不同养分环境下木荷种源生长和根系发育对邻株竞争响应的差异

研究同质和异质养分环境中邻株竞争对3个木荷种源生长和根系发育的影响,揭示了不同种源木荷生长竞争能力差异原因.结果表明: 与同质养分环境相比,3个木荷种源在异质养分环境中具有苗高生长量大、干物质积累量高和根系增生明显等特点.在异质养分环境下,福建建瓯种源木荷苗木生长量显著高于浙江龙泉和江西信丰种源,与杉木混植时尤为突出,这与其根系形态可塑性高和拓殖能力强有关,混植时,福建建瓯种源木荷的根长、根表面积和根体积等根系生长量较单植显著增长20.4 %～69.0%,其根系在富养表层大量增生的同时快速向深层贫养层拓殖,占有了更多的空间和资源,提高了觅养能力,使其生长优势更为明显,而浙江龙泉和江西信丰种源根系生长和深层土壤根系分布受邻株竞争影响不同程度的降低.纯植时,可能由于根系自我识别作用,3个木荷种源的根系生长发育均受到抑制,导致福建建瓯种源苗木生长量显著减小,而浙江龙泉种源苗高和干物质积累增长明显,这与其根系生理可塑性有关.建议生产上选用觅养效率高和竞争能力强的福建建瓯种源木荷,采用混交造林的方式提高木荷人工林生产力.     

异质养分环境下邻株竞争对3个木荷种源干物质积累及氮磷效率的影响

为了探究不同木荷种源混交林和纯林生产力差异原因,采用盆栽试验,模拟异质和同质性森林土壤环境,并设计木荷单植、双株纯植和与杉木混植3种栽植模式,重点研究了异质养分环境下邻株竞争对3个木荷种源(福建建瓯、江西信丰和浙江龙泉种源)干物质积累及氮磷效率的影响。结果表明:与同质养分环境相比,木荷种源在异质养分环境中具有干物质量大,氮、磷吸收效率高的特点,尤以福建建瓯种源优势最大。邻株竞争对木荷种源的干物质量和氮、磷吸收效率影响显著。在异质养分环境中,与杉木邻株竞争时,木荷福建建瓯种源干物质积累量优于单植和双株纯植模式。这与其根冠比和生理可塑性较强有关,混植时,其根冠比明显降低,将更多的干物质分配至叶片,增强了光合能力;同时氮、磷吸收效率也显著提高,进而积累了较高的干物质量,提高了竞争力。相反,混植时江西信丰和浙江龙泉种源氮和磷吸收效率却不同程度地低于其单植或与之相近,根冠比较高,结果影响了干物质积累。同种邻株竞争虽促进了浙江龙泉和江西信丰种源的氮、磷吸收,但抑制了两元素的利用效率,而福建建瓯种源氮、磷效率受影响较小,且明显高于其他种源,从而形成较高的干物质量。以上研究结果表明,福建建瓯种源较高的生物量分配和生理可塑性是其生产力高和生长竞争优势明显主要原因。     

低磷胁迫下不同种源马尾松的根构型与磷效率

以浙江淳安、福建武平、广西岑溪和广东信宜4个代表性的马尾松种源为试材,设置异质低磷胁迫、同质低磷胁迫等不同磷素处理,研究马尾松种源感知不同类型低磷胁迫的根构型及磷效率变异规律.结果表明:无论在异质低磷还是同质低磷胁迫下,参试种源马尾松的主要生长性状和磷效率指标均存在极显著的种源间变异.异质低磷胁迫下,广东信宜、福建武平种源马尾松表现出较高的磷效率和干物质积累量,根构型发生适应性变化,富磷表层介质中的根系参数显著高于低磷效率的广西岑溪和浙江淳安种源.这是磷高效种源具有较高的磷素吸收效率和磷效率的重要机制.不同种源的表层富磷介质根系参数与其整株干物质积累量相关系数在0.95以上.同质低磷胁迫下,高磷效率种源马尾松的磷吸收率显著高于低磷效率种源,但表层介质中的根系参数和整株根系参数与整株干物质积累量的相关性较低.不同种源马尾松适应同质低磷胁迫和异质低磷胁迫的生物学机制有所差异,应有针对性地选择不同土壤磷素的森林立地并推广磷营养高效的马尾松种源.     

