异质性供氮环境下杉木、马尾松、木荷氮素吸收偏好及其根系觅氮策略

【目的】林木可吸收利用土壤中的NH4+-N和NO3--N存在很大的空间异质性,不同树种具有不同的N素吸收偏好和根系觅N策略。研究亚热带主要针叶树种杉木、马尾松和阔叶树种木荷的N素吸收偏好及异质N环境中的根系形态特征和苗木生长,为揭示3个树种的N素营养性状遗传特性提供参考,对营造针阔混交林、提高林地N素利用效率和生产力具有重要理论价值。【方法】以杉木、马尾松和木荷幼苗为研究对象,采用自主研发的异质养分环境根箱培养系统,构建不同N素形态(NH4+-N和NO3--N)和浓度配比的4个供N处理(NH4+∶NO3-为10∶0和0∶10的高异质性、8∶2和2∶8的中异质性、6∶4和4∶6的低异质性、5∶5和5∶5的同质性),分析3个树种根系生长与形态特征、苗木生长和生物量。【结果】1)异质性供N处理下,杉木在NO3--N斑块中的根长、根表面积和根生物量均显著大于NH4+-N斑块中的值,而马尾松和木荷则是NH4+-N斑块中的值大于NO3--N斑块中的值;杉木根系平均直径NO3--N斑块中的小于NH4+-N斑块中的值,而马尾松和木荷根系平均直径为NO3--N大于NH4+-N斑块中的值,3个树种根系特征参数在同质供N处理下的2个斑块间无显著差异。总根长、根表面积和根生物量均表现为:同质<低异质<中异质<高异质,高异质性供N处理下根系生物量比其他3个处理分别高7.96%~20.15%、3.47%~19.07%、4.49%~9.08%。2)3个树种苗高、地径、总生物量表现为:低异质>同质>中异质>高异质,生物量在低异质性供N处理下比其他3个处理分别高5.40%~33.67%、7.61%~31.24%和11.32%~36.61%,根冠比在高异质供N处理下相比同质供N处理下的提高58.47%~92.68%。【结论】在同质供N的理想环境中,杉木、马尾松和木荷的根系生长无显著的N素吸收偏好性。但在NO3--N和NH4+-N的异质性供N环境下,杉木偏向于在NO3--N的斑块中生长更多更细长的根系,而马尾松和木荷则偏向于在NH4+-N斑块中生长更多更细长的根系。3个树种根长、表面积和生物量随着异质供N性的程度提高而增大,但根系平均直径越小,且N异质性程度越大越不利于苗木生长和生物量的累积。

林木氮素吸收偏好性及其形成机制研究进展

森林土壤中可被林木吸收利用的氮(N)素主要以铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)的形态存在。受全球气候变暖、氮沉降和人类活动等因素的影响,NH+4和NO-3的分布存在很大的时间波动性和空间异质性,且NH+4-N和NO-3-N亏缺已成为限制林地生产力的主要因素。在森林土壤N亏缺和N异质分布的逆境中,在林木长期进化过程中形成了对不同形态N素的吸收偏好,且这种吸收偏好会随生长环境条件而发生改变。特别是对于NH+4和NO-3这2种主要形态的偏好选择性已被证明是决定林木生产力、竞争、共存和生态演替的重要因素之一。对不同树种在N异质分布环境下的N吸收偏好和形成机制的研究,是揭示林木N素营养遗传特性和提高林地N素利用效率的关键。文中从森林土壤中N的主要形态及其分布特征、林木对不同形态N素的吸收偏好和形成机制、林木N吸收偏好的影响因素3个方面进行总结阐述,并对未来研究方向进行展望,以期为我国人工林培育中不同树种的造林配置和合理N素施肥技术提供理论依据和参考。

围栏对高寒草原优势物种氮吸收策略的影响

围栏封育是促进退化高寒草地生态恢复和重建的重要工程措施。目前对围栏封育条件下高寒草地氮(N)营养特征的研究主要集中于土壤或植被独立的系统,仍缺乏土壤-植被N素传递和利用效率方面的报道。本研究以藏北高寒草原典型物种紫花针茅(Stipa purpurea)和昆仑蒿(Artemisia nanschanica)为研究对象,采用^(15)N稳定同位素示踪技术(^(15)N-NH_(4)^(+)和^(15)N-NO_(3)^(-)),分析围栏封育和自由放牧草地典型物种对不同形态N吸收速率、偏好策略及及其土壤剖面差异。结果表明:1)与自由放牧相比,围栏封育显著提升了紫花针茅在不同土层中的平均N吸收效率,其中,NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)吸收速率分别提高了4.78和9.34μg·(g·h)^(−1)。围栏封育提升了昆仑蒿NO_(3)^(-)吸收速率,但对NH_(4)^(+)吸收速率影响较为微弱。2)两种草地管理方式下,紫花针茅和昆仑蒿均偏好吸收NO_(3)^(-),表现出与土壤背景主导N形态相契合的特点。3)高寒草原典型物种表层根系N吸收速率高于深层根系,与根系生物量的土壤剖面分布格局基本一致。本研究揭示了草地生态工程对高寒典型物种N营养适应策略的影响,为后续退化高寒草地保护与恢复提供了科学依据。

