百花湖消落带常见植物氮磷钾营养元素含量分布特征研究

第33卷第4期2013年4月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.33,No.4Apr.,2013基金项目:贵阳市重大科技专项(No.[2010]5-03);国家重点基础研究发展计划项目(No.2012CB426506);贵州省科技厅社发攻关项目(黔科合SY字[2012]3013号)SupportedbytheMajorScienceandTechnologyProjectsofGuiyangCity(No.[2010]5-03),theNaitonalBascicResearchProgramofChina(No.2012CB426506)andtheBrainstormProjectonSocialDevelopmentbyDepartmentofScienceandTechnologyofGuizhouProvince([2012]3013)作者简介:李小峰(1987—),男,E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者),E-mail:[e-mail]:LIXiaofeng(1987—),male,E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor,E-mail:[e-mail]李小峰,李秋华,秦好丽,等.2013.百花湖消落带常见植物氮磷钾营养元素含量分布特征研究[J].环境科学学报,33(4):1089-1097LiXF,LiQH,QinHL,etal.2013.DistributioncharacteristicsofN,PandKcontentsin30commonplantsfromthehydro-fluctuationbeltofBaihuaReservoir[J].ActaScientiaeCircumstantiae,33(4):1089-1097百花湖消落带常见植物氮磷钾营养元素含量分布特征研究李小峰1,2,李秋华2,∗,秦好丽1,陈峰峰2,刘送平2,3,高廷进1,2,欧腾21.贵州师范大学化学与材料科学学院,贵阳5500012.贵州师范大学贵州省山地环境信息系统和生态环境保护重点实验室,贵阳5500013.贵州师范大学生命科学学院,贵阳550001收稿日期:2012-06-29　　　修回日期:2012-09-18　　　录用日期:2012-09-29摘要:于2011年9月在百花湖消落区进行随机采集,选取常见的30种百花湖消落带植物,如狗牙根(Cynodondactylon)、牛鞭草(Hemarthriaaltissima)、白花三叶草(Trifoliumrepens)、喜旱莲子草(Alternantheraphiloxeroides)、鬼针草(Bidenspilosa)、菖蒲(AcuroscalamuLinn)等为研究对象,对其根、茎、叶中氮磷钾营养元素的分布进行比较研究.结果表明:大多数植物根、茎、叶中N、P、K含量表现出一致性,即KNP,并且N、P、K相互之间呈现出显著的正相关关系,这与该地区土壤中N、P、K的含量有着显著的关系.在同一植物不同器官中N、P、K的含量也表现出一致性,即叶茎根,并且根、茎、叶中的含量相互之间也呈现出现显著的正相关关系.消落区植物总体根、茎、叶的营养状况分别为低、中、高,并且地上部分的营养元素占整株植物总营养元素的平均值为80%以上.因此,收割地上部分的茎和叶,即可达到对土壤中N、P较好的处理效果.禾本科、蓼科及菊科植物中营养元素含量较低,又具有一定的耐水淹性,适宜在消落区水淹时间较长且土壤中N、P营养元素含量较低的这种特殊环境下生长.该研究揭示了百花湖消落区常见植物的营养状况,以及有助于筛选出适合消落区生长的植物,对控制水体富营养化和研究消落区生态系统的完整性有着重要的意义.关键词:植物;消落带;氮、磷、钾;水库文章编号:0253-2468(2013)04-1089-09　　　中图分类号:X171　　　文献标识码:ADistributioncharacteristicsofN,PandKcontentsin30commonplantsfromthehydro-fluctuationbeltofBaihuaReservoirLIXiaofeng1,2,LIQiuhua2,∗,QINHaoli1,CHENFengfeng2,LIUSongping2,3,GAOTingjin1,2,OUTeng21.InstituteofChemistyandMaterialsScience,GuizhouNormalUniversity,Guiyang5500012.KeyLaboratoryforInformationSystemofMountainousAreaandProtectionofEcologicalEnvironmentofGuizhouProvince,GuizhouNormalUniversity,Guiyang5500013.SchoolofLifeSciences,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550001Received29June2012;　　　receivedinrevisedform18September2012;　　　