水位变动逐渐消亡,致使生物多样
性显著降低.加上库区夏季炎热,此时完全露出的三峡库区消落带处于干旱频发期[4],消落带植被受到水
分胁迫的程度将进一步增大[5].
植被修复与重建是三峡库区消落带生态环境治理的重要举措,筛选出既耐淹又耐旱的物种有利于库区
① 收稿日期:2015-11-02
基金项目:重庆市林业重点科技攻关项目(渝林科研2015-6);国家科技部国际合作专项(2015DFA90900);中央财政林业科技推广示范
项目(渝林科推[2014-10]).
作者简介:韩文娇(1990-),女,重庆万州人,硕士研究生,主要从事环境生态学的研究.
通信作者:李昌晓,教授,博士研究生导师.
植被的构建,促进库岸生态系统的修复.牛鞭草(Hemarthria altissima)为禾本科多年生草本植物,在湿地
环境中具有良好的存活率[6].目前,已有多数研究表明,牛鞭草可通过形态、光合和代谢过程的改变适应水
淹和干旱环境,从而表现出较强的耐淹性[7-9]和耐旱性[10-11].但仍然缺乏水淹和干旱胁迫对牛鞭草营养元
素质量分数影响的专门研究,尤其是牛鞭草在经历前期水淹后,面对紧接而至的干旱胁迫,其营养元素质
量分数如何变化还无从知晓.植物营养元素的正常吸收是维持植物在水淹或干旱胁迫下生长的基础条件之
一,在一定程度上能深入揭示植物种的适应特征,并充分反映植物与环境之间的相互关系[12].因此,本研
究通过模拟三峡库区消落带水位变化,探究前期水淹胁迫是否影响牛鞭草营养元素质量分数对后期干旱胁
迫的响应,为库区消落带植被修复提供参考.
1 材料与方法
1.1 材 料
试验于2014年6-10月在西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室实验基地(海拔249m)进行.
2014年5月于嘉陵江边采集自然生长的当年生牛鞭草(Hemarthria altissima).将采集回的牛鞭草植株剪
成长为10cm的茎段扦插于盆钵中(盆中央内径17cm,盆高20cm),每盆2株,共120盆(240株),盆内
供试土壤特征为pH 8.17,有机质34.73g/kg,全氮0.74g/kg,全磷0.79g/kg,全钾12.17g/kg,有效磷
2.47mg/kg,速效钾137.63mg/kg.所有植株进行相同水分及光照驯化后,2014年6月5日正式开展实
验,此时株高14.63±0.96cm.
1.2 试验设计
本试验共分为3个阶段,具体方式详见表1.阶段I(Phase I)为水淹阶段,包含对照组(control,CK),
土壤含水量保持在田间持水量的60%~63%[13];表土水淹组(soil-surface flooding,SF),水淹超过土壤表
面5cm;全淹组(total flooding,TF),TF组苗盆放入水池中,池水保持没过植株顶端1m[14].每组各40
盆,共120盆.处理48d后,每组随机选取4盆用于光合参数的测定,4盆用于牛鞭草营养元素质量分数的
测定,剩余96盆植株用于后续实验.
图1 牛鞭草在轻度干旱阶段(阶段II)清晨叶水势的变化
阶段II(Phase II)为干旱阶段,第一阶段结束后,
将CK,SF和TF组植株随机分为2个小组,一组继
续保持原有的水分处理,另一组为轻度干旱组(土壤
含水量保持在田间持水量的40%~50%[15]).因此,
第二阶段包含对照组(CK)、表土水淹组(SF)、全淹
组(TF)、对照-干旱组(control-drought,CD),表土
水淹-干旱组(soil-surface flooding-drought,SFD)和
全淹-干旱组(total flooding-drought,TFD)6个处理
组,每组16盆,共96盆.同时,为监测轻度干旱状
态,于清晨(6:00-7:00)测定牛鞭草成熟叶片的
叶水势(采用由美国 Wescor公司生产的露点水势仪Psypro进行测定),以清晨叶水势小于-0.5MPa为
达到轻度干旱的标准(图1).由于实验处于炎热的夏季,植株盆钵放水后,放置3d即可达到轻度干旱状
态.干旱处理36d后,每组随机选取4盆用于光合参数的测定,4盆用于牛鞭草营养元素质量分数的测
定,剩余48盆植株用于后续实验.
