对光环境的灵敏响应使得森林中常见的光照异质性成为影响植物自我更新的关键因素,然而植物地下根系结构对光照的响应较为难测而缺乏深入研究.为探究不同光强下木麻黄根系响应策略,以一年生木麻黄(Casuarina equisetifolia)幼苗为试验材料,模拟森林幼苗生长的林外(CK)、林缘(L1)、林窗(L2)和林下光环境(L3)设置4种光照强度,测定及分析木麻黄幼苗的生长、根系形态、细根解剖结构及碳氮含量等指标.结果表明:(1)L1下,幼苗采取维持高度,降低横向生长的方式,保证正常累积生物量,随光照强度的下降,株高、地径、叶片生物量及地上部分生物量逐渐下降.(2)在根系表型上,幼苗随光限制的加重呈现抑制纵伸但促进根系的横向生长,其中总根长、根平均直径及根体积达到显著差异.在径级结构上,细根发育程度随光照减弱而下降;而适当的遮光(L1)促进粗根生长但L3时除根尖数较CK上升外,根长度、根表面积、根体积均显著下降.(3)1-3级细根解剖变化较大,相较CK,1级细根皮层细胞面积显著增加,但根半径、维管柱结构、表皮厚度等指标则显著下降,2级细根根半径、皮层细胞面积、表皮厚度明显减少,但维管柱结构仅在L2、L3时显著下降;3级细根根半径、皮层细胞面积和维管柱面积均较CK显著增大,L1时维管柱结构下降,但随光照减弱加重,维管柱面积和中柱占比均明显增加.(4)在碳氮含量上,CK与L1无显著差异,TC在L2时显著下降,TN则在L2时显著上升,TC、TN均在L3达到最大,而C∶N随光强降低逐渐下降.综上所述,光限制时,木麻黄生物量及碳分配稳定根茎部分生长,采取"弱化吸收,强化储存"收缩型生长策略;当限制加重时,光合和呼吸作用失衡导致植物对细根投入养分的浪费,并最终造成林木死亡.研究结果为林下植被的更新提供理论参考.

氮是影响植物生长的重要营养物质元素,生物量分配模式和功能性状反映植物在不同环境中的适应性策略,揭示不同种源个体对氮沉降的生态响应,有助于阐明植物对氮沉降的适应机制.该研究以刨花楠(也称刨花润楠,Machilus pauhoi)典型分布区福建万木林、福建茫荡山、江西遂川、浙江建德、湖南茶陵、江西安福6个种源地的刨花楠苗木为对象,通过设置施肥和不施肥处理,探讨氮添加、种源及其交互作用对刨花楠苗木生物量分配与功能性状的影响.结果表明:1)氮添加会显著促进刨花楠苗木的生物量累积及其相对生长速率,建德种源苗木在施氮处理后长势最好;氮添加对各种源苗木生物量分配的影响表现不同,添加氮会显著增加建德和安福种源苗木叶质量分数及万木林和安福种源苗木的叶茎比.2)氮添加对各种源苗木叶性状的影响存在差异;施氮会显著降低建德、茶陵和安福种源苗木的比叶面积,增加茶陵种源苗木的叶面积及叶片氮磷比.3)各种源苗木细根主要功能性状对氮添加的响应也存在差异;施氮会显著降低建德种源苗木的细根平均直径及遂川、建德和安福种源苗木的根组织密度,但却会增加万木林种源苗木根组织密度、茫荡山和建德种源苗木的比根长及遂川和建德种源苗木的细根比表面积;氮添加显著增加安福种源苗木的细根氮含量,降低万木林、茫荡山和遂川种源苗木的细根磷含量,并使各种源苗木细根氮磷比均显著高于对照.4)不同种源间刨花楠苗木细根和与生物量分配相关的表型可塑性相对高于叶片表型可塑性,其中建德种源苗木的表型可塑性最高,遂川种源苗木表型可塑性最低.5)结构方程模型表明,种源与氮添加对刨花楠苗木生长影响显著,氮添加通过影响叶茎比和叶片氮磷比进而对生长产生影响,种源则通过影响其比叶面积与细根比表面积进而影响其生长.不同种源间刨花楠苗木生长、生物量分配及主要功能性状对氮添加的生态适应策略具有差异性,其中建德种源苗木更适应外界环境的变化,这是其长期适应种源地环境的结果.研究结果可为我国受氮沉降影响的亚热带区域开展刨花楠优良种源选择等提供理论依据.

