氮沉降对马尾松适应低磷胁迫机制和磷效率影响的研究

氮沉降对马尾松适应低磷胁迫机制和磷效率影响的研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-11-12 分类:参考文献 喜欢:3210
师大云端图书馆

【摘要】马尾松(Pinusmassoniana)是我国南方重要的用材树种之一,其天然林和人工林分布面积居南方造林树种前列,支撑着我国造纸、木材加工、林产化工等产业。然而,我国南方森林土壤有效P严重匮乏且呈高度异质性分布,限制了马尾松的生长和生产力。当前研究已揭示了马尾松适应低P胁迫的生物学机制。近年来我国南方地区大气N沉降日趋严重,导致土壤有效N含量增加、N/P发生改变,这将会对低P下马尾松生长和P效率产生影响,然而相关研究较少有报道。本论文以马尾松优良家系作为试验材料,设置了模拟N沉降与同质低P、异质低P耦合的模拟盆栽试验,系统研究了模拟N沉降对不同类型低P胁迫下马尾松家系根系形态、根系分泌、光合作用、菌根共生以及P效率的影响,阐明马尾松、杉木和木荷幼苗对低P下土壤N素增加感知、响应的种间差异,为在大气N沉降背景下开展林木P效率的遗传改良提供更全面的理论基础和科学指导。主要研究结果如下:1.模拟N沉降对低P下马尾松根系形态参数、根系分泌以及P效率的影响同质低P下,模拟N沉降对马尾松生长、生物量和P效率的影响较小,但存在显著的N×家系互作效应。异质低P下,模拟N沉降显著促进了马尾松生长和生物量积累,其原因是促进了根系的生长和表层土壤中根系分布比例的增加,从而增加了马尾松对土壤P的吸收。不同P环境下模拟N沉降对马尾松生长性状的影响,与植株N/P有关。同质低P环境下,马尾松植株N/P为13.8,植株生长受P素限制,模拟N沉降处理未改善马尾松生长状况。在异质低P环境中,植株N/P为9.7,马尾松对N素增加敏感,模拟N沉降显著增加了苗木生物量和P吸收效率。同质低P和异质低P下,模拟N沉降均提高了植株N/P化学计量比、增加了P素的相对匮乏程度,从而诱导根系增加了APase和有机酸的分泌,同质低P较异质低P下增加幅度更大,其中有机酸分泌与马尾松生长呈正相关关系,而APase活性与磷效率相关性较小。同质低P下,N沉降虽然增加了根系分泌,但未提高马尾松P吸收效率和生长量,其原因在于,同质低P下植株N/P过高,马尾松生长受P的限制,虽然N素的增加促进了根系分泌,可以活化一定量的固定态P,但不足以满足植物生长对P的需要。另外,马尾松根系分泌对模拟N沉降的响应存在较大的家系差异。同质低P下,模拟N沉降显著增加了马尾松针叶N含量和N/P,叶净光合速率随着叶N含量和N/P的增加而增加。模拟N沉降虽然增加了针叶净光合速率,但并没有明显改善植株生物量。咎其原因,模拟N沉降虽然增加了土壤N的含量,但却造成土壤和植株体内P更加的相对匮缺,马尾松P吸收效率降低。另外,模拟N沉降抑制了根系的生长,减少了养分的吸收,而光合作用的增加,又进一步加重了植株养分的亏缺。异质低P下,马尾松针叶P含量显著增加,N/P降低,净光合速率增加幅度较同质低磷下模拟N沉降小。马尾松根冠比增大,植株N、P吸收和生物量增加,为光合作用提供了所需的营养元素。2.模拟N沉降对低P下马尾松菌根共生和P效率的影响不同P素环境下,模拟N沉降对马尾松菌根土养分含量的影响不同。同质低P下,模拟N沉降增加了菌根土水解N,有效P和速效K的含量,降低了有效Al含量,未引起马尾松菌根土明显的酸化,改善了土壤理化性质。异质低P下,模拟N沉降增加了菌根土水解N和有效P含量,但N/P和pH值降低,土壤速效K和有效Al含量增加。同质低P下,模拟N沉降增加了土壤N的有效性,然而降低了1年和2年生苗木菌根侵染率和侵染程度,形成的菌根根毛数量减少,但菌丝厚且紧密。异质低P较同质低P菌根侵染率和侵染程度小,但模拟N沉降分别增加了1年生和2年生苗木菌根侵染率,菌根根毛数量多,表面菌丝厚密。同质低P下,模拟N沉降显著降低了马尾松1年生菌根苗根系的生长,但增加了根系分泌,尤其是有机酸分泌量增加了近3倍。相关性分析表明,有机酸分泌对菌根化苗生长的贡献显著高于APase。异质低P下,模拟N沉降显著降低了马尾松1年生菌根化苗表层根系的生长,增加了深层根的生长,根系干物质积累量和有机酸分泌量增加。同质低P下,接种菌根菌显著改善了马尾松苗木的生长状况,促进了生物量的积累。模拟N沉降促进了1年生菌根化苗的生长和生物量积累,增加了P和N的吸收,植株N/P比增加为11.70。但减少了2年生菌根化苗生物量的增加,N的吸收增加,P的吸收减少,植株N/P比显著增加为14.99。异质低P下,模拟N沉降促进了马尾松1年生和2年生菌根化苗的生长和生物量积累,增加了N和P的吸收。3.低P胁迫下马尾松、杉木和木荷响应模拟N沉降的种间差异及机制同质低磷下,模拟N沉降增加了3种树苗土壤水解N含量,增加幅度大小顺序为马尾松>杉木>木荷。马尾松、木荷表层土壤酸化程度较杉木大。另外,马尾松、木荷土壤有效P和速效K含量降低幅度较杉木大,3种树苗土壤有效铝含量均增加。异质低磷处理下,杉木和木荷土壤酸化程度较马尾松大。木荷土壤有效P和水解N含量降低,马尾松和杉木土壤有效P和水解N含量增加。3种树苗有效铝含量均增加。同质低磷下,模拟N沉降增加了3种树苗根系分泌物总量,增加幅度大小顺序为木荷>马尾松>杉木,这可能是木荷和马尾松较杉木生物量高的原因之一。异质低P处理下,3种树苗根系酸性磷酸酶活性和有机酸总量均减少。同质低磷下,3种树苗叶N/P比均增加,杉木对N沉降较敏感,叶N/P较马尾松和木荷增加幅度大,但其叶净光合速率却降低。马尾松较木荷净光合速率增加幅度大,马尾松对氮素增加的调节和适应能力较强。异质低P下,马尾松和木荷叶N/P均降低,杉木N/P比增加。3种树苗净光合速率增加幅度大小顺序为马尾松>杉木>木荷。模拟N沉降对马尾松苗木根系生长的影响较杉木和木荷相比较小。木荷地上部分生长增加,但根系生长受到抑制,整株生物量降低。N素的增加严重抑制了杉木幼苗根系生长和生物量积累。模拟N沉降抑制了马尾松和杉木P的吸收,促进了木荷P的吸收,同时促进了马尾松和木荷N的吸收,抑制了杉木N的吸收。异质低P处理增加了3种树苗的生物量和根冠比,生物量增加幅度大小顺序为木荷>杉木>马尾松。
【作者】庞丽;
【导师】周志春;
【作者基本信息】中国林业科学研究院,林木遗传育种,2014,博士
【关键词】马尾松;家系;N沉降;低P胁迫;效率;

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