阶段III(Phase III)为复水阶段,将表土水淹组和全淹组植株从池中取出,所有处理组均恢复至常规供
水,30d后进行取样测试,见表1.
81 西南大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.edu.cn 第38卷
表1 试验设计
组 别
阶段Ⅰ
(1~48d)
阶段Ⅱ
(49~84d)
阶段Ⅲ
(85~114d)
CK组 常规供水(CK) 常规供水(CK) 常规供水
对照-干旱组(CD) 常规供水
S组 表土水淹组(SF) 表土水淹组(SF) 常规供水
表土水淹-干旱组(SFD) 常规供水
T组 全淹组(TF) 全淹组(TF) 常规供水
全淹-干旱组TFD 常规供水
1.3 植物养分质量分数的测定
将烘干植物样品粉碎、过筛后,采用微波消解仪(SpeedWave MWS-4)消解后测定各元素质量分数.全
N测定:采用CHNOS元素分析仪;P,K,Mn,Fe元素采用电感耦合等离子体质谱(ICP-OSE)法测定.每处
理重复测定4盆.
1.4 数据分析
用Excel 2010,SPSS 19.0进行数据整理及单因素方差分析(One-way ANOVA),以揭示不同水分处理
对牛鞭草营养元素质量分数的影响,并使用 Tukeys检验法检验每个指标在同一阶段不同处理组(p<
0.05)的差异显著性.
2 结 果
2.1 水淹对牛鞭草营养元素质量分数的影响(阶段I)
由图2可知,经48d水淹后,牛鞭草根中,SF和TF组N,P,K,Fe,Mn质量分数均高于CK组,其中,
SF组K,Fe质量分数和TF组N质量分数与CK相比差异无统计学意义.
茎中,SF和TF组P质量分数均显著低于CK组,分别显著降低45%(p<0.05)和46%(p<0.05),
而TF组K,Fe,Mn质量分数较CK组却显著增加,分别是CK组的1.6,3.5和3.6倍.此外,SF和TF组
茎的N质量分数与CK差异均无统计学意义.
与CK相比,SF和TF组的叶P,K质量分数均呈下降趋势,其中,SF组的叶P质量分数和TF组的叶
P,K质量分数分别显著降低41%(p<0.05),36%(p<0.05),61%(p<0.05).与叶P,K质量分数变化趋
势相反,牛鞭草SF组的叶片Fe,Mn质量分数显著升高,分别是CK组的1.5和3.5倍,TF组Fe,Mn质
量分数则与CK差异无统计学意义.
就牛鞭草单株各营养元素质量分数的总均值(表2)而言,牛鞭草SF和TF组的N,K元素质量分数与
CK差异无统计学意义,而P元素质量分数分别比CK组显著降低24%(p<0.05)和28%(p<0.05).与P
元素质量分数不同,SF和TF组的Fe,Mn质量分数均高于CK组,其中SF组Fe,Mn质量分数分别是CK
组的1.15和4.17倍,TF组Fe,Mn质量分数分别是CK组的1.73和5.59倍.
