供氮濃度對白樺幼苗生物量、碳氮含量與儲量的影響

1、    供氮濃度對白樺幼苗生物量、碳氮含量與儲量的影響    李海霞+張妍妍+白卉+邢亞娟摘要： 研究了不同供氮水平（1、4、8、16 mmol/l）對溫室內(nèi)沙培白樺幼苗根、莖、葉生物量、葉綠素含量、氮含量以及碳氮儲量和器官分配的影響。結(jié)果表明，供氮水平對白樺幼苗不同器官干生物量、葉綠素含量、氮含量以及碳氮儲量的影響不同。地上部分和地下部分生物量在高氮（16 mmol/l）條件下達最大；在n8水平下，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b總量以及類胡蘿卜素含量比低氮（n1）分別增加了99.2%、70.0%、89.5%和83.8%；幼苗根、莖、葉中的全氮含量在n

2、8水平下達最大，但碳、氮儲量由于受生物量影響，均是在高氮供應(yīng)下達最大。總體來看，增加氮的供應(yīng)有助于白樺幼苗的生長，生長末期幼苗大部分的營養(yǎng)分配到了根部。關(guān)鍵詞： 白樺；供氮水平；生物量；碳氮儲量： q945.12；s792.153.05 文獻標(biāo)志碼： a：1002-1302（2017）22-0156-03氮是植物生長所必需的大量營養(yǎng)元素，在植物生長、發(fā)育和繁殖等過程中有著重要的作用。自然狀態(tài)下，很多生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力都表現(xiàn)為氮限制、磷限制或者氮磷共限制 。氮素的供應(yīng)量及其有效性制約著林木的生長速度及生長狀態(tài)，比其他任何一種營養(yǎng)元素更能限制植物的生產(chǎn)力3-4，明顯影響植物對碳同化物質(zhì)的分配格局。白樺

3、（betula platyphylla）屬樺木科（betulaceae）樺木屬（betula l.）植物，在我國14個省區(qū)有分布。白樺生長快、適應(yīng)性強、材質(zhì)優(yōu)良，是造紙、膠合板材和家具制造的重要原料，也是培育單板類人造板材速生豐產(chǎn)林的首選樹種之一5-8。本研究以白樺幼苗為試驗材料，研究供氮水平對白樺幼苗不同器官生長、生理以及碳、氮儲量與分配的影響，進一步明確不同氮濃度對白樺幼苗生長的影響機制，旨在為白樺幼苗合理施肥提供依據(jù)。1 材料與方法1.1 材料來源試驗所用苗木為1年生白樺播種苗。本試驗在全自動溫室中進行，室內(nèi)溫度25 左右，濕度50%60%。1.2 研究方法1.2.1 試驗設(shè)計與處理方法

4、2015年4月將白樺幼苗根部用清水洗凈后，用高錳酸鉀溶液進行消毒，再用蒸餾水清洗3遍后裝至盛有河沙的缽中栽培，缽底徑10.0 cm，上口徑 15.0 cm，高10.0 cm，缽上沿空出23 cm，以便澆水和澆灌營養(yǎng)液，每缽移植白樺幼苗1株。營養(yǎng)液中各成分及濃度如下：4 mmol/l nh4no3，1 mmol/l cacl2·6h2o，1 mmol/l kh2po4，0.6 mmol/l mgso4·7h2o，1 mmol/l kcl，0.021 mmol/l fecl3·6h2o，6 mol/l mncl2·4h2o，0.016 mmol/l h3bo

5、3，0.3 mol/l zncl2，0.3 mol/l na2moo4·2h2o，0.3 mol/l cucl2·2h2o，用ca（oh）2或h2so4把ph值調(diào)整到5.5左右。5月末進行不同供氮水平處理。設(shè)置4個梯度：1 mmol/l（n1）、4 mmol/l（n4）、8 mmol/l（n8）、16 mmol/l（n16），通過調(diào)節(jié)nh4no3濃度來實現(xiàn)。各個處理均為15株，3次重復(fù)。在進行不同處理時，其他營養(yǎng)成分不變。每周二和周五08：0009：00時澆1次營養(yǎng)液，每次每缽澆50 ml。除周二和周五外每天上午和下午分2次澆水，每次每缽約100 ml9。1.2.2 測定指

