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不同生育时期鸭茅22种化学元素含量的动态特征

已有 2136 次阅读 2018-8-30 09:16 |个人分类:植物化学元素生态|系统分类:论文交流| 鸭茅, 化学元素, 含量, 动态

  

不同生育时期鸭茅22种化学元素含量的动态特征

 

杜占池 钟华平

(中国科学院地理科学与资源研究所)

 

植物在各个生长时期,不仅对化学元素的需求有异,而且生态条件在不断变化,所以其元素含量水平必然有所不同。为此,我们在我国亚热带中高山地区,以当地的主要牧草之一鸭茅为材料,进行了这项研究,以加深对其生物学特性的认识,并对其合理管理和利用提供科学依据。

1.条件和方法

1.1.自然条件

研究地点位于重庆市巫溪县红池坝地区,海拔高度约1800m。该地区气候温凉湿润,日照较少。年平均气温7.20C,年降水量2024.7mm,年相对湿度84%,年日照时数1224.3小时。土壤母质以石灰岩和砂岩为主。土壤为山地黄棕壤,pH值约5.7,田间持水量通常约35%。

1.2.材料与方法

实验地设在山间盆地。人工草地为2年生,鸭茅(Dactylis  glomerata)为红三叶( Trifolium pratense )人工草地的伴生种。在生长期内,采集鸭茅样品7次,依次为苗期(4月初)、分蘖期(5月初)、孕穗期(5月下旬)、开花期(6月中旬、结实初期(6月底)、结实中期(7月下旬)和结实末期(8月下旬)。

每次采样后,地上部除去杂质;地下部用水反复冲洗干净,之后在65℃下烘干,粉碎;带回化学实验室进行分析,方法分别为:全N用高氯酸—硫酸硝化法,Mo用极谱催化波法;其他20种元素,即常量营养元素N、Ca、P、K、Mg,微量营养元素Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo,有益元素Na、Sr、Ni、V、Co,其他元素Al、Ba、Ti、Cr、Li、Pb,均用ICP发射光谱法。元素含量单位用g/kg或mg/kg表示。

2.研究结果

2.1.不同生长时期鸭茅地上部22种化学元素含量的变化特征

2.1.1.地上部常量营养元素含量的变化特征

图1和表1的结果显示,在生长期间,鸭茅地上部常量营养元素含量变化的类型,N为渐降型(\型),K为单谷型(∪型),P、Mg为谷-峰型(и型),Ca波状变动型。N、Ca、P含量的最高值均出现于苗期,最低值均出现于结实末期;Mg最高值亦出现于苗期,但最低值出现于结实初期;K最高值出现于结实末期,最低值出现于孕穗期。其含量平均值,以N最高,K次之,Mg最低。其变异系数均低于60%,其中N最大,P最小。


          

图1.不同生长时期鸭茅地上部常量营养元素含量的变化

横坐标的数字表示(下同):1.苗期,2.分枝期,

3现蕾期,4.开花期,5.结实初期,6.结实中期,7.结实末期


       表1.鸭茅地上部常量营养元素含量在生长期间的量值及其变异系数


N

Ca

P

K

Mg

最大值(g/kg)

52.1

4.25

6.15

21.6

2.36

最小值(g/kg)

11.4

1.74

4.23

10.5

1.14

平均值(g/kg)

23.0

3.14

4.83

15.6

1.49

变异系数(%)

56.0

24.5

13.1

26.2

27.0

 

2.1.2.地上部微量营养元素含量的变化特征

如图2和表2所示,在生长期间,鸭茅地上部微量营养元素含量的变化类型,Mn单峰型(∧型),Zn为单谷型(∪型),Cu、B为双峰型(M型),Fe为突降-平稳型(L型),Mo为平稳-突升型。其最大值,Fe、Zn见于苗期,Cu、B见于孕穗期,Mn见于结实中期,Mo见于结实末期;其最小值,Mn在苗期,Mo在孕穗期,Fe、Zn、B在开花期,Cu在结实末期。其平均值,以Mn最高,Fe次之,Mo最低。其变异系数均小于140%,其中Mo最大,Mn最小。

 

         

         

2.不同生长时期鸭茅地上部微量营养元素含量的变化

 

        表2.鸭茅地上部微量营养元素含量在生长期间的量值及其变异系数


Fe

Mn

Cu

Zn

B

Mo

最大值(g/kg)

962

600

25.4

60.0

6.35

0.848

最小值(g/kg)

86

295

8.96

25.5

2.68

0.0314

平均值(g/kg)

