荒漠绿洲芦苇（ Phragmites australis ）硅氮化学计量学及内稳定性特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00105

摘要/Abstract

摘要：

荒漠绿洲芦苇（Phragmites australis）种群的发育特征和规律性受环境变化的显著影响，形成了独特的硅（Si）、氮（N）化学计量特征。本文以河西走廊荒漠绿洲5种芦苇景观生境（沙丘、草滩、丘间低地、盐化草地和湿地）为研究对象，探讨了芦苇Si、N化学计量学及内稳定性特征。结果表明：生境土壤Si含量和Si/N，芦苇各生育期和器官Si、N含量及Si/N存在显著差异。芦苇Si（SiO₂）和土壤Si（SiO₂）含量均较高，但土壤有效Si（H₄SiO₄）含量较低，导致芦苇Si/N较低，芦苇的生长受到Si素的限制。5种生境芦苇Si、N含量之间及其Si/N与土壤Si、N含量及Si/N，以及地下水埋深显著正相关，与地下水Si、N含量及Si/N无相关性，芦苇Si、N的相互耦合作用存在一定的协同性和稳定性。不同生境芦苇Si、N及其Si/N具有较高的内稳定性，并且芦苇Si/N的内稳定性要高于元素本身（HI_Si/N>HI_Si>HI_N>4），相对于Si、N营养，芦苇Si/N受外界环境的影响较小，其生长过程是按照一定的Si、N吸收比例来调控自身的养分供应。

关键词: 荒漠绿洲, 芦苇（Phragmites australis）, 景观生境, 硅氮化学计量学, 内稳定性

Abstract:

The developmental characteristics and regularity of Phragmites australis populations are significantly influenced by environmental changes in desert oases， resulting in unique stoichiometric characteristics of silicon （Si） and nitrogen （N）. This article takes five types of P. australis landscape habitats （sand dune， desert steppe， interdune lowland， saline grassland， and wetland） in the desert oasis of the Hexi Corridor as the research objects to explore the stoichiometry and homeostasis characteristics of Si and N in P. australis. The results indicated that there were significant differences in soil Si content and Si/N， as well as Si and N content and Si/N in different growth stages and organs of P. australis. P. australis Si （SiO₂） and soil Si （SiO₂） contents were both high， but soil available Si （H₄SiO₄） content was low， resulting in relatively low Si/N of P. australis， and the growth of P. australis was limited by Si. There were significant positive correlations between Si and N content， Si/N and soil Si， N content， Si/N， as well as groundwater depth， and no correlation was observed with groundwater Si， N content， and Si/N in the five habitats， and there was a certain degree of synergy and stability in the coupling effect of Si and N nutrients in P. australis. Si， N， and Si/N of reed in different habitats had high homeostasis， and the homeostasis of Si/N in P. australis was higher than that of the element itself （HI_Si/N>HI_Si>HI_N>4）. Compared with Si and N nutrition， Si/N in P. australis was less affected by the external environment， and the growth process of P. australis regulated the nutrient supply according to a certain Si and N absorption ratio.

Key words: desert oasis, Phragmites australis, landscape habitats, Si and N stoichiometry, homeostasis

中图分类号:

S153

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图/表 8

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项目	生境
项目	湿地W 0~0.2 m（泥炭层）	盐化草地SM 0~1.0 m	草滩DT 0~2.5 m	丘间低地IL 0~2.5 m	沙丘SD 0~2.5 m
地下水埋深/m	0	0.90±0.06	1.70±0.24	2.30±0.28	6.00±0.37
土壤类型	积水、土壤泥炭发育	土壤表层盐分积累	沙质壤土	风沙土	风沙土
芦苇生态类型	水生芦苇	盐化芦苇	过渡带芦苇	过渡带芦苇	沙丘芦苇

项目	生境
项目	湿地W 0~0.2 m（泥炭层）	盐化草地SM 0~1.0 m	草滩DT 0~2.5 m	丘间低地IL 0~2.5 m	沙丘SD 0~2.5 m
地下水埋深/m	0	0.90±0.06	1.70±0.24	2.30±0.28	6.00±0.37
土壤类型	积水、土壤泥炭发育	土壤表层盐分积累	沙质壤土	风沙土	风沙土
芦苇生态类型	水生芦苇	盐化芦苇	过渡带芦苇	过渡带芦苇	沙丘芦苇