表2 阶段I牛鞭草植株营养元素质量分数变化
组 别
对照组
CK
表土水淹组
SF
全淹组
TF
N/% 0.63±0.02a 0.64±0.03a 0.63±0.01a
P/% 0.23±0.00a 0.17±0.02b 0.18±0.01b
K/% 1.69±0.06a 1.65±0.04a 1.53±0.04a
Fe/(mg·kg-1) 1 675.06±214.65b 1 932.46±146.96b 2 897.69±107.13a
Mn/(mg·kg-1) 34.07±3.46b 142.07±11.57a 190.33±24.28a
注:表中数据为4盆牛鞭草植株营养元素质量分数平均值±标准误(n=4),小写字母不同表示各指标在0.05水平上差
异有统计学意义.
91第10期 韩文娇,等:前期水淹对牛鞭草营养元素质量分数响应后期干旱胁迫的影响
图中小写字母不同表示各指标在0.05水平上差异有统计学意义.
图2 阶段I各处理组根、茎、叶营养元素质量分数变化
2.2 干旱对牛鞭草营养元素质量分数的影响(阶段II)
阶段II结束时,牛鞭草各处理组根N,P,K质量分数相较于CK组而言,差异均无统计学意义(TFD组
的根N质量分数除外).然而,各处理组的根Fe,Mn质量分数均高于CK组(其中,SFD组Fe质量分数和
CD组Fe,Mn质量分数与CK相比差异均无统计学意义).此外,CD和SFD组之间的根N,P,K,Fe质量分
数差异均无统计学意义(图3).
与CK相比,牛鞭草TFD组的茎N,K质量分数以及TF组的茎Fe,Mn质量分数均显著增加,而这与
TF组的茎P质量分数显著降低形成鲜明对比.此外,CD和SFD组间的茎N,P,K,Fe,Mn质量分数差异
均无统计学意义(图3).
02 西南大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.edu.cn 第38卷
与茎N,K质量分数结果类似,TFD组叶片N,K质量分数和SF组的Fe,Mn质量分数均显著高于CK
组.然而,SF组的叶P质量分数却显著降低40%(p<0.05),且其余各处理组的叶P质量分数与CK相比
差异均无统计学意义.另外,由图3可知,SFD组的叶P质量分数显著低于CD组,但Fe,Mn质量分数均
高于CD组(其中,Fe质量分数与CD组相比差异无统计学意义)(图3).
就牛鞭草单株各营养元素质量分数的总均值而言,牛鞭草SF组的N,P,K质量分数与CK相比差异均
无统计学意义.然而,TF组的N,P质量分数均显著低于CK组.此外,与CK相比,SF和TF组的Fe,Mn
质量分数均显著增加.干旱组(CD,SFD和TFD)的 K,Fe质量分数与CK相比差异均无统计学意义,但
TFD组的N,Mn质量分数以及SFD组的Mn质量分数均显著高于CK组.与CD组相比,SFD组的P质量
分数显著降低,而 Mn质量分数则显著升高(表3).
图中小写字母不同表示各指标在0.05水平上差异有统计学意义.TF组因叶片凋落未能测定叶片元素质量分数.
图3 阶段II不同处理组营养元素质量分数变化
12第10期 韩文娇,等:前期水淹对牛鞭草营养元素质量分数响应后期干旱胁迫的影响
表3 阶段II牛鞭草植株营养元素质量分数变化
处理组
对照组
CK
表土水淹组
SF
全淹组
TF
对照-干旱组
CD
表土水淹-干旱组
SFD
全淹-干旱组
TFD
N/% 0.69±0.02b 0.72±0.03b 0.32±0.03c 0.73±0.06b 0.69±0.05b 0.98±0.03a
P/% 0.20±0.01ab 0.19±0.01bc 0.10±0.00d 0.24±0.00a 0.15±0.01c 0.17±0.01bc
K/% 1.46±0.03bcd 1.31±0.06d 1.94±0.09a 1.67±0.09abc 1.42±0.09cd 1.80±0.07ab
Fe/(mg·kg-1) 1 932.70±428.43c3 222.52±390.67b5 541.25±443.10a2 071.11±100.55bc 1 808.21±47.72c2 813.37±253.30bc
Mn/(mg·kg-1) 37.44±1.94c 226.56±39.06a 307.19±51.82a 42.05±1.33c 73.20±7.37b 122.02±4.82a
注:表中数据为4盆牛鞭草植株营养元素质量分数平均值±标准误(n=4),小写字母不同表示各指标在0.05水平上差异有统计学意义.