284

430

17.1

37.0

4.20

0.226

变异系数(%)

105

24.5

32.1

28.6

27.5

136

 

2.1.3.地上部有益元素含量的变化特征

由图3和表3可见,生长期间,鸭茅地上部有益元素含量的变化类型,Na为单谷型(∪型),Ni、V为谷-峰型(и型),Sr波状渐降型,Co为大幅变动型。其最大值,Sr、Ni、V出现于苗期,Co出现于结实中期,Na出现于结实末期;其最小值,Na在孕穗期,Ni、V、Co在开花期,Sr在结实末期。其含量平均值,以Na最大,Co最小。其变异系数均低于100%,其中Co最大,Ni最小。

            

         

3.不同生长时期鸭茅地上部有益元素含量的变化

 

       表3.鸭茅地上部有益元素含量在生长期间的量值及其变异系数


Na

Sr

Ni

V

Co

最大值(g/kg)

108

11.3

6.72

2.21

0.769

最小值(g/kg)

28.9

5.23

3.11

0.248

0.0350

平均值(g/kg)

69.7

7.48

4.42

0.930

0.313

变异系数(%)

40.8

27.8

26.5

66.9

92.5

 

2.1.4.地上部其他元素含量的变化特征

从图4和表4可以看出,生长期间,鸭茅地上部其他元素含量的变化类型,Pb单谷型(∪型),Cr、Li为谷-峰型(и型),Al、Ba、Ti均为突降-平稳型(L型)。其含量,Al、Ba、Ti、Li的最高值均出现于苗期,最低值均出现于开花期;Cr的最高与最低值分别出现于结实中期和开花期,Pb分别见于结实末期和孕穗期。其含量平均值,以Al最高,Li最低。其变异系数均小于140%,其中Al最大,Cr最小。 


           

4.不同生长时期鸭茅地上部其他元素含量的变化

 

           表4.鸭茅地上部其他元素含量在生长期间的量值及其变异系数


Al

Ba

Ti

Cr

Li

Pb

最大值(g/kg)

965

17.2

13.3

6.98

0.646

3.99

最小值(g/kg)

39.1

6.89

0.562

3.32

0.026

0.0714

平均值(g/kg)

243

10.3

3.41

4.92

0.229

1.32

变异系数(%)

132

41.6

127

23.8

89.3

126

 

2.2.不同生长时期鸭茅地下部22种化学元素含量的变化特征

2.2.1.地下部常量营养元素含量的变化特征

图5和表5显示,生长期间,鸭茅地下部常量营养元素含量的变化类型各不相同:K为单峰型(∧型),Mg为峰值平坦型(⌒型),Ca谷-峰型(и型),P为平稳型,N为波状变动型。其最大值出现的时期,Ca为苗期,K为分蘖期,N、Mg为结实初期,P为结实末期;最小值出现的时期,N、K为苗期,Ca为分蘖期,P为结实中期,Mg为结实末期。其含量平均值,以N最高,以Mg最低。其变异系数均小于25%,其中K最大,P最小,仅2.9%。

            

   

5.不同生长时期鸭茅地下部常量营养元素含量的变化

 

     表5.鸭茅地下部常量量营养元素含量在生长期间的量值及其变异系数


N

Ca

P

K

Mg

最大值(g/kg)

13.5

8.37

1.91

6.69

1.54

最小值(g/kg)

8.2

5.55

1.73

2.71

1.27

平均值(g/kg)

12.1

7.20

1.81

5.18

1.40

变异系数(%)

14.1

13.9

2.9

24.3

7.9

 

2.2.2.地下部微量营养元素含量的变化特征

图6和表6显示,生长期间,鸭茅地下部微量营养元素含量的变化类型,Mn为峰值平坦型(⌒型),Cu、Zn为双谷型(W型),B为峰-谷型(N型),Mo为平缓渐升型,Fe为波状变动型。其最高值,Zn、B分别出现于苗期和分蘖期,Fe、Mn分别出现于结实初期和中期,Cu、Mo出现于结实末期;其最低值,Mn、Cu、Mo、Fe依次出现于苗期、孕穗期、开花期和结实末期,Zn、B出现于结实中期。其平均值,以Fe最高,Mo最低;变异系数均低于50%,其中B最大,Mo最小。


         

        

6.不同生长时期鸭茅地下部微量营养元素含量的变化

  

         表6.鸭茅地下部微量营养元素含量在生长期间的量值及其变异系数


Fe

Mn

Cu

Zn

B

Mo

最大值(mg/kg)

5539

478

52.6

146

5.44

0.0436

最小值(mg/kg)

