持续干旱下沙地樟子松幼苗C、N、P化学计量变化规律

为明确沙地樟子松幼苗在干旱胁迫过程中C、N和P化学计量的变化规律及分配特征,通过盆栽试验,对2年生沙地樟子松幼苗进行自然干旱处理,当土壤含水量下降到田间持水量的60%、40%、30%和20%时,测定各器官(当年生叶、一年生叶、茎、粗根和细根)的C、N和P含量。结果表明:持续干旱过程中,沙地樟子松幼苗N、P含量及C∶P和N∶P变异系数在粗根中最大,C含量变异系数在细根中最大; C、P含量及C∶P变异系数在一年生叶中最小,N含量和C∶N变异系数在当年生叶中最小,N∶P变异系数在茎中最小。随着田间持水量下降,C含量在当年生叶中先下降再上升后下降,在一年生叶、茎和粗根中先升高后降低,在细根中先下降后上升; N含量在当年生叶中先下降后上升,在一年生叶、茎和粗根中下降,在细根中先降低再升高后降低; P含量在当年生叶中上升,在一年生叶、茎、粗根和细根中先下降后上升; C∶N在一年生叶、茎、粗根和细根中增加,C∶P在当年生叶中下降,各器官N∶P均降低。相同元素在不同器官间紧密相关,而不同元素间相关性较差。因此,随着干旱加剧,沙地樟子松幼苗生长受N限制逐渐增强,N利用效率提高,各元素在叶和茎中稳定性高于粗根和细根。     

干旱胁迫下接种丛枝菌根真菌对七子花非结构性碳水化合物积累及C、N、P化学计量特征的影响

以濒危植物七子花二年生幼苗为研究材料,采用盆栽试验方法,研究干旱胁迫和接种丛枝菌根真菌(AMF)处理对幼苗不同器官C、N、P化学计量关系和非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响。试验共设计4个处理:对照(CK)、干旱胁迫(D)、接种AMF(AMF)、干旱胁迫和接种AMF(D+AMF)。结果表明: 在干旱胁迫下七子花根系AMF的侵染率显著下降,但接种AMF处理植株的株高、叶片数显著高于未接种处理。接种AMF显著提高了干旱胁迫下植株根、叶可溶性糖和NSC含量及茎、叶淀粉含量,且茎和叶可溶性糖与淀粉比显著下降。干旱胁迫导致植株C含量在根和叶中显著增加,P含量在茎中显著减少;与干旱胁迫相比,胁迫下接种AMF植株根、茎、叶P含量及叶C含量显著提高,而根C、N含量及茎C含量显著降低。胁迫下接种AMF植株根、茎C∶N、C∶P、N∶P和叶N∶P均显著低于单一胁迫处理。NSC与C∶N∶P计量比的相关性分析表明,根、叶P含量与可溶性糖和NSC含量呈显著正相关,茎P含量与淀粉和NSC含量呈显著正相关,各器官N∶P与NSC含量呈显著负相关。综上,干旱胁迫显著抑制了七子花幼苗的生长,接种AMF通过提高植株根和叶的可溶性糖含量、根的可溶性糖/淀粉,增加地上部分淀粉含量,促进P元素吸收和降低各器官N∶P来增强植株耐旱性,从而提高七子花幼苗在干旱环境中的存活率。     

