青海大坂山典型植物和種植作物中礦物元素分布特征

隨著海拔高度的增加，湖州北岸牧場中的礦化元素空間分布結(jié)構(gòu)增大。在垂直變化帶的氣候影響下，由于礦化因素的“饑餓效應”，牧場植物形成了空間分布結(jié)構(gòu)。地球。礦物元素是草地植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)成分,青海大坂山地區(qū)典型植物和種植作物中礦物元素的分布特征又是如何?Fe元素是植物葉綠體發(fā)育和光合作用的重要營養(yǎng)成分,在植物呼吸作用中起重要作用的細胞色素也是由鐵卟啉與蛋白質(zhì)結(jié)合而成。青海湖北岸草地植物中Fe元素含量隨著海拔高度的增加而增加,高原植物中富Fe營養(yǎng)是否具有抗高原低氧的功能作用?1材料和方法1.1門源盆地-下海脈大坂山位于青海西寧以北,屬青海省海北州的祁連山系東段支脈,在大通河與湟水之間,北以門源盆地為界,西北-東南走向,長約200km,寬約15~30km,海拔3500~4000m,地面切割強烈,溝谷縱橫。1.2試驗材料和試驗材料研究選用適宜于青海高原環(huán)境條件下生長的禾本科作物———青稞(HordeumvugareL.varnudumHook.F.)和根莖類作物———胡蘿卜(DaucuscarotaL.var.sativaDC)為試驗材料。二作物生長期短、易于高原極端環(huán)境下栽培等顯著優(yōu)勢,具有典型性、代表性,也是高寒、干旱、缺氧和強紫外線輻射等高原極端環(huán)境下進行青海高原植物研究理想的試驗材料。1.3調(diào)查地的選擇2009年5月下旬、2010年5月下旬分別于青海海北的大坂山地區(qū),按照海拔高度的變化選擇適宜小樣地(1.0m×1.0m)分別墾地種植青稞和胡蘿卜。2009年8月下旬、2010年8月下旬分別采集大坂山各海拔高度種植試驗青稞、胡蘿卜等作物和土壤樣品,每一樣地內(nèi)各種樣品分別采集3份為重復,陰干,保存?zhèn)溆谩?.4樣品處理及分析方法對于采集備用的植物樣品首先進行沖洗、烘干、粉碎等樣品預處理,用HClO4和HNO3(V∶V=1∶4)進行消化處理,元素Ca、Mg、Na、Li、Cu、Zn、Fe、Mn等采用火焰原子吸收儀標準曲線法加標回收分析測試。分析儀器分別為TAS-986分光光度計(北京普析通用有限公司生產(chǎn))。標準溶液購自中國計量科學研究院。1.5處理數(shù)據(jù)采用SPSS17.0軟件統(tǒng)計分析各樣品中礦質(zhì)元素含量及顯著性差異。2結(jié)果與分析2.1密花香和金露梅礦物元素含量的變化大坂山典型植物中礦物元素也具有隨海拔高度增加而增加的特征,即具有與地形地貌相一致的空間分布格局(圖1)。如海拔2817、3113、3179m,密花香薷中Cu分別為7.32、10.23、13.06mg/kg,海拔高度增加了362m,而Cu含量增加了78.4%;海拔3308、3562、3598m,金露梅中Na分別為526.7、551.3、929.9mg/kg,海拔高度增加了290m,而Na含量增加了76.6%,即隨著海拔高度的增加,礦物元素含量增加十分明顯。可見,青海大坂山地區(qū)的典型植物中礦物元素具有與地形地貌相一致的分布規(guī)律。2.2海拔高度對mn的影響大坂山種植青稞中礦物元素具有隨海拔高度增加而增加的特征,即具有與地形地貌相一致的空間分布格局(圖2)。如海拔2920、3562、3574、3597m,2009年種植青稞中Mn分別為81.1、109.7、723.2、787.8mg/kg,海拔高度增加了677m,而Mn增加了871.4%,隨著海拔高度的增加,礦物元素的增加十分明顯。可見,青海大坂山地區(qū)種植作物青稞中礦物元素具有與地形地貌相一致的空間分布格局。2.3不同海拔高度對青稞礦物元素的影響大坂山種植胡蘿卜中礦物元素也具有隨海拔高度增加而增加的特征,即具有與地形地貌相一致的空間分布格局(圖3)。如海拔3217、3220、3445、3568m處,2010年種植青稞中Zn分別為182.8、216.6、298.9、304.9mg/kg,海拔高度增加了351m,而Zn增加了66.8%,隨著海拔高度的增加,礦物元素的增加十分明顯。可見,青海大坂山地區(qū)的根莖類種植作物胡蘿卜中礦物元素具有與地形地貌相一致的空間分布格局。2.4植物補徑補充營養(yǎng)的形成機制大坂山地區(qū)2009、2010年在不同海拔高度下的種植作物青稞和胡蘿卜中礦物元素Fe具有隨著海拔高度的增加而增加的空間分布格局(圖4),即高原植物中礦物元素Fe具有與地形地貌相一致的空間分布格局。在植物體內(nèi),不同的含鐵蛋白構(gòu)成了電子傳遞體系,參與光合作用、呼吸作用、硝酸還原作用、生物固氮作用和三羧酸循環(huán)等許多重要的生理代謝過程。在呼吸作用中,Fe作為細胞色素、細胞色素氧化酶、過氧化氫酶和過氧化物酶的成分,一般位于這些酶結(jié)構(gòu)的活性部位。細胞色素通過Fe的氧化還原變化,傳遞代謝過程中釋放的電子,再由細胞色素氧化酶將電子傳遞給氧分子,完成呼吸作用。當植物缺Fe時,相關酶的活性都會受到抑制,植物體內(nèi)的一系列氧化還原反應減弱,電子不能正常傳遞,呼吸作用受阻,ATP合成減少。因此,植物缺Fe會顯著影響植物生長發(fā)育。隨著海拔高度增加,由于空氣中氧分量的減少,植物呼吸作用受阻,為了適應高海拔地區(qū)缺氧的大氣環(huán)境,高原植物迫使自己加強呼吸而獲得相對充足的氧,即高海拔缺氧地區(qū)的植物體內(nèi)必需蓄積儲備更多的Fe,通過更多的電子傳遞,完成缺氧環(huán)境中的呼吸作用。可見,高海拔缺氧環(huán)境中植物通過增加體內(nèi)Fe營養(yǎng),增強其呼吸作用,以完成植物體本身正常的生理代謝功能,實現(xiàn)植物體正常的生長發(fā)育。因此,隨著海拔高度增加,植物體內(nèi)Fe營養(yǎng)蓄積增加的現(xiàn)象提示,高原植物體中富Fe營養(yǎng)可能具有抗高原缺氧的功能與作用。大坂山地區(qū)典型植物和種植青稞和胡蘿卜中礦物元素Fe的空間分布與生長環(huán)境垂直變化的小氣候有關。即生長環(huán)境的小氣候垂直變化是高原植物體中Fe元素形成空間分布的條件,而環(huán)境中缺氧致使Fe元素的“饑餓效應”是其內(nèi)動力,高原缺氧環(huán)境下因呼吸作用的增強驅(qū)使高海拔植物中出現(xiàn)Fe營養(yǎng)的“饑餓”狀態(tài)而蓄積分異。因此,高原植物中礦物元素Fe可能具有抗高原缺氧的功能與作用。3富fe含量的生長青海大坂山地區(qū)典型植物和種植作物———青稞、胡蘿卜中礦物元素具有隨海拔高度增加而增加的特征,