3092

326

35.0

63.2

0.981

0.0349

平均值(mg/kg)

4766

436

42.2

86.2

3.2

0.0374

变异系数(%)

15.5

11.2

15.0

30.8

49.3

8.2

 

2.2.3.地下部有益元素含量的变化特征

图7和表7显示,生长期间,鸭茅地下部有益元素含量的变动类型,Ni、Co为双峰型(M型),Na为峰-谷型(N型),Sr为谷-峰型(и型),V为波状渐降型。其最高值,Sr、V见于苗期,Ni、Co见于孕穗期,Na见于结实末期;最低值,Na为苗期,Ni为分蘖期,Sr、V、Co见于结实末期。其含量平均值,以Na最高,Co最低;变异系数均低

于40%,其中以Na最高,以Ni、Co为低。


            

         

7.不同生长时期鸭茅地下部有益元素含量的变化

 

      表7.鸭茅地下部有益元素含量在生长期间的量值及其变异系数


Na

Sr

Ni

V

Co

最大值(mg/kg)

403

36.5

13.4

9.75

4.07

最小值(mg/kg)

117

19.2

10.5

5.34

3.09

平均值(mg/kg)

257

26.7

11.7

8.26

3.43

变异系数(%)

34.6

19.5

9.6

17.1

9.7

 

2.2.4.地下部其他元素含量的变化特征

图8和表8显示,生长期间,鸭茅地下部其他元素含量的变动类型,Al、Ti、Li为波动渐降型,Cr为双峰型(M型),Ba为双谷型(W型),Pb为大幅变动型。其最大值,Al、Ba、Li、Pb均出现于苗期,Cr、Ti分别出现于分蘖期和孕穗期;最小值,除Ba出现于结实中期外,其余5种元素均出现于结实末期。其含量平均值,以Al最高,Pb最低;变异系数均低于70%,其中,Pb最高,Ba最低。

 

           

           

8.不同生长时期鸭茅地下部其他元素含量的变化

 

         表8.鸭茅地下部其他营养元素含量在生长期间的量值及其变异系数


Al

Ba

Ti

Cr

Li

Pb

最大值(mg/kg)

6507

66.1

50.2

11.3

4.86

4.37

最小值(mg/kg)

3585

45.5

27.7

2.05

2.34

0.099

平均值(mg/kg)

5305

53.9

40.7

8.30

4.14

2.74

变异系数(%)

16.6

11.6

18.2

36.8

19.7

61.8

 

2.3.不同生长时期红三叶地上部与地下部22种化学元素含量比值的变化

2.3.1.地上部与地下部常量营养元素含量比值的变化

图9和表9显示,生长期间,鸭茅地上部与地下部常量营养元素含量比值的变动类型,K单谷型(∪型),Ca为双峰型(M型),P、Mg为谷-峰型(и型),N突降-平稳型(L型)。其比值的最高值,N、P、K、Mg均出现在苗期,只有Ca为分蘖期;最低值的出现时期,K为孕穗期,Mg为结实初期,N、Ca、P皆为结实末期。其平均值,以K最大,Ca最小;变异系数均低于90%,其中以N最高,以P最低。


  

            

      图9.鸭茅地上部与地下部常量营养元素含量比值的动态

     

       表9.鸭茅地上部与地下部常量营养元素含量的比值及其变异系数


N

Ca

P

K

Mg

最大值

6.35

0.699

3.44

4.84

1.86

最小值

0.864

0.291

2.21

1.66

0.742

平均值

2.14

0.442

2.67

3.30

1.08

变异系数(%)

82.8

28.7

13.9

39.1

32.7

 

2.3.2.地上部与地下部微量营养元素含量比值的变化

图10和表10显示,生长期间,鸭茅地上部与地下部微量营养元素含量比值的变动类型,大致分为2类:Fe、Mn、Mo虽为单谷型(∪型),但谷底较浅;Cu、Zn、B虽均为双峰型(M型),但Zn、B的次峰值不明显。其比值的最大值,Fe、Cu分别显于苗期、分蘖期,Zn、B现于结实中期,Mn、Mo见于结实末期;最小值,Mn、B、Fe、Cu依次见于分蘖期、开花期、孕穗期和结实末期,Zn、Mo见于结实初期。其比值平均值,以Mo最高,Fe最低;变异系数均小于130%,其中Mo最高,Zn最低。


                                     

         

10.鸭茅地上部与地下部微量营养元素含量比值的动态

 