生育期	生境	器官												总量
		穗		叶		茎秆		地下垂直茎		地下水平茎		根系		总量
		Si	N	Si	N	Si	N	Si	N	Si	N	Si	N	Si	N
返青期	沙丘SD	—	—	0.65^c	3.24^c	0.62^a	2.57^c	0.63^c	0.60^b	1.07^a	0.69^a	0.47^bc	1.10^a	3.44^a	8.20^bc
	草滩DT	—	—	0.94^b	2.99^c	0.37^c	2.60^c	1.03^a	0.30^d	0.82^b	0.53^b	0.51^b	0.94^b	3.67^a	7.3^6c
	丘间低地IL	—	—	0.24^d	3.69^b	0.29^d	3.41^b	0.61^c	0.42^c	0.73^c	0.54^b	0.59^ab	1.06^a	2.46^c	9.12^b
	盐化草地SM	—	—	0.88^b	2.41^d	0.49^b	1.88^d	0.70^b	0.34^d	0.41^d	0.21^c	0.66^a	0.34^c	3.14^ab	5.18^d
	湿地W	—	—	1.06^a	4.29^a	0.54^b	3.89^a	0.36^d	0.70^a	0.37^de	0.50^b	0.42^c	1.01^ab	2.75^b	10.39^a
拔节期	沙丘SD	—	—	1.01^d	2.69^a	1.04^a	1.42^a	0.51^d	0.69^a	1.29^a	0.42^b	0.52^b	0.49^d	4.37^a	5.71^a
	草滩DT	—	—	1.32^bc	2.55^b	0.83^b	0.77^c	1.09^a	0.29^c	0.82^c	0.21^c	0.56^b	0.62^b	4.62^a	4.44^b
	丘间低地IL	—	—	0.67^e	2.15^c	0.54^c	0.44^d	0.62^c	0.17^d	0.94^b	0.17^d	0.63^a	0.52^c	3.40^c	3.45^c
	盐化草地SM	—	—	1.43^b	2.66^ab	0.82^b	1.39^a	0.77^b	0.65^a	0.47^d	0.39^b	0.73^a	0.58^bc	4.22^ab	5.67^a
	湿地W	—	—	1.81^a	2.82^a	0.79^b	0.98^b	0.42^e	0.57^b	0.36^e	0.76^a	0.51^b	0.87^a	3.89^b	6.00^a
抽穗期	沙丘SD	0.29^c	0.52^a	1.58^b	1.13^a	1.03^b	0.77^b	1.39^a	0.61^b	1.13^b	0.50^c	0.61^c	0.42^b	6.03^a	3.95^a
	草滩DT	0.25^d	0.43^b	1.17^c	1.03^ab	1.12^b	0.70^c	0.78^c	0.50^c	1.65^a	0.79^a	0.70^b	0.40^b	5.67^a	3.85^ab
	丘间低地IL	0.30^c	0.45^b	0.91^d	0.95^b	0.70^c	0.53^d	0.85^bc	0.63^b	1.01^b	0.70^b	0.92^a	0.52^a	4.69^b	3.78^b
	盐化草地SM	0.40^b	0.54^a	1.70^b	1.14^a	1.36^a	0.86^a	0.96^b	0.73^a	0.52^c	0.44^d	0.85^ab	0.49^ab	5.79^a	4.20^a
	湿地W	0.47^a	0.50^a	2.47^a	1.18^a	1.09^b	0.67^c	0.31^d	0.33^d	0.41^d	0.36^e	0.61^c	0.55^a	5.36^ab	3.59^c
枯黄期	沙丘SD	1.42^b	1.41^a	1.23^d	1.53^a	1.37^bc	0.46^b	1.06^a	0.53^a	1.13^a	0.45^a	0.88^a	0.53^b	7.09^b	4.92^a
	草滩DT	1.54^b	0.96^b	1.36^d	1.17^b	1.23^c	0.34^c	0.98^a	0.31^c	0.89^b	0.36^b	0.77^b	0.62^a	6.77^b	3.77^b
	丘间低地IL	1.09^c	0.82^c	1.88^c	1.47^ab	1.03^d	0.41^bc	0.36^c	0.42^bc	0.83^b	0.38^b	0.53^c	0.39^c	5.72^c	3.90^b
	盐化草地SM	1.58^ab	1.31^a	2.44^b	1.52^a	1.80^a	0.52^a	0.62^b	0.45^b	0.51^c	0.47^a	0.78^b	0.62^a	7.73^ab	4.89^a
	湿地W	1.75^a	0.73^d	3.59^a	1.58^a	1.48^b	0.36^c	0.38^c	0.35^c	0.38^d	0.34^b	0.54^c	0.53^b	8.12^a	3.89^b