为了解胡杨林生长过程对主要营养元素在土壤全库、有效库及植被库之间运移规律的影响,以新疆轮台县轮南镇5个不同林龄(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林)典型天然胡杨林为研究对象,采用时空替代方法,分析林下土壤和植被中C、N、P、K的空间分配特征.结果表明:(1)总体而言,土壤营养元素全库中全钾含量较富积,有机质、全氮、全磷相对缺乏.土壤有机质及全量养分受林龄影响较显著.土壤全氮量随着林龄的增长显著升高,至近熟林时达到最大值,然后下降.幼龄林土壤有机质、全钾含量较低,中龄林和近熟林含量较高.幼龄林、成熟林和过熟林土壤全磷含量相对较高.土壤垂直层中,土壤有机质、全钾含量深层土壤＞浅层土壤,而全氮含量随着土壤深度的增加呈现下降趋势.全磷含量受土壤垂直层影响较小.(2)土壤有效养分库中碱解氮、速效磷含量较低,速效钾含量较高.土壤速效养分受林龄影响较大,碱解氮含量随着林龄的发育,呈现先显著升高到近熟林达到最大值,然后下降的趋势.速效钾、速效磷含量均呈现幼龄林和中龄林显著低于其它龄林.不同土壤垂直层显示,碱解氮、速效钾、速效磷含量均呈现浅层＞深层土壤.速效钾、速效磷有明显的表层聚集现象.(3)从土壤养分有效性占全量比率分析,氮＞钾＞磷.氮素在不同龄级中有效率均较高.钾和磷有效率受林龄影响,呈现出成熟林＞过熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林.土壤垂直层中0-10cm、40-60 cm氮素有效率较高.钾和磷有效率随着土层深度的增加呈现递减的变化趋势,其中0-10cm钾和磷有效率显著高于其他土层.(4)植被库中主要矿质养分积累量由大到小依次为N＞K＞P.除叶外,N、K、P积累量在胡杨各器官中均呈现随着林龄的增长而增加,到成熟林达到最大值,在过熟林降低.对树木不同器官,N、P累积量依次为干＞根＞枝,但K累积量依次为根＞干＞枝.

该试验以盆栽尾巨桉和降香黄檀幼苗为材料,设置BM处理(尾巨桉接种巨大芽孢杆菌,降香黄檀不接种)、RJ处理(降香黄檀接种大豆根瘤菌,尾巨桉不接种)以及对照组(CK,尾巨桉和降香黄檀均不接菌),探究接种2种促生细菌对尾巨桉-降香黄檀混作幼苗的光合生理、生长和生物量积累及分配的影响,明确在混交体系中接种促生菌对促进植物生长的优势.结果显示:(1)BM处理显著降低尾巨桉的叶绿素含量(P＜0.05),BM和RJ处理均提高了尾巨桉和降香黄檀的苗高、地径以及叶片的氮素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率,但降低了胞间CO2浓度.(2)RJ处理显著提高了尾巨桉及降香黄檀叶片和全株生物量,BM处理仅显著提高降香黄檀根、茎、叶、全株的生物量和尾巨桉叶的生物量(P＜0.05).(3)各接菌处理条件下2种植物幼苗叶片净光合速率与其生物量呈显著正相关.研究表明,接种大豆根瘤菌和巨大芽孢杆菌均促进尾巨桉-降香黄檀混作幼苗的生理代谢,2种促生菌能通过增强光合作用来促进植株生物量的累积;从植株生物量变化来看,接种菌株的利他作用更明显.

干湿交替灌溉(节水栽培)水稻较传统淹灌栽培表现出较高的生产潜力,其高产形成除因土壤水分改变有关外,可能还与根区水分变化引起的土壤氮素形态改变有关.该研究于2016年通过设置传统淹灌(W1)和干湿交替灌溉(W2)水分处理,以及氮素形态配比[硝态氮:氨态氮=100:0(N1)、50:50(N2)和0:100(N3)]处理,并通过温室盆栽试验探讨水分与氮素形态互作对水稻花期光合生理及产量形成的影响.结果表明:(1)W 2水分处理产量及其构成因子、光合生产能力、收获指数、氮素收获指数以及氮素籽粒生产效率均显著高于W1处理,其N素累积量略低于W1处理.(2)在不同氮素形态之间,N2处理的产量水平显著高于N3和N1处理,这主要是N2处理加强了水稻物质转运以及光合生产能力,其中叶片含氮量和N素浓度提高可能是N2处理呈现出高光合性能的重要原因.(3)氮素利用效率以N1处理最高,随后依次分别为N2和N3处理.研究发现,土壤水分与氮素形态对促进水稻产量、产量构成因子、收获指数等形成均存在显著的互作效应,且W2 N2处理的效应较其他处理更明显.