         表10.鸭茅地上部与地下部微量营养元素含量的比值及其变异系数


Fe

Mn

Cu

Zn

B

Mo

最大值

0.189

1.29

0.692

0.559

5.30

19.4

最小值

0.017

0.753

0.170

0.341

0.786

0.884

平均值

0.060

0.981

0.421

0.436

1.86

5.54

变异系数(%)

98.3

19.6

36.8

16.7

79.8

129.8


2.3.3.地上部与地下部有益元素含量比值的变化

图11和表11显示,生长期间,鸭茅地上部与地下部有益元素含量比值的变动类型,Ni、V为单谷型(∪型),Sr为双峰型(M型),Na为谷-峰型(и型),Co为大幅变动型。其最大值出现时期,Na、Ni、V为苗期,Sr为分蘖期,Co为结实中期;最小值出现时期,Na、Ni为孕穗期,V、Co为开花期,Sr为结实初期。其比值平均值,以Ni最高,Co最低;变异系数均低于100%,其中Co最大,Sr最小。


11.鸭茅地上部与地下部有益元素含量比值的动态

 

        表11.鸭茅地上部与地下部有益元素含量的比值及其变异系数


Na

Sr

Ni

V

Co

最大值

0.770

0.435

0.623

0.226

0.206

最小值

0.106

0.192

0.276

0.030

0.011

平均值

0.325

0.284

0.382

0.114

0.093

变异系数(%)

66.6

25.3

28.8

60.5

92.6


2.3.4.地上部与地下部其他元素含量比值的变化

图12和表12显示,生长期间,鸭茅地上部与地下部其他元素含量比值的变动类型,,Ba为双峰型(M型),Al、Ti为突降-单谷型(∪型),Pb为单谷-突升型(∪型);Li、Cr虽均为单谷型(∪型),但后者的谷浅。其比值最大值,Al、Ti、Li见于苗期,Ba见于分蘖期,Cr、Pb见于结实末期;其最小值,Ba、Pb见于孕穗期,Al、Ti、Cr见于开花期,Li见于结实初期。其比值的平均值,以Pb最大,Al最小;变异系数均低于240%,其中以Pb最大,Ba最小。

 

12.鸭茅地上部与地下部其他元素含量比值的动态

 

            表12.鸭茅地上部与地下部其他元素含量的比值及其变异系数


Al

Ba

Ti

Cr

Li

Pb

最大值

0.184

0.334

0.273

2.04

0.133

40.3

最小值

0.007

0.127

0.014

0.324

0.006

0.017

平均值

0.041

0.191

0.076

0.805

0.058

5.94

变异系数(%)

117.9

38.1

114.9

72.6

78.8

235.8

 

3.结语

由上述结果可知,鸭茅在生长期内,无论地上部还是地下部,各化学元素的动态变化类型颇多,可大致分为14种:∧状单峰型、∪状单谷型、M状双峰型、W状双谷型、⌒状峰值平坦型、N状变动型、и状变动型、波状变动型大幅变动型、渐升型、渐降型平稳型、突降-平稳型、平稳-突升型,

地上部有10种变化类型,其中较多者:и状变动型有P、Mg、Ni、V、Cr、Li,∪状单谷型有KZnNa、Pb,突降-平稳型有FeAl、Ba、Ti

地下部有11种变化类型,其中较多者:渐降型有V、Al、Ti、Li,M状双峰型有Ni、Co、Cr,W状双谷型有Cu、Zn、Ba

其含量最高值多出现于苗期,地上部有:N、Ca、P、Mg、Fe、Zn、Sr、Ni、V、Al、Ba、Ti、Li计13种元素;地下部有CaZnSr、V、Al、Ba、Li、Pb,计8种元素;地上部与地下部比值有N、P、K、Mg、Fe、Na、Ni、V、Al、Ti、Li,计11种元素。

其含量最低值,地上部以开花期为多,有Fe、Zn、B、Ni、V、Co、Al、Ba、Ti、Cr、Li,计11种;地下部以结实末期最多,有Mg、Fe、Sr、V、Co、Al、Ti、Cr、LI、Pb,计10种;地上部与地下部比值集中出现在孕穗期至结实初期,共17种元素。地上部与地下部比值大于1的有:N、P、K、Mg、B、Mo、Pb,计7种;其余15种元素均小于1;其中比值最高的是Pb,最低的是Al。

其变异系数,地上部、地下部和二者的比值,最小的均是P;而最大的,地上部是Mo,而地下部和地上、下部的比值,均是Pb。地下部与地上部比较,前者变异系数较小,一般低于50%。各类元素比较,通常常量营养元素变异系数为小。

 

 



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