2.3 复水对牛鞭草营养元素质量分数的影响(阶段III)
经30d恢复生长后,水淹组(SF和TF)的N,P质量分数均与CK相比无统计学意义,但其两组的K,
Fe,Mn质量分数与CK相比均呈增长趋势(其中,SF组K,Fe质量分数与CK相比差异无统计学意义).轻
度干旱组(CD,SFD和TFD)的N,P,K,Fe,Mn质量分数与CK相比差异无统计学意义(图4).
图中小写字母不同表示各指标在0.05水平上差异有统计学意义.
图4 阶段III不同处理组根、茎、叶营养元素质量分数变化
22 西南大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.edu.cn 第38卷
与CK相比,牛鞭草TF组茎中N,K,Mn质量分数分别增加32%(p<0.05),65%(p<0.05)和139%
(p<0.05);SF组茎 Mn质量分数显著增加248%(p<0.05),而P质量分数则显著降低49%(p<0.05).
干旱组(CD,SFD和TFD)的茎N,P,K,Fe,Mn质量分数与CK相比差异均无统计学意义(SFD组 Mn质量
分数除外)(图4).
牛鞭草叶片中,TF和CD组叶片N质量分数较CK组分别增加37%(p<0.05)和18%(p<0.05),而
SF组的叶P质量分数显著降低37%(p<0.05).此外,SF,TF,CD,SFD和TFD组的K,Fe,Mn质量分数
与CK相比差异均无统计学意义(图4).
就牛鞭草各营养元素平均每株的总均值(表4)而言,SF,TF,CD,SFD和TFD组的N,P,K,Fe元素质
量分数与CK相比差异均无统计学意义(SF和TF组的Fe元素质量分数除外),表明各处理组均达到与CK
组相一致的水平.此外,与CK相比,除SF组 Mn质量分数显著增加外,TF,CD,SFD和TFD组的 Mn质
量分数与CK差异均无统计学意义.
表4 阶段III牛鞭草植株营养元素质量分数变化
处理组
对照组
CK
表土水淹组
SF
全淹组
TF
对照-干旱组
CD
表土水淹-干旱组
SFD
全淹-干旱组
TFD
N/% 0.64±0.01a 0.62±0.02a 0.73±0.12a 0.70±0.02a 0.55±0.07a 0.68±0.02a
P/% 0.20±0.00a 0.15±0.04a 0.17±0.01a 0.21±0.01a 0.21±0.04a 0.19±0.01a
K/% 1.54±0.03b 1.65±0.09b 2.08±0.10a 1.44±0.06b 1.50±0.17b 1.62±0.04b
Fe/(mg·kg-1) 1 442.34±128.40c1 932.40±252.16ab 2 389.49±284.14a1 507.21±118.69c 1 589.40±53.12c1 821.72±201.86bc
Mn/(mg·kg-1) 37.73±1.80b 122.43±16.09a 74.07±8.01ab 37.86±2.99b 60.70±2.91ab 52.93±3.91ab
注:表中数据为4盆牛鞭草植株营养元素质量分数平均值±标准误(n=4),小写字母不同表示各指标在0.05水平上差异有统计学意义.