施氮对木荷3个种源幼苗根系发育和氮磷效率的影响

以浙北、闽北和赣南3个木荷有代表性的种源作为试验材料,通过人工控制施氮来研究氮沉降对林地贫瘠土壤上木荷幼苗生长和氮磷效率的影响.实验分为4个处理组,分别人工喷施NH4NO3溶液0、50、100和200 kg N hm-2·a-1.结果表明:氮沉降对木荷幼苗生长产生了不同程度的促进作用.木荷幼苗根系干物质重、总长、平均直径、根总表面积和总体积增加了33％-73％,其中＞0.5mm直径的根系生长最为显著,根系呈粗壮舒张型.随氮水平的提高,氮磷吸收效率与根系总长、根系体积、根系平均直径和总表面积相关性增强.在中氮水平下,木荷幼苗根系氮吸收效率受＞0.5mm根长的作用显著,而磷吸收效率与≤0.5mm,0.5-1.0mm和≥1.0mm 3种直径根系根长均显著相关.木荷种源间差异显著,福建建瓯种源根系发达,氮磷的利用效率更高,低氮水平对其根系生长促进作用显著;浙江杭州种源在低氮水平下,地上部分生长促进作用显著,苗高和地径较对照分别增长34％和26％,而根系生长发育迟缓,对氮素响应迟钝;低氮促进江西信丰种源整体增长,但随氮水平提高,地下部生长抑制加强.     

木荷稳定碳同位素分辨率的种源差异

利用设置在福建建瓯、浙江淳安和浙江庆元3个区试点的5年生木荷种源试验林,选取18个代表性种源测定叶片的稳定碳同位素分辨率(Δ值),研究其在种源间的差异和地理变异模式,以及造林立地环境和种源生长对其的影响.结果表明：木荷种源叶片稳定碳同位素分辨率存在很大差异,福建建瓯、浙江淳安和庆元3个区试点的叶片Δ值最高和最低种源分别相差6.9％、3.0％和3.7％.种源叶片Δ值与其产地纬度呈显著负相关,而与产地经度的相关性较小,表现为典型的纬向渐变模式,来自木荷分布区南部的种源叶片Δ值较大,说明其长期水分利用效率较低.随着造林立地环境的改善和年降雨量的增多,木荷叶片Δ值显著增加.种源叶片Δ值与其树高、胸径、一级侧枝总数和最大侧枝长等皆呈显著正相关,树冠浓密的速生种源具有较高的Δ值.此外, 在木荷中心产区(福建建瓯)和边缘产区(浙江淳安)分别初选出2个和4个水分利用效率高的速生优良种源,供推广应用.     

干旱胁迫对不同烤烟品种根系生长和生理特性的影响

以抗旱型烤烟品种‘农大202'及一般型烤烟品种‘NC89'和‘K326'为材料,采用盆栽试验研究了干旱胁迫对根系生长和生理特性的影响,以明确各烟草品种的抗旱能力及其与根系生长和生理特性的关系.结果显示:严重干旱胁迫之后各烤烟品种根系鲜重、干重上升,而根系活力、根系吸收面积以及根系SOD和POD活性等根系生理指标则呈下降趋势.在干旱胁迫条件下,‘农大202'的根系总吸收面积、活跃吸收面积、根系活力、SOD活性和POD活性均显著高于两对照品种‘NC89'和‘K326',但其根系鲜重和干重等生物量并不具有太大的优势.研究表明,烟草的根系生长和生理特性对环境水分条件的响应存在明显的基因型差异;在干旱胁迫条件下, ‘农大202'根系能保持较高总吸收面积、活跃吸收面积、根系活力和保护酶活性,是其具有较强抗旱性的生理基础.     

