贝壳砂埋藏对苗木出苗、生长及化学计量学的影响Periploca海螵蛸邦基集团

背景

沙埋对黄河三角洲贝壳堤岛植被的生长和分布具有不可替代的独特作用。沙土埋藏对土壤形态、生物量，特别是化学计量学的影响尚不清楚Periploca海螵蛸，以及这些因素之间的关系。

结果

壳砂墓深对苗木出苗，生长和生物量产生重大影响p .海螵蛸．浅埋沙土缩短了出苗时间，提高了出苗率、形态和生物量p .海螵蛸与深埋和对照相比。埋深对叶片氮、磷含量有显著影响。随着埋藏深度的增加，碳氮(C/N)和碳磷(C/P)比例呈先降低后增加的趋势，而氮磷比(N/P)呈相反的趋势。相关分析表明，N/P的化学计量特征与林分形态和生物量呈正相关p .海螵蛸不同的埋深。结构方程模型分析表明，N的贡献最大p .海螵蛸生物质。

结论

最佳埋深有利于苗木的出苗、生长和营养积累p .海螵蛸．化学计量对形态形成和生物质积累具有重要影响。

位于中国渤海西南海岸的贝壳堤防岛是由黄河和渤海河口的汇合组成的。它是世界上唯一由旧炮弹共存产生的贝壳堤。堤防由生活在潮间区的贝类和碎片形成，该屏幕由波浪携带并沉积在高潮汐线附近。堤防和周边潮湿地的野生动物资源提供丰富的生物多样性，对生物多样性和海洋生态学至关重要[1]．受人为干扰和自然环境的影响，贝壳堤岛的生态系统退化日益严重。因此，利用植被恢复退化的生态系统是主要措施。植被以灌木和草本植物为主，黄河口泥沙淤积引起的沙埋深度变化是制约植物生长的主要因素[2]．

播种造林是恢复沙地植被的重要手段。3.]．相比于其它区域，贝壳堤岛的沙质基底通过水流容易侵蚀。不同的埋藏深度影响植物生长的条件，如温度，湿度和其它物理因素[4，5，6]．影响幼苗出苗的因素很多，但发芽挖掘需要最佳的沙土埋深[7]．

碳(C)、氮(N)、磷(P)是植物中三种主要的生物元素[8]，这些元素都参与了众多相互的，不可分割的角色，在植物[9]．这些元素的化学计量学影响着植物的营养水平和生长发育，它们的综合效应影响着主要的生态系统过程[10，11，12]．因此，植物的化学计量不仅对阐明植物养分的分配和使用，但也为研究生态系统[中营养供给和需求的极大兴趣13，14]．

p .海螵蛸是贝壳堤岛的优势种，具有很好的药用价值，在贝壳堤岛的生态保护中起着重要的作用。由于人为因素和自然因素的分布p .海螵蛸贝壳堤克岛的数量减少了因此，研究其生理生态因子的影响具有重要意义p .海螵蛸保护和恢复贝壳堤岛的生态。以往对贝壳堤克岛的研究主要集中在植物生理、土壤理化性质、生物多样性等方面[15，16]．然而，很少有研究对该地区优势植物的化学计量学进行研究，也没有研究如何生长和生物量p .海螵蛸幼苗可能受元素化学计量的影响。因此，本研究的目的是评估壳砂埋藏深度对叶片中C，N和P的幼苗出苗，形态，生物质分配和营养含量的影响。我们的具体目标是：（i）量化幼苗出苗，形态和生物质分配对壳砂埋藏的反应;（ii）确定叶片C，N，P浓度和叶C：N：P比率如何应对不同的埋藏深度;（iii）鉴定C，N，P浓度和总生物质之间的关系。我们的结果将为沿海环境恢复提供科学支持。此外，它将提供判断化学计量如何影响植物生物质的参考。

出苗响应沙埋

随着壳砂深度的增加，壳砂的羽化率增大p .海螵蛸幼苗先增后减(图2)。1）.浅埋(0 ~ 3 cm)条件下的羽化率较高，2 cm处的羽化率最高，为98.9%，显著高于对照(20.3%，P< 0.05)。埋深4 ~ 5 cm抑制了幼苗的出苗率，出苗率仅为5 cm深度的26.7%，显著低于未处理(67.5%，P< 0.05)。