基于^(15)N示踪技术研究杉木幼苗对无机氮素的吸收、分配及利用

以2年生杉木幼苗为对象,采用^(15)N同位素示踪技术,研究杉木对无机N(NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N)的吸收、分配及利用规律,探讨杉木对无机N素的吸收偏好性。结果表明,全株杉木对铵态N的吸收速率极显著高于硝态N(P<0.01),分别为18.75、2.64μg·g^(-1)·d^(-1),根、叶、侧枝对铵态N的吸收速率均显著高于硝态N(P<0.05)。不同器官对不同形态无机N素的吸收速率存在差异,对铵态N的吸收速率大小表现为叶>侧枝>主干>根,对硝态N的吸收速率为主干>根>侧枝>叶。除杉木主干外,其他各器官铵态氮Ndff_(G)值(N素来源于^(15)N标记物的百分比)均显著高于硝态N。各器官对铵态N的累积量和^(15)N利用率均高于硝态N,但差异不显著。可见,杉木对无机N的吸收表现为明显的“喜铵”特性,但不同器官的生理功能不同导致对无机N素的吸收、分配及利用存在明显差异,建议今后对杉木人工林的施肥管理中以施铵态N为主,可有效提高N肥利用率、降低环境污染的风险。

两个菠萝品种对不同形态氮素的获取策略

氮是与菠萝产量关系密切的大量营养元素之一。本试验分别在4月和9月两个生长季节,选择了广东省徐闻县田间生长的‘巴厘’和‘台农17’两个菠萝品种不同年龄的植株为研究对象,测定了不同年龄植株的形态、生理和生长特征,并利用稳定性同位素15N示踪技术分析了菠萝对3种形态氮素[铵态氮、硝态氮和氨基酸态氮(甘氨酸)]的获取策略,以探讨菠萝吸收氮素的偏好。结果表明,在4月份果实收获期,与‘巴厘’相比,‘台农17’菠萝的产量(单个鲜果重)和根生物量较低,但其植株高度、单株生物量、叶片N、K含量和比叶面积无显著差异,叶片碳稳定性同位素(δ^(13)C)和P含量较高。在4月和9月,两菠萝品种间对不同形态的氮素吸收均有显著差异。总体而言,‘台农17’比‘巴厘’的氮吸收能力强(P<0.05)。‘台农17’菠萝较强的氮吸收能力和水分利用效率更有助于将其分配到地上以促进光合作用,从而维持其植株在较短生命周期内的生长。两菠萝品种都偏好吸收铵态氮(36.8%~64.6%),其次是甘氨酸(23.2%~47.1%),对硝态氮吸收速率最低(9.1%~31.5%)。处于营养生长阶段的菠萝植株(5~8个月)比果实收获时期的氮吸收速率高。随着年龄的增长,铵态氮贡献率逐渐增大,而甘氨酸贡献率逐渐降低。不同季节和年龄条件下,不同形态氮素的吸收速率与土壤氮含量和其他所测得植物性状的相关性不显著。总之,本研究首次证实田间菠萝的根系具有较强直接吸收利用有机氮的能力,菠萝的品种和生长阶段都是影响氮素获取策略的重要因素。

植物不同氮素形态配比施肥及其分子机制研究进展

植物对不同氮素形态(如铵态氮、硝态氮、酰胺态氮)的吸收存在偏好,不同氮素形态对植物生长发育、营养品质等方面的影响也不尽相同。但这些有关植物对不同氮素形态吸收及利用特性的研究结果尚缺乏系统的总结归纳。本文从各类氮素形态的特点入手,归纳总结植物对不同氮素形态的偏好性及其形成的主要原因,然后对不同氮素形态对植物生长、作物产量及品质的影响、植物响应不同氮素形态单施或配施的分子机制进行综述,以期为植物对氮素的吸收及利用机制的研究提供参考。结果发现,植物对不同氮素形态的喜好存在差异,而植物中关于氮吸收及代谢关键基因的作用及调控网络需进行深入、系统的研究。在生产实践层面,应对硝化抑制剂的合理使用、氮高效利用种质资源的深入挖掘及遗传、环境、季节等因素对氮素形态吸收及利用方面进行系统探究。

酸胁迫下氮配比对杉木生长和砂培基质氮素的影响

为明确土壤酸化对杉木吸收铵态氮(NH^(+)_(4)-N)和硝态氮(NO^(-)_(3)-N)偏好的影响,以盆栽砂培杉木苗为研究对象,在3个pH值梯度上[P1(pH值4.5)、P2(pH值5.5)、P3(pH值6.8,对照)]分别设置3个氮形态配比[N1(CNH^(+)_(4)∶CNO^(-)_(3)=0∶10)、N2(CNH^(+)_(4)∶CNO^(-)_(3)=10∶0)、N3(CNH^(+)_(4)∶CNO^(-)_(3)=5∶5,对照)]为氮源进行盆栽试验,测定苗木生长指标和砂培基质的NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(3)-N含量。结果表明:在P3N3处理下,杉木苗高、地径增量和生物量均高于其他处理,分别高出14.1%~81.6%、12.7%~132.2%、26.1%~92.5%,在P1N2处理下杉木苗生长量最低。3个氮形态配比处理下,砂培基质的NH^(+)_(4)-N含量高低为P1>P2>P3,NO^(-)_(3)-N含量高低为P2>P1>P3或P1>P2>P3。在N2条件下,不同pH值处理的砂培基质NH^(+)_(4)-N含量比NO^(-)_(3)-N含量高253.3%~408.5%,且差异显著(P<0.05),而N1和N3条件下的砂培基质NO^(-)_(3)-N含量比NH^(+)_(4)-N含量高10.1%~535.7%,P1N3和P2N3处理下砂培基质的NH^(+)_(4)-N含量与NO^(-)_(3)-N含量差异显著(P<0.05),P3N3处理下则无显著差异(P>0.05)。综合以上结果表明,不同氮素形态配比下,酸胁迫会抑制杉木幼苗的生长,而无论栽培基质酸胁迫与否,氮形态配比为5∶5的处理最有利于杉木幼苗的生长和生物量积累,且在等量氮素供应下,砂培基质遗留的NO^(-)_(3)-N含量整体高于NH^(+)_(4)-N含量,表明杉木更偏向于吸收NH^(+)_(4)-N。