低磷和干旱胁迫对大豆植株干物质积累及磷效率的影响

土壤缺磷和季节性干旱已经成为南方酸性红壤地区大豆生产的主要限制因素之一。选取2个大豆品种巴西10号(磷高效)和本地2号(磷低效),研究其在不同磷素(0,15, 30 mg/kg P)和水分处理(分别在开花期和结荚期进行干旱胁迫)下的反应,从植株生物量、叶绿素含量、磷效率指标等方面研究不同基因型大豆对水磷耦合胁迫的适应机制。研究结果表明,随着土壤磷素水平的增加,两个品种的生物量和叶片叶绿素含量显著增加,根冠比则显著下降。在同一磷素水平处理下,干旱胁迫则导致较高的根冠比,对叶片叶绿素含量影响不大,两个品种表现一致。两个基因型大豆受到干旱胁迫后,其产量均显著低于正常水分处理。中等施磷能显著提高两个大豆品种的产量,但高磷处理对产量的增加幅度有限,甚至高磷处理还造成本地2号减产。巴西10号的产量随土壤中磷素的增加而增加,而本地2号的产量则为中磷>高磷>低磷,不管是磷处理还是水分处理,巴西10号的产量均高于本地2号。无论是花期干旱还是结荚期干旱,巴西10号和本地2号的根磷效率比、磷吸收效率及磷转移效率均随土壤磷浓度的增加而增加,磷利用效率则降低。总体上来讲,巴西10号的磷吸收效率和利用效率高于本地2号,而根磷效率比、磷转移效率则小于本地2号。     

盐旱复合胁迫对小麦幼苗生长和水分吸收的影响

为明确盐害、干旱及盐旱复合胁迫对小麦幼苗生长和水分吸收的影响,从而为盐害和干旱胁迫下栽培调控提供理论依据。以2个抗旱性不同的小麦品种(扬麦16和耐旱型洛旱7号)为材料,采用水培试验,以NaCl和PEG模拟盐旱复合胁迫,研究了盐旱复合胁迫下小麦幼苗生长、根系形态、光合特性及水分吸收特性的变化。结果表明,盐、旱及复合胁迫下小麦幼苗的生物量、叶面积、总根长与根系表面积、叶绿素荧光和净光合速率均显著下降,但是复合胁迫处理的降幅却显著低于单一胁迫。盐旱复合胁迫下根系水导速率和根系伤流液强度显著大于单一胁迫,从而提高了小麦幼苗叶片水势和相对含水量。盐胁迫下小麦幼苗Na~+/K~+显著大于复合胁迫,但复合胁迫下ABA含量却显著小于单一的盐害和干旱胁迫。因此,盐旱复合胁迫可以通过增强根系水分吸收及降低根叶中ABA含量以维持较高光合能力,这是盐旱复合胁迫提高小麦适应性的重要原因。洛旱7号和扬麦16对盐及盐旱复合胁迫的响应基本一致,但在干旱胁迫下洛旱7号表现出明显的耐性。     