埋深对出苗过程有显著影响。砂埋深度的增加通常会导致出砂率的降低(图2)。2）.0 ~ 3 cm土层的羽化速度快于4 ~ 5 cm土层。埋深较浅时，种子萌发量在第12天达到最大值，埋深4 ~ 5cm时萌发量在第18天达到最大值。初始出现时间也存在差异p .海螵蛸是适合埋藏浅。埋深显著影响的初始出苗时间p .海螵蛸苗(无花果。S1）.当种子埋在0或1厘米时，最短的出苗时间为6.7天。然而，浅埋群（0-3厘米）的初始出现时间没有显着差异。在4-5cm深度观察到最长的初始出现时间，并且显着长于对照和其他治疗组（P< 0.05)。这些结果表明，浅层砂埋有利于p .海螵蛸缩短首次出现的时间。

砂埋的形态响应

测定了不同埋深下植株的苗高、基部直径、叶片数、第三叶面积、根长和主根数。贝壳砂埋深的增加导致苗高的增加，埋深的增加导致苗高的降低。3.a). 2 cm深度处幼苗株高(27.57 cm)显著高于其他处理组和未处理对照(13.9 cm)。株高在5 cm埋深处最短，与对照组差异不显著。不同埋深下幼苗的基径依次为2 cm > 3 cm > 4 cm > 1 cm = 5 cm > 0 cm(图1)。3.B)，所有处理显著大于对照。2 cm处最大基底直径为0.197 cm(比对照组大0.06 cm)。1、3、4、5 cm处理组间无显著差异。

叶面特征p .海螵蛸叶数随贝壳砂深度的增加而增加，但随着深度的增加而减少。3.c).叶数在1 cm深度处最大(17片)，在5 cm深度处最小。第三片叶面积与叶片数大体相同，但各处理间差异显著(图3)。3.d).最大叶面积(2.72 cm)²)，但这与2 cm处理组无差异。对照组叶面积为1.52 cm²，且与5cm治疗组无差异。

埋葬深度对地下部分的增长产生了重大影响p .海螵蛸(无花果。3.E）;the root length increased with the burial depth, showing a trend of 2 cm > 3 cm > 1 cm > 5 cm > 4 cm > 0 cm. The root lengths of all treatments were significantly longer than that of the control group. The longest root length (36.77 cm) was observed in the 2 cm group. The number of primary roots increased with burial depth and the numbers in all the treatment groups were higher than the control group (Fig.3.f). 0 cm处理组初生根数最少，2 cm处理组最多(n= 5)。

生物量和生物量分配对沙埋的响应

不同埋深对贝壳砂的影响p .海螵蛸干重见表1．根系和叶片干重随深度的增加先增加后降低。根系干重以2 cm处理组最高，1 cm与3 cm、0 cm与5 cm处理组间差异不显著。4、5 cm组与对照组的茎干重差异不显著。叶片干重的值降低2厘米的订单> > 1厘米3厘米> > 0厘米,5厘米> 4厘米,没有显著差异在1厘米,3厘米和5厘米,5厘米、4厘米和0 cm组,分别。

总生物量和地上生物量p .海螵蛸随埋深先增大后减小(图2)。4A)，不同埋深对其生物量结构有显著影响p .海螵蛸(无花果。4b).在生物量分布方面，叶比为p .海螵蛸在2、3 cm处降低，在5 cm处增加，与对照差异不显著。根系比随埋深的增加而增加，埋深为1 ~ 4 cm。除埋深2 cm时，茎干比例显著增加(p< 0.05)。

沙土埋藏对叶片C:N:P化学计量学的响应

C、N、P是植物的主要营养元素。的C含量p .海螵蛸叶片N、P含量随埋深呈先增后减的趋势(图2)。5）.2 cm处理组N和P含量均高于其他处理组，分别为2.409%和0.210%。埋在1 cm和3 cm处的植株氮含量无显著差异。在5 cm处，N含量较低(1.265%)，但与对照组差异不显著。磷含量在1 cm和4 cm处差异不显著，但仍略高于对照组，与5 cm组差异不显著。

C、N、P的化学计量学结果表明，C/N和C/P随着埋深的增加，各处理组的值先减小后增大(图2)。5）.各处理间C/N存在差异，1 cm与3 cm间差异不显著，5 cm处C/N高于对照组。C/N和C/P在2 cm组最低，分别为18.18和208.06。5 cm处C/N最大值为33.63，高于对照组(2.34)。C/P最大值在对照组(326.03)。N/P随埋深的增加呈先增加后降低的趋势。5）.N/P在5 cm组最小，4 cm组次之，1 cm和2 cm组最高，但差异不显著。