同为杨柳科的柳属和杨属植物对氮素缺乏的形态和生理响应不同.本文通过川滇柳和青杨远缘嫁接,研究不同嫁接组合幼苗在氮缺乏条件下的成活率、生长状况、生物量累积与分配、气体交换参数及非结构性碳水化合物的差异响应,分析杨柳科植物远缘嫁接的可行性及嫁接对植物抗缺氮能力的影响.结果表明:川滇柳和青杨远缘嫁接的亲和性较好,川滇柳/青杨(S/P)和青杨/川滇柳(P/S)嫁接组合的成活率分别为74％和96％;缺氮显著降低了所有嫁接组合幼苗的成活率,其中S/P幼苗的成活率降低最明显,仅为53.3％,而P/S幼苗的成活率为86.7％.无论对照还是缺氮条件下,青杨做接穗的嫁接组合(P/P和P/S)的株高、基茎、生物量积累、净光合速率均大于川滇柳做接穗的嫁接组合(S/S和S/P);缺氮显著减少了所有嫁接组合的生长、生物量及净光合速率.川滇柳做砧木的嫁接组合(S/S和P/S)的根冠比显著高于青杨做砧木的嫁接组合(S/P和P/P),表明川滇柳可将更多的光合产物分配到地下部分,而青杨则将更多的光合产物投入到地上部分.各嫁接组合根中非结构性碳水化合物受缺氮胁迫最明显,除S/P嫁接组合外,P/P、S/S和P/S根中的淀粉、果糖、蔗糖和可溶性总糖浓度均显著升高,且表现为P/P和P/S显著高于S/S和S/P.

通过田间小区试验,设N0(0 kg·hm-2)、N1(112.5 kg·hm-2)、N2(225 kg·hm-2)、N3(337.5 kg·hm-2)4个施氮水平,研究不同施氮水平下小麦与蚕豆间作对小麦白粉病发生、植株氮含量和氮素累积分配的影响,探讨间作系统氮肥调控下小麦植株氮素含量、氮素累积分配与白粉病发生的关系.结果表明:无论单作还是间作,施氮(N1、N2和N3)均增加了小麦籽粒产量,以N2水平下产量最高,单、间作分别为4146和4679 kg·hm-2;施氮加重了小麦白粉病的发生与危害,N1、N2和N3水平下病害进展曲线下的面积(AUDPC)分别平均增加39.6％ ～55.6％(基于发病率DI)和92.5％ ～217.0％(基于病情指数DSI),病情指数受氮素调控的影响较发病率大;施氮显著提高小麦植株氮含量(8.4％～51.6％)和氮素累积量(19.7％～133.7％),对氮素分配比例无显著影响.与单作相比,间作小麦产量平均增加12.0％;AUDPC(DI)和AUDPC (DSI)分别平均降低11.5％和30.7％,间作对病情指数的控制效果优于发病率.间作显著降低发病盛期小麦氮含量、阶段累积量和叶片中氮素分配比例(降幅6.6％ ～ 12.5％、1.4％ ～6.9％和9.0％ ～ 15.5％).在本研究条件下,兼顾控病效果和产量效应,小麦施氮量不应超过225 kg·hm-2.

本研究通过探讨氮素对烤烟其他营养元素吸收利用的影响,从而为实现烤烟养分调控、营养均衡提供依据.试验采用裂区设计,主处理设3个施氮水平(5 g.N/株,7 gN/株,9gN/株),副处理设3个硝态氮比例(25％,50％,75％),测定并分析氮水平和硝态氮比例对烤烟钙(Ca)、镁(Mg)、铜(Cu)、锌(Zn)等其它营养元素累积分配的影响.分析显示:根系中的Ca、Mg、Zn的含量在不同的氮水平和硝态氮比例下差异不显著;氮水平显著或极显著影响烟叶中的Cu含量;硝态氮比例对烟叶中的Zn含量的影响达到显著或极显著水平;氮水平和硝态氮比例的交互作用对烟叶中的Ca、Cu、Zn含量的影响也达到显著或极显著水平.在相同的氮水平和硝态氮比例下,叶片中Ca、Mg、Cu、Zn等营养元素的分配率较高;施用的硝态氮比例相同,随着施氮量的增加,分配到叶片中的Ca、Mg、Cu、Zn等营养元素的比例均减少.因此,在烤烟施肥中,不仅要关注氮等大量营养元素对烟叶的影响,而且需关注氮元素与其它营养元素间的平衡.本研究为烟叶生产中肥料的合理施用与养分的调控、平衡提供技术支撑.