生育期	生境	器官												总量
		穗		叶		茎秆		地下垂直茎		地下水平茎		根系		总量
		Si	N	Si	N	Si	N	Si	N	Si	N	Si	N	Si	N
返青期	沙丘SD	—	—	0.65^c	3.24^c	0.62^a	2.57^c	0.63^c	0.60^b	1.07^a	0.69^a	0.47^bc	1.10^a	3.44^a	8.20^bc
	草滩DT	—	—	0.94^b	2.99^c	0.37^c	2.60^c	1.03^a	0.30^d	0.82^b	0.53^b	0.51^b	0.94^b	3.67^a	7.3^6c
	丘间低地IL	—	—	0.24^d	3.69^b	0.29^d	3.41^b	0.61^c	0.42^c	0.73^c	0.54^b	0.59^ab	1.06^a	2.46^c	9.12^b
	盐化草地SM	—	—	0.88^b	2.41^d	0.49^b	1.88^d	0.70^b	0.34^d	0.41^d	0.21^c	0.66^a	0.34^c	3.14^ab	5.18^d
	湿地W	—	—	1.06^a	4.29^a	0.54^b	3.89^a	0.36^d	0.70^a	0.37^de	0.50^b	0.42^c	1.01^ab	2.75^b	10.39^a
拔节期	沙丘SD	—	—	1.01^d	2.69^a	1.04^a	1.42^a	0.51^d	0.69^a	1.29^a	0.42^b	0.52^b	0.49^d	4.37^a	5.71^a
	草滩DT	—	—	1.32^bc	2.55^b	0.83^b	0.77^c	1.09^a	0.29^c	0.82^c	0.21^c	0.56^b	0.62^b	4.62^a	4.44^b
	丘间低地IL	—	—	0.67^e	2.15^c	0.54^c	0.44^d	0.62^c	0.17^d	0.94^b	0.17^d	0.63^a	0.52^c	3.40^c	3.45^c
	盐化草地SM	—	—	1.43^b	2.66^ab	0.82^b	1.39^a	0.77^b	0.65^a	0.47^d	0.39^b	0.73^a	0.58^bc	4.22^ab	5.67^a
	湿地W	—	—	1.81^a	2.82^a	0.79^b	0.98^b	0.42^e	0.57^b	0.36^e	0.76^a	0.51^b	0.87^a	3.89^b	6.00^a
抽穗期	沙丘SD	0.29^c	0.52^a	1.58^b	1.13^a	1.03^b	0.77^b	1.39^a	0.61^b	1.13^b	0.50^c	0.61^c	0.42^b	6.03^a	3.95^a
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	盐化草地SM	0.40^b	0.54^a	1.70^b	1.14^a	1.36^a	0.86^a	0.96^b	0.73^a	0.52^c	0.44^d	0.85^ab	0.49^ab	5.79^a	4.20^a
	湿地W	0.47^a	0.50^a	2.47^a	1.18^a	1.09^b	0.67^c	0.31^d	0.33^d	0.41^d	0.36^e	0.61^c	0.55^a	5.36^ab	3.59^c
枯黄期	沙丘SD	1.42^b	1.41^a	1.23^d	1.53^a	1.37^bc	0.46^b	1.06^a	0.53^a	1.13^a	0.45^a	0.88^a	0.53^b	7.09^b	4.92^a
	草滩DT	1.54^b	0.96^b	1.36^d	1.17^b	1.23^c	0.34^c	0.98^a	0.31^c	0.89^b	0.36^b	0.77^b	0.62^a	6.77^b	3.77^b
	丘间低地IL	1.09^c	0.82^c	1.88^c	1.47^ab	1.03^d	0.41^bc	0.36^c	0.42^bc	0.83^b	0.38^b	0.53^c	0.39^c	5.72^c	3.90^b
	盐化草地SM	1.58^ab	1.31^a	2.44^b	1.52^a	1.80^a	0.52^a	0.62^b	0.45^b	0.51^c	0.47^a	0.78^b	0.62^a	7.73^ab	4.89^a
	湿地W	1.75^a	0.73^d	3.59^a	1.58^a	1.48^b	0.36^c	0.38^c	0.35^c	0.38^d	0.34^b	0.54^c	0.53^b	8.12^a	3.89^b

项目	效应	平方和	自由度df	均方	F	P
Si	截距	286.565	1	1 026.783	819.154	0.000^**
	生境(A)	155.651	1	153.254	96.254	0.000^**
	生育期(B)	14.520	1	52.125	50.232	0.000^**
	器官(C)	4.125	1	7.231	28.930	0.000^**
	A×B	24.512	2	24.532	24.542	0.000^**
	A×C	2.235	1	1.854	5.672	0.000^**
	B×C	12.254	1	12.500	10.468	0.000^**
	A×B×C	25.670	2	24.560	15.680	0.000^**
	误差	37.520	24	1.563
	合计	1 548.000	32
N	截距	212.256	1	678.776	417.180	0.000^**
	生境(A)	125.439	1	121.276	65.276	0.000^**
	生育期(B)	10.531	1	35.170	25.234	0.000^**
	器官(C)	3.165	2	5.225	21.965	0.000^**
	A×B	17.532	1	18.51	19.556	0.000^**
	A×C	2.265	2	1.450	4.630	0.000^**
	B×C	10.150	1	10.180	7.451	0.000^**
	A×B×C	20.361	1	16.512	11.663	0.000^**
	误差	30.558	16	1.340
	合计	1 135.400	22
Si/N	截距	367.835	1	788.796	312.150	0.000^**
	生境(A)	198.670	1	144.350	55.250	0.000^**
	生育期(B)	20.650	2	49.148	29.279	0.000^**
	器官(C)	6.120	1	6.280	20.663	0.000^**
	A×B	28.610	2	22.58	17.576	0.000^**
	A×C	2.851	2	1.865	5.750	0.000^**
	B×C	16.274	1	13.254	6.486	0.000^**
	A×B×C	27.685	1	19.750	10.691	0.000^**
	误差	34.512	27	1.680
	合计	1 426.600	36