3 讨 论
3.1 水淹对牛鞭草营养元素的影响
正常的矿质元素吸收和运输是维持植物正常生长的必要条件之一.然而,在水淹环境中,氧气供应不
足,植物有氧呼吸逐渐向无氧呼吸转变,ATP合成减少,植物矿质元素的吸收及分配受到显著影响[16].本
试验第一阶段结束后,牛鞭草SF和TF组的叶片N,P,K质量分数均有不同程度的降低,但其根N,P,K,
Fe,Mn质量分数均升高,说明水淹影响了牛鞭草营养元素的吸收及分配.Lizaso等[17]对玉米的研究发现,
水淹6d后,玉米地上部分N,P,K等质量分数均显著降低,本研究结果与之基本一致.有研究表明,水淹
条件下,植物根N质量分数增加,而叶N质量分数降低与植物硝酸盐(NO3-)的吸收能力和蒸腾速率降低
相关,因NO3-吸收能力和蒸腾速率的降低可导致植物矿质元素主动吸收过程受限,进而导致叶片N质量
分数的减少[18].然而,在本研究中,Ⅰ,Ⅱ阶段结束后,SF和TF组的根N质量分数虽高于CK组,但叶N
质量分数并未显著下降(其质量分数与CK差异无统计学意义),这可能是牛鞭草对水淹胁迫适应性的表
现,说明牛鞭草根系具有较强的N富集能力,可将N优先供给茎、叶,促进植株光合作用,进而增加植物
对水淹胁迫的适应能力[12].
Pierce等[19]对李氏禾(Leersia oryzoides)的研究发现,水淹导致李氏禾根P质量分数增加.本研究中,
第Ⅰ阶段末,牛鞭草SF和TF组根P质量分数均显著升高,与对李氏禾(Leersia oryzoides)的研究结果一
致,其原因可能是水淹后,土壤中难溶的磷酸盐复合物被分解,土壤中P有效性的升高促进了牛鞭草对P
的吸收;也有可能是水淹后,牛鞭草根系形态的改变以及牛鞭草单位根生物量对P吸收能力的提高促进了
植物对P的吸收,进而导致牛鞭草根P质量分数显著增加[18,20].然而,第Ⅱ阶段末,牛鞭草TF组根P质
量分数呈下降趋势,推测原因可能是由于随着水淹时间的延长,植物根系功能进一步受损,进而导致TF
组根P质量分数下降.与根P质量分数变化趋势不同,第Ⅰ,Ⅱ阶段SF和TF组的茎、叶P质量分数均低
32第10期 韩文娇,等:前期水淹对牛鞭草营养元素质量分数响应后期干旱胁迫的影响
于CK组,说明水淹抑制了牛鞭草P向上运输的能力.与P元素有所不同,K具有维持细胞膨压、调节气孔
开闭等作用[21-22].在本研究中,第Ⅰ,Ⅱ阶段SF组的根、茎、叶K质量分数与CK相比差异均无统计学意
义,说明表土水淹没有影响K在牛鞭草根、茎、叶中的分配.然而,与SF组不同,第Ⅰ,Ⅱ阶段末牛鞭草
TF组的根、茎K质量分数显著增加,叶K质量分数显著降低,这可能与根系对K+/Na+吸收选择性相关,
水淹条件下,牛鞭草对K+/Na+的选择性吸收下降,进而导致Na+吸收率升高,K+向上运输能力降低[23].
水淹后,土壤氧化还原电位的降低可导致土壤中可溶性二价Fe2+,Mn4+离子质量分数显著增加[24].有
研究表明,Mn是多种酶的催化剂,与氧的释放有关,Fe是植物光合电子传递过程的重要成分[25-27].然而,
过量的Fe,Mn质量分数可引起植物细胞产生毒害效应,根系功能受损,活性氧(ROS)增加,光合速率下
降[25,28].本研究中,牛鞭草SF组的根、叶Fe,Mn质量分数均显著高于对照,说明表土水淹可能促进了
ROS的产生,进而促进了牛鞭草光合作用的降低.TF组根Fe,Mn质量分数与SF组类似,然而,与SF组
不同的是TF组茎Fe,Mn质量分数显著高于CK和SF组,叶Fe,Mn质量分数与CK差异无统计学意义
(其中,第Ⅱ阶段TF组无叶片),这可能与TF组根Fe,Mn元素向茎部迁移相关.