分析了陆生植物地上、地下各组织中生物量分配对氮沉降的响应,为研究大气氮沉降背景下陆地生态系统的碳、氮循环过程及植物生物量分配、立木收获、定向培育等相关研究和实践提供参考依据.共收集整理了国内外63篇论文的原始数据资料进行Meta分析(Meta-analysis),用以定量评估氮沉降对植物生物量分配的影响,并通过亚组分析进一步探讨了不同生态系统类型、植物种类、氮肥形式、施氮水平和持续时间对生物量分配的影响.结果表明,总体来看施氮会显著促进植物地上部分生物量分配,植物叶生物量和茎生物量在施氮条件下均显著增加;然而地下生物量所受促进作用要低于地上部分,表现为植物细根生物量和粗根生物量在氮输入下并没有显著变化;植物根冠比在氮沉降下显著降低;叶重比、茎重比和根重比在氮沉降下没有显著变化.此外,亚组分析结果表明生态系统类型和植物类型会显著影响植物总生物量和根冠比对氮沉降的响应,草本植物在氮沉降下的生物量累积明显优于木本,这说明短期氮沉降可能会增加草本的覆盖面积;施肥形式对根冠比的影响存在明显差异,相比于尿素,硝酸铵对植物根冠比的作用更显著;不同施氮水平显著影响地上生物量分配,中氮水平(本研究为60-120 kghm-2 a-1)促进作用最大,高氮水平(本研究为≥120 kg hm-2 a-1)促进作用明显减弱,这与总生物量的变化一致,表明过高的氮沉降量将抑制植物生长;氮沉降处理时间长短对植物地上生物量的影响也存在显著差异,当施氮时间高于3年,氮沉降对地上生物量的促进作用几乎消失.总之,短期氮沉降会使植物分配更多生物量给地上部分,且氮沉降对草本植物生物量的累积作用明显优于木本,这些发现可为未来大气氮沉降背景下植物地上、地下部分碳存储、植物群落结构、植被动态等相关研究提供科学依据.

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸7个主要植物种为研究对象,利用15N同位素标记技术,通过分析不同器官对氮素的吸收及分配特征,揭示主要植物种在群落中的生态适应性、竞争力和地位.结果显示:(1)矮嵩草的叶和茎、垂穗披碱草(El ymus nutans)的叶,以及双柱头蔗草(Scirpus distigmaticus)和鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)的叶、茎、根均偏好累积硝态氮,早熟禾(Poa annua)的穗和叶以及甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)和短穗兔耳草(Lagotis brach ystach ya)的根均偏好积累铵态氮.(2)矮嵩草对吸收的甘氨酸和硝态氮主要分配于叶中,铵态氮分配于茎中;双柱头藨草对吸收的甘氨酸和硝态氮主要分配于茎中,铵态氮分配于叶中;垂穗披碱草和早熟禾对吸收的硝态氮和铵态氮主要分配于叶中;垂穗披碱草对吸收的甘氨酸主要分配于根中,而早熟禾将较多的甘氨酸分配到穗中;甘肃马先蒿对吸收的硝态氮主要分配于叶中,铵态氮分配于根中;鹅绒委陵菜对吸收的甘氨酸、硝态氮和铵态氮主要分配于叶中;短穗兔耳草对吸收的甘氨酸主要分配于叶中,硝态氮和铵态氮主要分配于根中.(3)在牧草生长盛期,矮嵩草草甸土壤的有机氮和无机氮主要贡献于甘肃马先蒿的花、早熟禾的穗、垂穗披碱草的根和鹅绒委陵菜的茎叶.研究表明,高寒矮嵩草草甸主要植物不同器官对氮素的吸收及分配呈现多元化特征,因不同植物种的生物学特性和生态适应习性而异.