叶片营养性状性状与生物质之间的关系

不同埋深贝壳砂的化学计量、幼苗形态和生物量之间存在显著相关(表1)2）.叶片N含量与P含量呈显著正相关，N和P含量与幼苗形态和生物量指数呈极显著正相关。叶片氮、磷含量的增加与总生物量和地上生物量的增加有关，促进了幼苗形态建成。C/N和C/P与上述形态和生物量特征呈负相关，N/P与除基部直径外的所有指标均呈正相关。结果表明，该体系的化学计量比p .海螵蛸叶片影响了水稻的形态发生和生物量积累p .海螵蛸不同埋深的幼苗。

测量值的相关系数表明，叶片的N含量对叶数更强的效果，茎和根的干重，初生根数和植物高度大于P.相应地，P是幼苗形态特征这样的更强的指示器作为第三叶面积，叶干重和基座直径。然而，N和P具有总和地上生物量类似的相关性系数。化学计量，幼苗形态和生物量之间的密切关系表明，有在不同的埋藏深度，其可以是到砂应力的积极响应在营养物利用的差异。叶的化学计量可能是主要因素影响因素p .海螵蛸不同深度的生长和发展。

的C，N，和P含量，总生物量和埋藏深度之间的关系由结构方程模型（图进一步分析。6）.埋藏深度可通过影响叶片C、N、P含量间接影响总生物量。埋藏深度对磷含量无显著影响，对C和n有显著影响，而C对植物生物量无显著影响;只有氮含量与生物量的关系显著(P< 0.001)，标准化路径系数为0.96。这一结果表明，叶内N元素是叶内生物量的主要贡献者p .海螵蛸，而C和P的作用不显著。

沙埋影响黄河三角洲贝壳堤岛植被的生长和分布，植物对沙埋有一定的耐受限度。如果该因子不超过植物的可耐受限度，就会促进植物的生长发育。然而，如果埋深超过可容许的限度，就会抑制植物的正常生长和发育[2]．不同埋深可影响种子萌发和出苗[17，18]．种子萌发和出苗是植物生活史上的脆弱和敏感阶段p .海螵蛸这两者都容易受到外部因素的影响。因此，种子和幼苗对贝壳砂深度的响应实验可以反映贝壳砂的生存、形成和分布p .海螵蛸在贝壳砂埋藏下。

埋深与种子发芽率和出苗率之间的关系对于量化贝壳泥沙积累的影响是重要的[19]．我们的研究结果与前人的研究结果一致，埋沙浅时种子萌发率和出苗率较高，随着埋沙深度的增加，出苗率降低，出苗延迟[20.]．幼苗的出苗和生长不仅取决于植物种类的特性，如种子的重量和大小[21]，还包括生长环境(即光、水、温度、土壤渗透性等)[22，23，24]．在本研究中观察到的种子发芽率低和幼苗在深海的生长被认为与类似的因素有关。例如，小种子p .海螵蛸有小的物质能量。当埋藏太深，这是不可能的种子正确挖掘由于能源材料耗尽。先前的研究已经表明，过度的埋藏深度减小贝壳砂的渗透性，导致种子休眠，影响幼苗的形成[25]．深埋降低了光照强度和温度，均不利于种子萌发和出苗，但有些植物种子的出苗在光照和黑暗条件下没有变化[26]．光照条件对出土苗形态建构有明显差异[22，26]．在种子萌发过程中，水分的作用比光照更重要，因为壳砂的储水能力较差，蒸发导致表层含水量低。贝壳砂含水率随埋深的增加而增加。充足的水分有利于种子萌发和出苗，但过高的水分，特别是在渗透性较差的情况下，可能抑制种子的呼吸作用，抑制出苗。它还可能导致种子腐烂。相关分析表明，形貌指标与NP化学计量比呈正相关关系p .海螵蛸沙土埋藏下的叶片，表明叶片的化学计量学对幼苗形态也有重要影响。这种作用可能非常重要，因为埋深的变化改变了幼苗出苗时的微环境，而种子对环境条件的变化非常敏感和关键，从而影响幼苗的形态发生。