干旱胁迫对3种灌木不同器官化学计量特征的影响

采用盆栽控水试验,研究了3个水分处理,即田间持水量(FC)的(75±5)%、(55±5)%和(35±5)%,对丁香、黄刺梅、连翘的叶、茎、极细根(0～1 mm)、细根(1～2 mm)和粗根(>2 mm)化学计量特征的影响。结果表明: 3种灌木相同器官间氮(N)和磷(P)含量以及C∶N、C∶P、N∶P均存在显著差异。随着干旱胁迫的加剧,3种灌木各器官C含量总体上无显著变化;叶片N含量呈增加趋势,茎N含量逐渐下降,极细根和细根N含量均呈先上升后下降的趋势;叶片、茎P 含量呈降低趋势,极细根和细根P含量呈先增加后下降的趋势。3种灌木在干旱胁迫下叶C∶N呈降低趋势,叶和茎C∶P、N∶P均呈增加趋势。干旱胁迫对极细根C∶N和叶C∶P、N∶P影响最大,而对粗根C∶N、N∶P以及极细根C∶P的影响最小。土壤C、N含量与灌木各器官中C、N、P含量无显著相关性,但土壤P含量与叶和根系C、N、P含量均显著相关。土壤中相对缺乏的P是影响灌木器官化学计量特征的最重要因素。干旱对不同灌木不同器官化学计量的影响不同,叶和极细根的化学计量较其他器官对干旱胁迫更加敏感。干旱可能主要通过影响灌木对土壤中养分P的吸收和在不同器官中的分配,进而影响灌木不同器官的化学计量特征,尤其是与P相关的化学计量特征。     

干旱胁迫对杨树幼苗氮磷化学计量特征及分配格局的影响

以1年生杨树幼苗为研究对象,采用盆栽控水法,设置适宜水分、轻度、中度和重度胁迫处理(即田间持水量的80%、60%、50%和40%),研究干旱胁迫对杨树幼苗不同器官氮磷化学计量的影响。结果表明:与适宜水分处理相比,随着干旱胁迫时间延长,叶N含量先降低后增加,茎N含量先下降后无显著差异,根N含量下降;叶和茎P含量先降低后升高,根P含量增加;叶和茎N/P先升高后降低,根N/P下降。根茎叶之间的N或P含量呈显著正相关(P0.05),而各器官的N与P含量间均无显著相关性(P0.05)。N含量和N/P在各器官顺序为叶茎和根,P含量在各器官中无显著差异。各器官N含量和N/P变异系数为根茎叶;P含量变异系数在各器官相似。研究表明,随干旱胁迫加剧,杨树幼苗生长受N元素的限制作用增强;N在叶和茎中的变异程度小于P,而根中N和P的变异性相近。     

蒙古莸幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以一年生蒙古莸幼苗为对象,设置适宜水分、慢速干旱致死和快速干旱致死3个处理,研究不同干旱强度致死下蒙古莸幼苗各器官中非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)的含量变化及其分配规律.结果表明:慢速干旱致死胁迫下各器官可溶性糖含量与适宜水分组无显著差异.随时间的推移,茎可溶性糖含量先增加后减少,淀粉和NSC含量增加;粗根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加;叶可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.致死时(80 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为6.2%、7.8%、8.3%和7.4%.快速干旱致死胁迫下,各器官可溶性糖含量均高于适宜水分处理组,而淀粉和NSC含量均低于适宜水分组.随时间的推移,根可溶性糖含量下降,淀粉和NSC含量上升;茎可溶性糖、淀粉和NSC含量均上升;叶可溶性糖含量上升,淀粉和NSC含量下降.致死时(30 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为5.9%、6.6%、8.9%和7.7%.应对不同的干旱致死情况,蒙古莸幼苗各器官间非结构性碳水化合物呈现出不同的动态变化.在慢速干旱致死胁迫下,NSC优先为维持各器官生理代谢活动提供能量;而在快速干旱致死下,NSC主要以可溶性糖形式维持植物代谢,调节渗透势,促进吸水,应对急剧的干旱胁迫.     

干旱胁迫下红砂幼苗非结构性碳水化合物动态变化特征

该试验以荒漠区主要建群种红砂幼苗为研究对象,设置适宜水分(CK)、轻度干旱(MD)、中度干旱(SD)和重度干旱(VSD)4个胁迫处理(即田间持水量的80%、60%、40%和20%),采用盆栽控水试验,分别测定干旱胁迫15、30、45和60 d时红砂幼苗的叶、茎、粗根和细根中非结构碳水化合物(NSC)及其组分的含量,分析不同胁迫强度下不同干旱持续时间红砂幼苗NSC的动态变化及各组分差异,以揭示红砂NSC对干旱胁迫的响应机制。结果表明:(1)干旱胁迫强度和胁迫持续时间对红砂幼苗不同器官NSC及其组分均有显著影响,其中胁迫持续时间对NSC动态变化的影响尤为显著。(2)干旱胁迫初期,红砂叶中的NSC含量呈下降趋势,而茎中的NSC含量呈上升趋势,粗根和细根中NSC含量在各胁迫处理下基本保持稳定。(3)干旱胁迫后期,红砂叶和茎中的可溶性糖、淀粉和NSC含量逐渐增加,而粗根和细根中的淀粉和NSC含量呈下降趋势(中度干旱除外),且这一时期重度干旱处理下各器官可溶性糖和NSC的含量明显高于CK。研究发现,重度干旱胁迫能显著诱导提高红砂幼苗不同器官中的NSC含量,并通过分解根中淀粉和增加叶片中可溶性糖含量的方式来调节细胞渗透势平衡,以维持细胞活力,进而保持红砂在干旱胁迫后期的存活。     