3.2 干旱对牛鞭草营养元素的影响
一般而言,干旱可干扰植物养分吸收,抑制植物生长[29].第Ⅱ阶段末,牛鞭草CD和SFD组的根、茎、
叶N质量分数与CK差异无统计学意义,这可能与牛鞭草增强对干旱胁迫的适应性有关.N是蛋白质、核
酸、叶绿素和各种酶的组成成分[22,30],轻度干旱条件下,牛鞭草维持与CK组同样水平的N质量分数,有
利于植株维持正常水平的叶绿素质量分数以及各种酶活性,从而维持牛鞭草生长.此外,CD和SFD组两
组的根、茎、叶N质量分数差异均无统计学意义,说明前期水淹并未影响牛鞭草N质量分数对后期干旱的
响应.与CD和SFD组不同,TFD组的根、茎、叶N质量分数显著高于CK,CD和SFD组.有研究表明,植
物全淹出露后,植物净光合速率能快速恢复至对照水平或显著高于对照[31-32].本试验前期研究发现,牛鞭
草净光合速率与叶N质量分数变化趋势类似,TFD组牛鞭草净光合速率高于CK,CD和SFD组(数据未列
出),说明全淹出露后,充足的氧气及光照条件促进了牛鞭草对N的吸收和转运,提高植株叶N质量分数,
加快植物光合同化能力,促进其生长,进而也进一步反映出前期水淹并未增加牛鞭草植株N质量分数对后
期干旱胁迫的敏感性.
Turner等[33]指出,植物遭受干旱胁迫时,缺P是植物最早的特征之一.缺P将导致植物光合作用、叶
面积、叶片数量下降,而适宜的P质量分数在一定程度上能提高根系的导水能力以及植物对干旱胁迫的耐
受力[34-35].此外,植物细胞液中含有能构成缓冲体系的磷酸盐,在一定程度上能维持细胞的渗透势[30].第
Ⅱ阶段末,牛鞭草CD,SFD和TFD组的根、茎、叶P质量分数与CK差异均无统计学意义,与靳军英等[10]
的研究结果类似,说明轻度干旱条件下,牛鞭草维持正常水平的P质量分数有利于促进根系导水率,从而
提高牛鞭草的抗旱水平.然而,本研究发现,CD组地上部分的P质量分数均高于SFD和TFD组,推测其
原因可能是牛鞭草从水淹环境直接进入干旱环境,植株营养元素P向上运输的能力持续降低导致SFD和
TFD组地上部分的P质量分数进一步降低,从而反映出前期水淹影响了牛鞭草地上部分在后期干旱胁迫
下P元素的积累.有研究表明,在干旱胁迫条件下,植物可通过维持或增加体内K质量分数提高渗透调节
能力和细胞保水能力,进而增强其抗旱性[36-37].本研究中,CD和SFD组的根、茎、叶K质量分数变化趋
势同N质量分数类似,说明轻度干旱胁迫下,牛鞭草通过维持正常水平的K质量分数,能确保其细胞对水
分的吸收及细胞原生质的保水能力,增强植株抗旱能力[10].此外,干旱阶段结束后,牛鞭草CD组的根、
茎、叶Fe,Mn质量分数与CK差异无统计学意义,说明牛鞭草Fe,Mn吸收对干旱胁迫的响应也不明显.然
而,与CD组不同,牛鞭草SFD和TFD组的根Fe,Mn质量分数均高于CK和CD组,说明前期水淹促进
了牛鞭草根部在后期干旱胁迫下Fe,Mn元素质量分数的增加.