6、標(biāo)與方法9月中旬，將處理的白樺幼苗從缽中取出，用流水將河沙沖洗干凈，將處理過的苗木帶回實驗室用電子天平分根、莖和葉稱量鮮質(zhì)量，然后置于75 烘箱里烘干至恒質(zhì)量，測量干質(zhì)量，每個處理均取3株幼苗，單株重復(fù)，重復(fù)3次。葉綠素含量的測定：稱取0.1 g剪碎的新鮮葉片，加少量石英砂和碳酸鈣粉及2 ml 95%乙醇，研成勻漿；再加乙醇 10 ml，繼續(xù)研磨至組織變白；倒入25 ml棕色容量瓶中，用乙醇定容，離心；以95%乙醇為空白，取上清液用t6紫外可見分光光度計分別測定470、649、665、652 nm處的吸光度（d），各葉綠素含量計算公式如下：每處理均取3株幼苗，單株重復(fù)，重復(fù)3次。碳氮含量的測定

7、：將白樺幼苗分根、莖和葉烘干粉碎，用濃h2so4-h2o2進行消煮，濾液定容到100 ml容量瓶，用德國耶拿multin/c2100s碳氮分析儀測定全氮。碳含量的測定采用固體燃燒法，選取100 mg粉碎樣品，在1 100 高溫下充分燃燒，測定樣品中的全碳含量。每處理均取3株幼苗，單株重復(fù)，重復(fù)3次。碳（氮）儲量=碳（氮）濃度×生物量。1.3 數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)采用microsoft excel軟件整理作圖，采用spss 16.0軟件進行方差分析。2 結(jié)果與分析2.1 氮處理對白樺幼苗生物量的影響植物生態(tài)系統(tǒng)生物量大小受到土壤中可利用營養(yǎng)元素、土壤ph值、溫度、降水等多種理化因子的影響1

8、0。其中氮是許多生態(tài)系統(tǒng)中限制植物生長最關(guān)鍵的營養(yǎng)元素，因此氮輸入的增加可提高土壤中可利用氮的含量，消除或緩解氮的限制，促進植物的生長。由表1可知，隨著供氮濃度的增加，白樺葉的生物量逐漸增加，在n8時達到最大，為2.04 g/株，比n1增加了 30.88%。在高氮（n16）供應(yīng)時，葉的生物量有所下降，但差異不顯著（p=0.536>0.05）。莖生物量在n16供應(yīng)下達最大，為2.14 g/株，地上總生物量也在n16水平下達最大，為 4.14 g/株。根生物量與地上部分變化相似，在n16水平下達最大，為4.60 g/株。endprint經(jīng)方差分析，不同供氮濃度對根、葉以及總干質(zhì)量的影響差異顯

9、著（根p<0.05，葉p<0.05，總質(zhì)量p2.2 氮處理對白樺幼苗葉片色素含量的影響由圖1可以看出，隨供n濃度的提高白樺幼苗葉中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b總量、類胡蘿卜素含量均增加，在供n濃度為 8 mmol/l（n8）時達最大，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b總量、類胡蘿卜素含量分別為2.68、0.88、3.63和0.53 mg/g，與n1相比凈增加幅度為99.2%、70.0%、89.5%和83.8%。當(dāng)超過n8時，葉綠素含量有所下降。2.3 氮處理對白樺幼苗全氮含量的影響氮是限制植物生長最重要的大量元素之一11，它直接限制著森林生產(chǎn)力12-14。有研究表明植物根系的氮吸