沙地樟子松幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以2年生沙地樟子松幼苗为对象,通过持续自然干旱处理,研究当土壤含水量下降到田间持水量的60%、40%、30%、20%和15%时幼苗叶片水势及不同器官(一年生叶、当年生叶、茎、粗根和细根)的可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物(NSC)的含量,分析沙地樟子松幼苗在干旱致死过程中各器官NSC的分配规律及其适应机制.结果表明: 土壤含水量从田间持水量的40%下降到15%,幼苗叶片凌晨及正午水势无显著变化.当土壤含水量从田间持水量的60%下降到30%,各器官可溶性糖、淀粉、NSC含量和可溶性糖/淀粉先下降后上升.从30%下降到20%,当年生叶、一年生叶、茎和细根可溶性糖、淀粉和NSC含量降低,而粗根可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.从20%下降到15%,当年生叶、一年生叶和茎可溶性糖、淀粉和NSC含量降低,粗根可溶性糖和NSC含量下降,淀粉含量上升,细根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加.沙地樟子松幼苗通过不断调整各器官NSC及其组分含量变化以适应不同干旱环境,土壤含水量下降到田间持水量的30%后,幼苗可溶性糖和NSC含量总体呈下降趋势,淀粉在粗根和细根中积累,幼苗可能因碳耗竭而死亡.     

小叶锦鸡儿幼苗非结构性碳水化合物积累及分配对干旱胁迫的响应

以2年生小叶锦鸡儿幼苗为研究对象,采用盆栽控水法,设置适宜水分、轻度、中度和重度胁迫处理(即田间持水量的80%、60%、40%和20%),探讨小叶锦鸡儿幼苗在干旱胁迫历时15、30、45和60 d各器官非结构性碳水化合物(NSC)的响应规律。结果表明:不同干旱胁迫处理程度与时间对小叶锦鸡儿幼苗叶片、茎、粗根和细根可溶性糖、淀粉及总NSC含量均具有显著交互作用。轻度胁迫下,各器官可溶性糖、淀粉及总NSC含量在胁迫30 d时均显著低于适宜水分处理,细根可溶性糖和粗根淀粉含量在胁迫60 d时显著高于适宜水分处理。中度胁迫下,随着胁迫时间延长,茎和粗根可溶性糖含量先低于适宜水分处理,而后逐渐增加;与轻度胁迫处理相比,叶片、茎和细根可溶性糖含量增加,茎和粗根淀粉含量降低。重度胁迫下,各器官淀粉含量在胁迫15 d时显著低于适宜水分处理;在胁迫60d时显著高于适宜水分处理。以上结果说明,小叶锦鸡儿幼苗通过调整各器官NSC积累及分配应对不同干旱环境。     