accepted29September2012Abstract:TostudythedistributioncharacteristicsofN,PandKcontentsofplantsgrowninthehydro-fluctuationbeltofBaihuaReservoir,30commonplantssuchasCynodondactylon,Hemarthriaaltissima,Trifoliumrepens,Alternantheraphiloxeroides,Bidenspilosa,Acuroscalamus,etc.,wererandomlycollectedfromthehydro-fluctuationbeltofBaihuaReservoirinSeptember,2011.Theplantroots,stemsandleaveswereseparatedforeachspeciesinordertomakeacomparativestudyonthedistributionsofN,KandPnutrientelements.Resultsshowedthat①ThecontentsofN,PandKinmostplantroots,stemsandleavesshowedconsistencyofKNPandtheymutuallyexhibitedsignificantpositivecorrelations,whichwasresultedfromthecontentsofN,PandKinthesoiloftheregion;②Inthedifferentorgansofthesameplant,thecontentsofN,PandKalsoshowedconsistencythat环　　境　　科　　学　　学　　报33卷leafstemrootwithsignificantpositivecorrelationsaswell;③Ingeneral,thenutritionconditionsinroots,stemsandleaveswerelow,middleandhigh,respectively,inthehydro-fluctuationbeltofBaihuaLake.Inaddition,overgroundpartsofthenutritionalstatusaccountingforthetotalnutritionofthewholeplantsweremorethan80%onaverage.Therefore,harvestingtheovergroundpartsofstemsandleavescouldwellachieveNandPtreatmentinthesoil;and④ThenutrientcontentsofGramineae,PolygonaceaeandCompositaewerelow.Meanwhile,theseplantsalsohadacertainresistancetoflooding,sotheyweresuitableforgrowinginthehydro-fluctuationbeltofthespecialenvironment.Byrevealingthenutrientstatusofplantsandidentifyingsuitableplantsforhydro-fluctuationbelt,thisstudyshowedgreatsignificanceoncontrollingeutrophicationandmaintainingtheintegrityoftheecosysteminthehydro-fluctuationbeltofBaihuaLake.Keywords:plants;hydro-fluctuationbelt;N,P,K;reservoir1　引言(Introduction)水体富营养化是重要的水环境问题,而水体中过高的N、P浓度是引起水体富营养化的主要原因(金相灿等,1995).消落带因其特殊的地理条件而具有十分独特的地理位置和功能特征,是水体与陆地的交界面,物质交换比较频繁,同时也是带上陆地系统与带下水生系统之间的过渡性生态系统,起着承上启下的关键作用,在将上下两个截然不同的生态系统隔离开的同时,又成为二者的联系纽带(黄惊鸿,1994).由于库区水位周期性涨落的影响,水库消落带将成为库区生态系统中能量、物质转运与转化的活跃地带,对外界变化的响应相当敏感,具有生态脆弱性和不稳定性特征,对灾害的承受限度低(苏维词等,2003).作为库区水域与周边环境系统之间的过渡地区,水库消落带经受着来自陆地、水体和社会等方面的交叉干扰,一旦这种干扰强度超过了系统的忍受阀值,将导致水库消落带功能系统的紊乱或者破坏,进而给水库功能的正常运行带来严重的负面影响,而且一般水库消落带生态系统中具有典型的湿地生态系统(王学雷等,2004).目前,国内外主要的采用的水体富营养化修复技术有人工湿地、生态浮床、梯级库技术等,在这些修复工程中植物是不可或缺的重要组成部分(曾昭朝等,2010).但大部分的国内外研究都是侧重于植物生长对水体或土壤中N、P、K的直接吸收作用(尤其是N、P的吸收),从而对水体富营养化进行控制(贺宏志等,2011).很少有关植物对消落区土壤处于周期性淹水和未淹条件下土壤中N、P、K的吸收及消落区的植物的营养状况进行研究.因此,本文通过对百花湖(水库)消落区植物中氮磷钾营养元素含量的分布特征进行研究,以了解该区域内植物的营养状况,筛选出不同类型的植物适应不同基质消落带区的生态修复及水体富营养化的控制,同时也可结合消落区的生物量,估算出一年中N、P在百花湖消落区植物体内的储量,从而对百花湖库区N、P在水-土壤-植物体系中的循环过程有着更系统的研究.2　研究地区和方法(Researchareasandmethods)2.1　研究区的状况百花湖(水库)地处贵州高原中部(106°27′~106°34′E,26°35′~26°42′N),湖泊流域面积1895km2,水面面积14.5km2,湖泊补给系数为182.2,最大水深为45m,平均水深10.8m,湖水滞留时间为0.102a,湖泊长度18km,平均宽度为0.8km.该湖是猫跳河梯级电站第二级蓄水库,建于1966年.百花湖消落区为百花湖流域内岩溶作用发育,石灰土与黄壤分布,属亚热带湿润季风气候,四季温差不大,雨量充沛,多年平均气温