磷元素和土壤酸化交互作用对核桃幼苗光合特性的影响

核桃(Juglans regia)向南推广种植不可避免地会遇到土壤酸化和缺磷的环境, 这种环境如何影响核桃的生长是生产中需要知晓的基础问题。该文研究了土壤不同pH值对核桃的磷素营养影响以及缺磷对核桃幼苗水分平衡、光合特性和生长的影响。在温室内采用砂培盆栽试验, 研究一年生核桃嫁接幼苗在不同pH值、磷水平基质中的水分关系、光合特性和生长的应对机制。研究设4种处理, 即: 对照(正常供应磷素+ pH 6.0); 正常供应磷素+ pH 3.0; 不添加磷素+ pH 6.0; 不添加磷素+ pH 3.0。结果显示: pH值与磷素对核桃幼苗的影响是两个相互独立的过程, 酸性(pH值3.0)条件下, 核桃幼苗根系生物量降低、根冠比减小, 根系导水率降低, 对磷素的吸收利用减少, 尽管其供磷正常, 但各生长指标及生理指标与磷胁迫条件下反应相似; 两因素具有一定的叠加性, 在磷胁迫条件下, 酸化(pH值3.0)对核桃幼苗的损害进一步加剧。各指标具体变化如下: 酸化及磷胁迫条件下核桃根系水分导度降低, 叶柄木质部结构改变, 导管密度降低, 木质部导管栓塞程度增加, 叶柄导水率下降, 植株水分运输效率降低, 叶片水势降低, 诱导气孔关闭; 气孔导度降低, 光合作用能力下降; 胁迫条件下, 叶绿素荧光参数最大光化学效率低于0.8, 实际光化学效率、光化学淬灭下降, 非光化学淬灭增加, 核桃幼苗受胁迫环境损害, 叶片光系统II光合电子传递活性受到抑制, 光合能力下降。总之, 土壤酸化抑制了核桃幼苗对磷元素的吸收利用, 造成体内缺磷; 磷胁迫及酸化抑制了叶柄木质部的发育, 降低了根系水分导度和叶柄导水率, 干扰了核桃幼苗水分平衡, 通过气孔与非气孔共同调节, 限制了核桃幼苗光合作用, 抑制了核桃幼苗高生长、直径生长及叶面积增加; 但并没有发现土壤酸化和缺磷之间有明显的交互作用。     

干旱胁迫对甘草幼苗生长和渗透调节物质含量的影响

采用人工控制水分模拟干旱的处理方法,研究了干旱胁迫对甘草幼苗生长状况、水分状况和主要渗透调节物质含量的影响.结果显示:轻度干旱胁迫有利于甘草幼苗根系生长,植株根冠比加大.干旱胁迫下甘草根叶组织中相对含水量下降,束缚水/自由水升高.甘草幼苗组织中渗透调节物质可溶性蛋白、游离脯氨酸、可溶性糖含量在干旱胁迫下也均显著增加;且...     

岷江干旱河谷土壤水、氮和磷对小马鞍羊蹄甲幼苗生长的影响

资源阈值对植物的影响是恢复生态学的重要议题.通过近似模拟岷江干旱河谷自然干旱条件下水、氮和磷的阈值,设计析因实验,研究了一个生长季节内小马鞍羊蹄甲幼苗生长、生物生产量、资源利用效率和存活率的变化.结果表明：高水（40%田间持水量）、高磷（24 mg P·kg^-1）和低氮（100 mg N·kg^-1）处理分别促进了幼苗生长,增加了生物生产量,提高了存活率和水分利用效率,氮磷交互作用显著,水分和养分交互作用不明显.高氮（240 mg N·kg^-1）有强烈的负效应,高磷可以增大根面积、根长和根生物量,提高对氮和磷的吸收,缓解高氮的抑制作用.养分利用效率和幼苗根茎比呈显著正相关,并保持相对稳定.高水、高磷和低氮耦合有效地促进了幼苗的生长,而低水、低磷和高氮耦合则明显抑制了幼苗生长.     

磷胁迫对不同种源枫香生长及氮、磷吸收利用率的影响

基于枫香(Liquidambar formosana)作为先锋树种的生态价值及南方红壤缺磷的现状,采用裂区设计,以不同磷水平模拟磷胁迫砂培处理枫香三叶期幼苗,研究7个种源枫香对磷水平的响应差异.结果表明：不同种源枫香间耐磷胁迫差异显著.随磷胁迫的加剧,各种源的生物量和氮、磷吸收量减少,而利用率增加.高磷处理条件下,南昌和宜兴种源枫香生物量和氮、磷吸收量较高,利用率较低,南丹种源枫香的氮、磷利用率较高,吸收量较低;低磷处理时,南昌和南丹种源枫香的磷吸收量、利用率和生物量均较高.说明高磷时,枫香高生物量种源呈高效吸收;而低磷时,则呈高效吸收和高效利用的特点.南昌种源是优良的耐磷胁迫种源,南丹种源次之;磷不是枫香的限制性养分因子.叶片Δ（N/P）、磷效率和生物量可作为确定枫香耐磷胁迫的指标.     