油松幼苗非结构性碳水化合物对干旱胁迫的阶段性响应

为探讨干旱胁迫对油松非结构性碳水化合物（NSC）的影响及其响应机制,以2年生油松幼苗为对象,设置适宜水分、轻度、中度和重度干旱胁迫处理（即80%、60%、40%和20%田间持水量）,比较幼苗在不同胁迫时间（15、30、45和60 d）各器官NSC含量的变化规律。结果表明：不同干旱胁迫处理程度与时间对油松幼苗当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根的可溶性糖、淀粉及总NSC含量均具有显著交互作用。干旱胁迫15 d时,当年生叶NSC含量在干旱胁迫处理显著低于适宜水分处理,细根NSC含量在轻度和重度胁迫处理显著高于适宜水分处理。干旱胁迫45 d时,随着胁迫程度增加,当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根淀粉含量均呈增加趋势。干旱胁迫60 d时,随着胁迫程度增加,细根淀粉含量呈下降趋势,细根可溶性糖及NSC含量在胁迫处理显著低于适宜水分处理。综上所述,油松幼苗胁迫初期,NSC优先供给细根以促进吸收水分,而长期胁迫,将导致NSC向下运输受阻,根系生长和吸收功能下降。这种NSC对干旱胁迫阶段性响应策略的揭示为东北地区油松幼苗造林最佳时间选择及水分管理提供数据支持。     

模拟氮沉降对杉木幼苗养分平衡的影响

为研究氮沉降对植物养分平衡的影响,对1a生杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook.）幼苗进行了室内模拟试验。以NH4NO3作为外加氮源,设计了N0（0 g N m-2?a-1）、N1（6 g N m-2?a-1）、N2（12 g N m-2?a-1）、N3（24 g N m-2?a-1）和N4（48g N m-2?a-1）等5种氮沉降水平,每处理重复6次。通过1a的试验发现,杉木幼苗叶、茎、粗根和细根中的N、K、Mg含量随氮处理水平的增加而上升,但Ca在各器官中的含量则呈下降趋势;中低氮（N1,N2）对叶、茎和粗根中P的含量表现为促进作用,而高氮（N3,N4）则表现为抑制作用。幼苗各器官中的N与其他养分元素的比值随氮处理水平的增加而普遍升高,但粗根中的N/K、N/Mg则表现为下降。与对照（N0）相比,在N1、N2、N3、N4处理中,幼苗对外加氮素的表观利用率分别为60.7%、57.9%、43.3%和27.9%,随氮处理水平增加,利用率呈明显下降趋势。随着氮处理水平的增加,幼苗体内的氮分配到叶和细根中的比例增加,而分配到茎和粗根中的比例下降。因此,氮沉降明显增加了杉木幼苗各器官的氮含量,影响了幼苗的养分平衡。     

干旱-复水处理对杠柳幼苗光合作用及活性氧代谢的影响

采用人工控制土壤水分试验,以80%田间持水量处理为对照,研究了3次干旱-复水处理对2年生杠柳幼苗叶片光合作用,根、茎、叶膜脂过氧化和抗氧化系统的影响.结果表明: 在干旱条件下, 杠柳叶片相对含水量和光合速率(P_n)显著降低,光合色素含量升高. 干旱复水后,叶片相对含水量完全恢复,反映了杠柳较强的旱后修复能力;叶绿素含量和P_n均明显高于对照,表现出补偿效应,适度干旱诱导了杠柳的抗旱适应性.干旱胁迫使P_n下降,以气孔限制为主,但在中午发生了非气孔限制;幼叶、新茎和细根中的超氧阴离子产生速率升高,丙二醛含量则降低,说明这些幼嫩组织未受到氧化伤害.不同器官中SOD、CAT和POD活性及变化趋势不同,以细根的3种保护酶的反应最为灵敏,说明细根是杠柳适应干旱环境的重要器官.器官间的相互合作与协调使杠柳能有效地适应干湿交替的干旱环境.     