砂厚对植物幼苗生物量分布有重要影响[27]．结果这里介绍表明，叶生物量的比例降低，然后用贝壳砂深度的增加而增加，而地下生物量的比例先上升后下降。在terestingly, the seedlings had the largest total biomass at 2 cm depth, but their underground ratio was similar to plants grown at 5 cm and 0 cm, which had the lowest total biomass. It is due to the fact that the above-ground biomass ofp .海螵蛸埋在2 cm时，更多地分布在茎部，导致地上生物量增加，地下生物量所占比例降低。这与沙埋改变了幼苗生物量分布，诱导幼苗向地上部分或地下部分分配更多资源的研究结果一致。例如，沙埋可以降低生物量的比例白刺sphaerocarpa增加地下根系的生物量比[28]．在Scaevola plumieri，沙埋可促进茎部生长及更换叶面积[29]．然而，Shi等人发现不同沙埋深度对桉树幼苗地上、地下生物量分布没有显著影响[30.]．这些研究表明，不同埋深引起的生物量分布机制存在差异，反映了不同的植物适应生态策略。这是由于物种的特性和特定的环境条件[29]．

在植物生长和发展期间，生物质的积累与C，N和P的含量密不可分31]．在本研究中，叶片氮含量的变化与不同埋深下的生物量变化一致，随埋深的增加，氮含量先增加后降低。这种关系可以增强植物的光合特性，促进产物的积累[31]．同时，植物的化学计量可能揭示其对环境的适应性。一般来说，高叶C含量表明植物的防御能力强劲，而N和P内容反映了植物与营养素竞争能力的差异[32]．不同的砂埋深度导致N和P的内容物的显着变化以及C / N，C / P和N / P的比例p .海螵蛸在本研究中。结果表明，埋深对土壤养分利用有显著影响p .海螵蛸幼苗。虽然C内容在p .海螵蛸叶片在2 cm处最大，处理组间差异不显著。N、P含量随深度的增加呈先增加后降低的趋势。在2 cm处含量最大，差异显著。这些结果表明p .海螵蛸通过调节叶片组织的氮、磷输入量，而不调节C的含量，以保证其在沙土埋藏下的正常生命活动。

研究表明，植物体内的N、P促进光合作用和生长，叶片中N、P含量与叶绿素含量密切相关[33]．N或P缺失可抑制叶绿体细胞中光学系统的活性，导致光氧化应激和光抑制反应[34]．生物量与氮、磷含量呈较强的正相关p .海螵蛸叶子。生物量和氮、磷含量随深度的变化相似。上述指标在2 cm深度达到最大值，说明这是生物量积累和养分利用的最佳深度。其他研究表明，化学计量学影响植物生物量的分布，高氮含量可增加叶片光合作用，增加同化产物的积累，显著降低根干比(R/S;即增加分配给地面上部的生物量比例)。相反，低氮含量增加植株R/S [35]．在本研究中，化学计量学p .海螵蛸叶片与R/S无关。因此，化学计量学p .海螵蛸叶片在苗期生物量积累中起重要作用，但在生长过程中对生物量分配不起决定性作用。这可能是由于埋沙改变了植物根系周围的土壤微环境，如养分，这对植物生物量的分布有重要影响[36]．然而，植物生长过程中生物量分布的模式也受到物种和潜在遗传因素的影响[37，38]．

植物碳氮比和碳磷比代表了植物吸收和积累碳的能力，反映了植物体对养分的利用效率。植物对营养元素的利用可以通过碳氮比和碳氮比来反映P值(39]．的C/N(22.5)和C/P (232)p .海螵蛸除本研究中埋葬组的2 cm外，其余叶片均高于全球平均水平[40，41]．这表明，植物养分在所有埋藏深度的利用率都很高，表明对沙土的耐受性。2 cm深度C/N和C/P较低可能是由于该处理组生物量大，生长旺盛，对养分需求大。然而，壳砂基质中营养物质的有限性可能导致营养缺乏，影响营养物质的吸收。叶片N/P可用于分析植物生长与营养限制的关系。在所有深度，N/Pp .海螵蛸叶数小于14。根据营养限制理论[42的生长和生物量积累p .海螵蛸幼苗主要受N的限制，从N/P来判断p .海螵蛸不同埋深下，N/P在1 ~ 2 cm处最高。这些结果表明，贝壳砂在1 ~ 2 cm处埋藏最有利p .海螵蛸营养吸收．

不同的贝壳砂深度的影响进行了调查出苗，生长和养分利用率在本研究中。然而，我们没有审查埋深在不同时期动态p .海螵蛸生命周期。未来的工作应该研究深度如何影响其他阶段的成长，发展，和适应p .海螵蛸．