Effects of drought stress and N supply on the growth, biomass partitioning and water-use efficiency of Sophora davidii seedlings

A greenhouse experiment was conducted in order to understand the adaptation responses to different water and N conditions, and further explore if additional N supply could improve the water-use efficiency (WUE) and adaptability of Sophora davidii seedlings under dry conditions. Two-month-old seedlings were subjected to a completely random design with three water (80, 40 and 20% water field capacity (FC)) and three N supply (N0: 0, Nl: 92 and Nh:184 mg N kg⁻¹ soil) regimes. Drought stress dramatically decreased seedlings height, basal diameter, leaf number, leaf area, root length, and biomass production. An increase in below-ground biomass was observed indicating a higher root/shoot ratio (R/S) under drought stress conditions, and drought further decreased relative water content (RWC) and WUE. On the other hand, S. davidii seedlings exhibited strong responses to N supply, but the responses were inconsistent with the various N supply levels. Low N supply (Nl) increased seedlings height, basal diameter, leaf number, leaf area, and biomass production, but decreased root length. In contrast, high N supply (Nh) decreased or had little effect on these growth characteristics. N supply increased leaf percentages, but decreased fine root percentages. In addition, Nl rather than the other two N treatments increased leaf area ratio (LAR), leaf/fine root mass ratio (L/FR), R/S and RWC under severe drought stress (20% FC), even though these parameters could increase with the Nh treatment under well-watered condition (80% FC). Moreover, Nl also increased WUE under three water conditions, but Nh had little effect on WUE under drought stress conditions (40% FC and 20% FC). The results suggested that water and N co-limited the growth of S. davidii seedlings, and the seedlings exhibited great positive responses to Nl in this study. Appropriate or low N supply, therefore, would be recommended to stimulate growth, enhance WUE, alleviate drought stress, and consequently contribute to S. davidii seedling establishment under dry condition, but excess N supply should be avoided.     

土壤湿度对香樟幼苗根系生长和构型的影响

以1年生香樟(Cinnamomum camphora)幼苗为试材,设置对照组(CK)、中度干旱处理(M)、重度干旱处理(S)三个处理,比较不同土壤湿度下香樟幼苗不同时期地上部分生长和根系构型,探究香樟幼苗根系对不同土壤湿度的适应性及其耐旱机制。结果表明,中度和重度干旱处理组的香樟根系及地上部分干物质积累、根系长度、根系表面积、根系直径和根尖数均显著小于对照组(P<0.05)。同时干旱显著增加香樟幼苗的根系拓扑指数,降低香樟根的分形维数和平均分枝角度(P<0.05)。可见土壤湿度程度及处理时间显著影响香樟根系的生长及在土壤中的布局。较低土壤湿度可显著抑制根长的延长、根表面积扩大和根的增殖,且随着土壤湿度的继续降低以及处理时间延长,香樟幼苗根系的生长受到水分亏缺的抑制作用加重,根系建成成本增高的同时,根系分枝的复杂性降低,根系必须通过朝着更陡、更深的方向生长伸长来提高水分吸收效率。建议在园林绿化工程养护过程中制定科学的水分管理策略,以满足香樟生长过程中对土壤水分的需要。     

Effects of localized nitrogen supply treatments on growth and root parameters in Pinus massoniana families under phosphorus deficiency