华北落叶松根茎叶碳氮磷含量及其化学计量学特征的季节变化

以秦岭20年生华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林为研究对象, 对其不同季节细根、茎(干)和针叶中的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量以及生态化学计量学特征进行了分析。结果表明, 根、茎和叶中C含量在生长季节内呈先升高再降低而后又升高的变化趋势, 3种器官C含量从大到小依次为茎>针叶>细根; N含量呈波动式变化; 针叶和细根中P含量均呈“降低→升高→降低→相对稳定”的变化趋势, 茎中P含量则呈先降低后升高又逐渐降低的变化趋势, N和P含量均依次为针叶>细根>茎。在华北落叶松整个生长季(5–10月), 细根和针叶中均为全N含量变异性最大, 茎中则为P含量的变异系数最大, 3种器官中C含量的变异性均最小。华北落叶松3种器官中C:N和C:P的季节变化趋势与各器官N、P含量的变化规律相反。N:P值在茎中最高, 在细根中最低。整个生长季中C:N的变异系数从小到大依次为细根<茎<针叶, 而C:P和N:P的变异系数从小到大的排序均为细根<针叶<茎。生长季节与不同器官对华北落叶松C、N、P含量及其计量比影响的交叉分析显示, C、N和P含量及C:N的变异主要受不同器官的影响, C:P和N:P的变异则主要受不同器官和生长季节的交互作用影响。细根C:N:P质量比(369:7:1)与针叶(309:10:1)相近。细根C、N和P的生态化学计量特征相对稳定, 不受生长季节的影响, 可用于生态系统问题的分析。     

降水变化对红砂-珍珠碳、氮、磷化学计量特征的影响

以荒漠C3植物红砂(Reaumuria soongarica)和C4植物珍珠(Salsola passerina)为材料,在西北干旱荒漠区沿自然降水梯度,对不同降水条件下单生和混生红砂与珍珠根、茎、叶器官碳、氮、磷化学计量指标进行测定,分析其在不同生境下化学计量特征对种间关系及环境胁迫的响应规律。结果表明:(1)随干旱胁迫程度增加(降水量的减少),红砂各器官C含量平均升高7.73%,N、P含量分别平均降低6.20%、10.61%;珍珠各器官C含量平均升高7.36%,N、P含量分别平均降低5.93%、14.03%。两种植物叶片C含量升高表明其光合速率较低,生长缓慢,但对外界不利环境的防御能力增强,能更好地适应干旱环境。(2)干旱胁迫改变了红砂和珍珠的N、P含量在各器官的分配模式,两种植物N、P含量在叶部高于根部,在根、叶中N/P明显高于茎,表明两种植物不同器官受到的养分限制不同。(3)红砂各器官C、N、P含量高于珍珠,说明红砂防御能力较强,生长速率高,对资源的竞争和利用能力较珍珠强;珍珠C/N和C/P均高于红砂,表明珍珠比红砂有较强的碳同化能力和较高的营养利用效率。(4)在干旱胁迫条件下,红砂和珍珠均表现为碳素积累、氮磷素限制的格局,它们对于氮和磷的养分利用不活跃,受到氮和磷养分的限制较为均衡。     

氮磷添加对巨桉幼苗生物量分配和C:N:P化学计量特征的影响

巨桉(Eucalyptus grandis)是一种优良的速生用材树种, 了解氮(N)和磷(P)对巨桉生长、养分限制、化学计量特征的影响对于科学合理施肥具有重要意义。该实验以巨桉无性系组培苗为研究对象, 通过在酸性紫色土中设置不同施N或施P梯度, 研究巨桉幼苗各器官(根、茎、叶)生物量及碳(C)、N、P的分配和化学计量特征以及巨桉生长的养分限制状况。结果表明: 施N处理对巨桉根茎叶及总生物量的影响极显著, 增加了地上部分的生物量比例而显著降低了根系的生物量比例; 施P对巨桉幼苗总生物量影响不显著, 但显著提高了根的生物量分配比例, 对茎和叶的生物量分配没有显著影响。施N或施P显著改变了巨桉幼苗的N、P含量和化学计量比, 同时也显著影响了土壤与植物N:P的关系。施N可以促使酸性紫色土条件下巨桉对N的吸收而抑制对P的吸收, 施P则促进巨桉幼苗对P的吸收。施N对巨桉幼苗根茎叶的C、N、P分配特征有极显著影响, 而施P对巨桉幼苗根茎叶的C、N、P分配没有显著影响。施N极显著降低了巨桉幼苗N的利用率, 显著提高了P的利用率, 而施P处理极显著降低了巨桉幼苗P的利用率。从巨桉生物量沿施肥梯度和N:P的变化规律可以判断, 当叶片N:P < 15时, 巨桉的生长主要受到N的限制作用。施N可以显著地提高根茎叶的N:P比值, 缓解巨桉缺N的现象, 施P则进一步加剧了N元素的缺乏。