10、收能力與根系內(nèi)部含量呈負(fù)相關(guān)15，當(dāng)土壤中的養(yǎng)分含量非常豐富或者施肥量過高時，葉片和根系的氮含量與土壤養(yǎng)分供給量不成正比16，但當(dāng)其成為限制性資源時，根系中的養(yǎng)分含量和葉片中的養(yǎng)分含量也相應(yīng)降低。在本研究中，隨著氮素供應(yīng)量的增加，白樺幼苗根、莖、葉中氮的濃度均呈上升趨勢（圖2）。相對于其他器官，葉片中氮濃度最高，根次之，莖最低，可見幼苗吸收的氮素主要分配到了幼苗的葉部分。根中全氮濃度在n16（16 mmol/l）處理下達到了最大值，為14.72 mg/g，分別比n1、n4、n8增加了40%、18.6% 和20.5%，但莖中氮的濃度在正常供氮n8（8 mmol/l）最高，超過正常供氮，反而有所下

11、降，由正常供氮的12.45 mg/g降為10.8 mg/g。葉中全氮濃度的變化與莖相似，這說明增加氮的供應(yīng)量可導(dǎo)致幼苗根、莖、葉中氮的積累。2.4 供氮水平對白樺幼苗碳含量的影響從圖3可以看出，白樺幼苗莖中碳含量最高，葉次之，根最低。經(jīng)方差分析可知，在本試驗中，不同的供氮濃度對全碳含量的影響差異不顯著。2.5 供氮水平對白樺幼苗氮、碳積累量的影響氮在苗木體內(nèi)不同器官的積累分配反映苗木的營養(yǎng)狀態(tài)。由圖4-a可以看出，在不同供氮濃度下，白樺幼苗根中氮積累量最大，葉次之，莖最少。隨著供氮濃度的增加，氮積累量逐漸增加。白樺幼苗體內(nèi)氮積累量在不同供氮濃度下差異顯著（根、莖、葉p白樺幼苗各器官（根、莖、葉

12、）碳積累量在不同供氮水平下差異顯著（p3 結(jié)論與討論在自然條件下，土壤中的礦質(zhì)元素受到限制或有效性降低，都會限制樹木的生長。因此， 在氮養(yǎng)分缺乏的土壤中，加大氮的供應(yīng)會促進樹木生長。但如果氮供應(yīng)過量，則可能對幼苗生長產(chǎn)生抑制作用17。在本研究中，白樺幼苗中葉的生物量在高氮供應(yīng)下有所降低，可能就是由于高氮供應(yīng)抑制了葉片的生長。根和莖的生物量超過正常供氮雖仍在增加，但增加幅度逐漸降低。營養(yǎng)成分的供應(yīng)不僅影響生物量的大小，而且還與生物量的分配有關(guān)。有研究表明，供應(yīng)養(yǎng)分受到限制時，光合物質(zhì)的分配更有利于地下生長18。在本研究中，不同氮濃度供應(yīng)下白樺幼苗根的生物量占總生物量的45.1%56.1%。在本試

13、驗中，白樺幼苗根系、莖和葉中全氮濃度均因供氮水平的增加而提高，說明樹木對氮的吸收與供氮水平密切相關(guān)。但幼苗組織中全氮濃度在高氮水平下又有所降低，說明高氮供應(yīng)對幼苗營養(yǎng)的吸收有一定程度的抑制。幼苗中葉片和根系的全氮濃度比莖要高，這主要是因為根系和葉片作為營養(yǎng)器官，其組織中的養(yǎng)分含量相對較高，而莖作為運輸功能的組織，其養(yǎng)分含量相對較低19。植物根系中碳的積累與分配主要取決于莖中的碳向根系中的轉(zhuǎn)運量，而莖所能轉(zhuǎn)運的碳量的多少又與植物的光合作用關(guān)系密切20。根系中，碳的積累量的增加導(dǎo)致根生長加快，并最終表現(xiàn)在生物量的增高上，這也導(dǎo)致白樺幼苗根系中的碳氮積累量大于莖和葉。在本研究中，供氮水平 與白樺幼苗

14、組織碳含量沒有呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化，有待下一步補充研究。參考文獻：1 elser j j，bracken m e，cleland e e，et al. global analysis of nitrogen and phosphorus limitation of primary producers in freshwater，marine and terrestrial ecosystemsj. ecology letters，2007，10（12）：1135-1142.2vitousek p m，porder s，houlton b z，et al. terrestrial phosphor

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