3.3 复水对牛鞭草营养元素的影响
水分胁迫去除后,物种生理、代谢等过程的恢复与胁迫时间及强度有关[38-40],恢复速率越快,物种胁
42 西南大学学报(自然科学版) http://xbbjb.swu.edu.cn 第38卷
迫耐受力越强.本研究中,牛鞭草干旱组(CD,SFD和TFD)的N,P,K,Fe和 Mn元素质量分数与CK相比
差异均无统计学意义,表明牛鞭草能快速恢复对矿质元素的吸收能力,促进其生长,表现出对干旱胁迫的
良好适应性.
水淹胁迫去除后,全淹组(TF)在复水3d后开始产生新芽,且复水30d后,TF组茎、叶N,K质量分
数均显著高于CK组,说明牛鞭草通过提高地上部分N,K质量分数,促进植株快速恢复生长.此外,复水
30d后,SF和TF组的根Fe,Mn质量分数虽高于CK组,但与第Ⅱ阶段相比,其Fe,Mn质量分数均有所
降低,表明牛鞭草在一定程度上具有较高的恢复能力.
4 结 论
研究发现,水淹和干旱胁迫均对牛鞭草营养元素质量分数造成影响,但牛鞭草可调节其营养元素在
根、茎、叶之间的合理分配以维持或促进牛鞭草的生长,从而表现出较强的水淹和干旱胁迫耐受性.此外,
复水阶段牛鞭草对营养元素吸收的快速恢复能力,也表明牛鞭草具有较强的胁迫耐受能力,因此可将牛鞭
草考虑作为库区消落带植被修复的物种之一.
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Effects of Flooding on Responses of Nutrient Content
of Hemarthria Altissimato Drought
HAN Wen-jiao, LI Chang-xiao, WANG Chao-ying,
YAN Jiang-wei, CUI Zhen
Key Laboratory of Eco-Environment of Three Gorges Reservoir Region,Ministry of Education,Chongqing,
Key Laboratory of Plant Ecology and Resources Reseach for Three Gorges Reservoir Region,
School of Life Sciences,Southwest University,Chongqing 400715,China
Abstract:Nutrient contents of Hemarthria altissima were analyzed to study the response of these plants
to drought folowing flooding.Six groups were imposed,including control(CK),surface flooding(SF)
and total flooding (TF),control-drought(CD),surface flooding-drought(SFD)and total flooding-
drought(TFD).Results showed that root nutrient composition(N,P,K,Fe,Mn)was significantly
higher than that in wel water-drained control;leaf Fe,Mn concentrations of H.altissima were also high-
er in the SF and TF groups;but the contents of P and K in leaves were significantly lower than that of CK
group after the end of Phase I and Phase II.Under drought stress,root,stem and leaf N,P,K,Fe level
in groups CD and SFD showed no significant differences when compared to the control after the end of
phase II.Whereas in TF and TFD,the root,stem and leaf nutrient composition(N,K,Fe,Mn)were
significantly increased as compared to other treatment groups.In additional,the root,stem and leaf nutri-
ent composition(N,K,Fe)of SFD group showed no significant differences to the CD group,but the P
content was significantly lower than that in the CD group and the Mn content was significantly higher than
that in the CD group.By the end of recovery period,root K,Fe,Mn concentrations in TF were signifi-
cantly higher than that in the control group;leaf N,K concentrations in TF was similar to the contents of
K,Fe,Mn in root.However,compared to CK,root,stem and leaf nutrient composition(N,P,K,Fe,
Mn)in drought groups(CD,SFD and TFD)showed no significant difference to that in the control group.
The above results indicated that previous flooding had no detectable effect on subsequent sensitivity of H.
altissimato drought,and H.altissima could be a candidate species in re-vegetation of the Three Gorges
Reservoir Area(TGRA)for its adaption to flooding and drought stress.
Key words:The Three Gorges Reservoir Area;flooding;drought;Hemarthria altissima;nutrient con-
tent
责任编辑 周仁惠
72第10期 韩文娇,等:前期水淹对牛鞭草营养元素质量分数响应后期干旱胁迫的影响