埋深与种子萌发、出苗有直接关系。适当的埋深可为出苗提供适宜的环境条件。当埋深过大时，由于缺氧或机械阻力过大，种子可能无法发芽。埋深不仅影响幼苗出苗、生长和形态，而且影响幼苗对营养元素的吸收。结果表明:(1)浅埋(1 ~ 2 cm)有利于出苗，出苗率随埋深的增加而降低;(2)植物的形态特征和生物量p .海螵蛸随贝壳砂埋深的增加，其变化规律相似。叶比p .海螵蛸根比随深度呈先降低后增加的趋势，根比随深度呈先降低后增加的趋势，茎比除2 cm深度外无变化。(3)叶片C含量随深度的增加没有变化，但N和P含量先增加后降低。叶片中氮、磷含量呈先增加后降低的趋势。C/N和C/P随深度的增加先减小后增大。N/P则相反。(4)各组分的化学计量比之间存在较强的相关性p .海螵蛸叶片和幼苗的形态发生和生物量，表明化学计量是影响叶片生长的重要因素p .海螵蛸幼苗形态发生和生物质积累。在砂砾下壳岛堤防岛上的优势植物的化学计量和生长适应研究对沿海环境恢复努力非常重要。

实验材料

p .海螵蛸2016年5 - 10月在滨州贝壳岛和国家级自然保护区(北纬38°13′40.4”，东经117°56′43.7”)采集贝壳种子和贝壳砂。种子是在贝壳堤岛实验区采集的。p .海螵蛸落叶灌木是什么萝摩科科根据中国植物区系，由孙景宽教授在本实验室正式鉴定。实验技术和使用的植物材料严格遵守中华人民共和国自然保护区的规定。成熟的p .海螵蛸种子自然干燥并在4°C保存。山东省黄河三角洲生态环境科学重点实验室，滨州学院，山东省黄河三角洲生态环境科学重点实验室ps^{− 20,161,015}-001)。贝壳砂经过筛除杂质。

实验方法

三十p .海螵蛸每个花盆在一个装满贝壳砂的塑料盆里播种，每次重复3次。根据牟等人的方法，种子埋藏深度为0、1、2、3、4和5 cm [43]．种子在昼夜温度分别为25±1℃和15±1℃的温室中栽培。相对湿度维持在50±5%。每天播种后统计出苗数。播种后30 d，每盆育苗10株。秧苗每两天浇水一次。播种后60 d测定株高和叶片数。在收获时，选择3株植物来确定株高、叶数、根长、干重、主根数、基部茎和第三叶面积(采用Plaut et al.和Parida et al.的方法确定)[44，45])。

理化参数鉴定后，将根、茎、叶装入自封袋中。然后，这些材料用蒸馏水洗涤，并干燥到恒重。测定了各部位的干重p .海螵蛸使用Vario EL III元素分析仪(德国Elementar)对C和N含量进行全面测定。采用钼锑抗分光光度法(高氯酸-浓硫酸)测定叶中的磷含量[46]．

数据分析

采用SPSS 19.0软件(SPSS Inc.， USA)进行统计学分析。采用单因素方差分析和邓肯多重对比进行显著性分析。对叶片化学计量、形态和生物量进行Pearson相关分析。利用AMOS 17.0.2软件(AMOS Development, Crawfordville, FL, USA)，采用结构方程模型分析了土壤深度、总生物量和叶片C、N、P含量之间的关系。采用最大似然法(ML)对结构方程模型进行检验，采用近似均方根误差(RMSEA)指标评价模型的拟合程度。图用Origin 9.0软件(Origin Lab Corporation, USA)绘制。

在当前的研究中使用和/或分析的数据集可从通信作者在合理的要求。

C:

碳

C / N：

碳 - 氮比

C / P:

carbon-phosphorus比率

DW:

干重

ML:

最大似然

护士:

氮

N / P:

氮磷比

病人:

磷

R / S：

根杆比率

RMSEA：

root-mean-square-error-of——近似

我们感谢朱连莲博士对样品的处理和对实验室工作的协助。

基金资助:国家自然科学基金项目(No.41971119, No. 41871089);山东省高校青年创新技术基金资助项目(2019KJD010)。资助机构为这项研究提供了资金支持，包括实验实施、抽样和数据分析。

从属关系

1. 山东省生态环境科学重点实验室，滨州大学黄河三角洲，滨州，256600

   李田，孙景宽，杨红军，刘景涛，夏江宝，邵鹏帅

贡献

SJK和LT对研究进行了构思和设计。LT和YHJ进行了实验和数据分析。LJT和XJB对手稿进行了修改。SPS提供了分析工具并分析了数据。所有作者阅读并批准了手稿。

相应的作者

对应到李天或景科太阳．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版

不适用。

相互竞争的利益

提交人声明他们没有竞争利益。

出版商的注意事项

施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构附属机构的管辖权要求保持中立。

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