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滇西北藜麦氮磷钾生态化学计量特征的物候期动态
李兆光, 文高, 和桂青, 徐天才, 和琼姬, 侯志江, 李燕, 薛润光
植物生态学报    2023, 47 (5): 724-732.   DOI: 10.17521/cjpe.2021.0226
摘要   (412 HTML225 PDF(pc) (1173KB)(571)  

氮(N)、磷(P)、钾(K)是植物生长发育的关键元素, 探明N、P、K生态化学计量特征的物候期动态有助于更好地理解植物生长过程中养分限制、资源吸收利用及生物量分配等生理生态过程。该研究以滇西北地区大田栽培藜麦(Chenopodium quinoa)为研究对象, 采用田间观测、取样和室内实验相结合的方法, 分析了藜麦根、茎、叶片和穗N、P、K含量及其计量比在生长显穗期、开花期、灌浆期和成熟期之间的差异, 及与各器官生物量分配比的相关性。结果显示: (1)藜麦根、茎、叶片、穗N含量分别为9.28、12.22、33.68、31.28 mg·g-1, P含量为2.64、3.71、4.98、5.68 mg·g-1, K含量为25.63、43.80、74.08、56.73 mg·g-1, N:P为4.66、4.20、7.37、5.70, N:K为0.39、0.31、0.46、0.62, K:P为13.77、14.31、16.82、9.79。(2)藜麦根、茎、穗N、P、K含量及叶片N、P含量均随物候期的推移显著下降, 体现出明显的物候期稀释效应。相反, 藜麦叶片K含量随着生长进程显著升高, 可能表明干旱胁迫下藜麦极强的抗旱机制。藜麦根和茎中N、P、K分配比及生物量分配比相对稳定, 而叶片中分配比均在开花期最高而后显著下降, 穗中分配比随物候期推移显著上升并在成熟期达到最高值, 表明藜麦开花期叶片和穗发生关键的资源分配调节, 进入灌浆期营养元素逐渐向穗中转移, 生物量显著提高。(3)变异来源分析表明, 器官对藜麦N、K含量及N:P变异的贡献大于物候期变化, 而物候期对藜麦P含量变化的贡献大于器官间的差异。(4)藜麦各器官间N、P、K分配比和生物量分配比存在紧密耦合, 具体为藜麦根和叶片生物量分配比与根和叶片N、P、K分配比均呈显著正相关关系, 与穗N、P、K分配比呈显著负相关关系; 穗生物量分配比仅与穗N、P、K分配比呈显著正相关关系, 与根和叶片N、P、K分配比均呈显著负相关关系。


因素 Factor 项目 Item df F p
器官 Organ N 3 305.65 <0.001
P 3 25.04 <0.001
K 3 89.91 <0.001
N:P 3 9.08 <0.001
N:K 3 14.78 <0.001
K:P 3 2.39 0.09
物候期
Phenological stage
N 3 24.44 <0.001
P 3 39.93 <0.001
K 3 23.15 <0.001
N:P 3 7.45 <0.001
N:K 3 1.50 0.23
K:P 3 2.39 0.09
交互作用 Interaction N 9 3.55 <0.001
P 9 1.14 0.36
K 9 12.21 <0.001
N:P 9 2.04 0.07
N:K 9 3.62 <0.001
K:P 9 1.82 0.10
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表2 藜麦氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及其比值的变异来源分析
正文中引用本图/表的段落
藜麦(Chenopodium quinoa)是藜科藜属一年生草本植物, 原产于南美洲安第斯高原地区, 是当地印加人的传统食物和本土作物, 已有超过5 000年的栽培历史(Gómez-Caravaca et al., 2012)。藜麦富含蛋白质、赖氨酸、不饱和脂肪酸、维生素和矿质元素等营养成分, 被称为“全营养食品” (任永峰, 2018)。藜麦在高寒、干旱、贫瘠、盐碱等生境中表现出良好的适应性(魏玉明等, 2018), 因而在优化单一作物种植地区的种质多样性, 以及提高退化农田土壤修复功能方面具有可观的应用前景(Sadaqat et al., 2020)。当前, 国内外研究者主要从藜麦品种选育、生物学特性、营养价值品质以及规范化种植技术方面开展了相关工作(杨发荣等, 2017; Tan & Temel, 2018)。在高寒生态系统中, 从生态化学计量学角度揭示藜麦生态适应机制, 物候期养分资源分配策略以及养分限制特性等相关研究尚鲜有报道(刘敏国等, 2018)。基于此, 本研究以滇西北地区大田栽培藜麦为研究对象, 通过分析各器官间的元素变化特征, 旨在解决以下问题: (1)藜麦器官N、P、K含量及其计量比表现出怎样的物候期变化规律? (2)藜麦器官N、P、K分配和生物量分配之间是否具有耦合关系? 以期为深入理解高寒生境下藜麦生态适应性并科学指导藜麦种植提供理论依据。
总体而言, 显穗期、开花期和灌浆期N:P表现为根、茎低于叶片、穗。显穗期叶片N:K显著高于其他部位, 而灌浆期和成熟期穗N:K均显著高于其他部位。显穗期根K:P显著低于其他部位, 灌浆期叶片K:P显著高于根, 而成熟期穗K:P显著低于其他部位(图2)。
根据器官和物候期对藜麦N、P、K含量及其比值的变异来源分析可知, 藜麦N、K含量主要受器官的影响, 其次为物候期, 最后为器官与物候期二者的交互作用, 且三者对藜麦N、K含量的影响均达到极显著水平; 藜麦P含量主要受物候期的极显著影响, 不同器官对P含量的影响也达到极显著水平; 藜麦N:P主要受器官差异的极显著影响, 物候期对N:P的影响也达到极显著水平; 藜麦N:K的变异受器官差异、器官与物候期二者交互作用的极显著影响。由此可见, 器官对藜麦N、K含量、N:P变异的贡献大于物候期变化, 而物候期对藜麦P含量变化的贡献大于器官间的差异(表2)。
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