Aims A heterogeneous spatially distribution of nutrients in natural soil may affect plant growth. The objective of this study was to determine the effects of localized nitrogen (N) supply treatments on growth traits and root parameters among different families in Pinus massoniana.Methods Five families of P. massoniana seedlings from full-sib progenies were used as test materials (1, 25, 49, 52, and 57). This study included two conditions, (i.e. homogeneous phosphorus (P) deficiency vs. heterogeneous P efficiency) among soil layers in combination with four N supply treatments in a one-year pot experiment. These N supply treatments were: (1) Homogeneously high N along the soil profile (HHH); (2) high N-high N-low N (HHL); (3) low N-low N-high N (LLH); (4) low N-low N-on side with N addition and the other side without N supply (LLH/L).Important findings This study indicated that localized N supply treatment did enhance the growth of P. massoniana, and this enhancement mainly happened in the pattern of N applied to deep soil. The results showed: 1) Compared to the homogeneous low P condition, there were increase in the growth traits and root parameters of P. massoniana under heterogeneous low P condition. Particularly, the root length and root surface area under the heterogeneous P deficiency condition were 1.95 times and 2.11 times higher than that subjected to the homogeneous P deficiency. 2) Localized N supply treatment affected seedling growth, and there was a significant interaction among N supply pattern and P condition. In compared with homogeneous N supply treatment, the height, basal diameter and dry weight of seedlings increased significantly by localized N supply treatments (LLH and/or LLH/L) under both two P deficiency conditions. But when the seedlings parameters were enhanced under homogeneous P deficiency, they were inhibited under heterogeneous P deficiency subjected to HHL. 3) Within the two P conditions, LLH and LLH/L stimulated root proliferation significantly, and root parameters were significantly enhanced under the heterogeneous P deficiency condition. Specifically, the root length and root surface area subjected to LLH/L rather than HHH were significantly enhanced by 29.2% and 32.3%, respectively. However, the length and surface area of the roots were suppressed by HHL treatment. 4). There were significant differences in response to different N supply treatments among P. massoniana families Seedlings in the families of 49, 52, and 57 responded to the localized N supply treatments with increased root proliferation, which enhanced seedling dry mass. On the other hand, the seedling growth in the family of 25 were stimulated by N and (or) P concentration, while the response of seedlings in the family of 1 to local nitrogen supply was relatively slow and exhibited growth retardation.     

白刺花幼苗对不同强度干旱胁迫的形态与生理响应

为了探讨白刺花 (Sophora davidii (Franch.) Skeels) 幼苗对持续干旱胁迫的适应能力及对策,用盆栽方法人工模拟土壤干旱条件,设置土壤田间持水量 (WHC) 100%、80%、60%、40%和20% 5个干旱胁迫处理,研究了幼苗生长、生物量分配、水分利用效率 (WUE) 、叶形态解剖结构以及光合色素等在不同干旱胁迫强度下的变化特点.结果显示,胁迫处理96d后,100% WHC条件下白刺花幼苗的总叶面积、分枝数、基径及最大根长等均最大;80% WHC对幼苗产生了轻度胁迫,随着干旱胁迫强度的进一步增加,幼苗生长显著减小.干旱胁迫限制了新生叶发生与单叶面积扩展,导致冠层总叶面积减小,从而引起幼苗光合能力及生物量积累均降低.随着胁迫强度的增加,叶生物量所占的比例及叶面积/根生物量的比值都明显减小,而根生物量所占的比例增大,这说明叶生长对干旱胁迫反应比根更加敏感.另外,干旱胁迫下WUE随着生物量与耗水量的减小而降低,表明幼苗具有浪费型水分利用对策.叶绿素 (Chla、Chlb和Chla+b) 及类胡萝卜素含量 (Car) 都随着干旱胁迫增强而呈增大趋势,但Chla/b及 Chl/Ca变化趋势相反.干旱胁迫对叶片解剖结构影响较小,土壤水分减少时仅栅栏组织厚度略有增厚,海绵组织变薄.研究结果证明,60% WHC是幼苗生长、生物量积累、WUE和光捕获复合体活性受到明显抑制的干旱胁迫强度阈值;20% WHC胁迫处理对幼苗产生了严重危害.但是在实验过程中,即使在20%WHC条件下也未出现叶片凋落及幼苗死亡,表明当年生白刺花具有较强的干旱忍受能力,幼苗通过减小地上蒸发面积、增加地下生长及叶绿素含量等多种形态与生理策略适应干旱胁迫.