氮素形態(tài)對興安落葉松幼苗的營養(yǎng)效應(yīng)1)

張蕊 郭亞芬 崔曉陽

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱,150040)

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氮素形態(tài)對興安落葉松幼苗的營養(yǎng)效應(yīng)1)

張蕊 郭亞芬 崔曉陽

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱,150040)

采用水培試驗方法，以興安落葉松(Larixgmelinii)幼苗為供試材料，研究興安落葉松幼苗對氨基酸態(tài)氮(甘氨酸、谷氨酸、賴氨酸)、銨態(tài)氮(硫酸銨)、硝態(tài)氮(硝酸鈣)的吸收與響應(yīng)特性。結(jié)果表明：氨基酸態(tài)氮和銨態(tài)氮對興安落葉松幼苗的生長及干物質(zhì)積累的促進作用明顯好于硝態(tài)氮。氨基酸態(tài)氮比無機態(tài)氮更能有效提高幼苗體內(nèi)N、P、K養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)，甘氨酸、谷氨酸對興安落葉松幼苗銨態(tài)氮的供應(yīng)能力與硫酸銨等效，賴氨酸態(tài)氮次之。氨基酸態(tài)氮和銨態(tài)氮對興安落葉松幼苗硝態(tài)氮的供應(yīng)無明顯效果。供應(yīng)氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮后，營養(yǎng)液pH值顯著升高；供應(yīng)銨態(tài)氮，營養(yǎng)液pH值顯著下降。

興安落葉松幼苗；氨基酸態(tài)氮；銨態(tài)氮；硝態(tài)氮

氮素是土壤中最易耗竭和限制植物生長的營養(yǎng)元素之一[1-2]。氮素營養(yǎng)按植物養(yǎng)分吸收瞬間的化學(xué)形態(tài)分為礦質(zhì)營養(yǎng)和有機營養(yǎng)兩大類。自從礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說創(chuàng)立以來，人們一直認為土壤中的有機態(tài)N須經(jīng)土壤微生物礦化為無機態(tài)N后植物才能吸收。然而近些年來，大量試驗研究表明[3-5]，許多植物在不經(jīng)礦化的情況下，可直接吸收、利用環(huán)境介質(zhì)中的生物有機氮，尤其氨基酸類。有研究指出寒冷地區(qū)和高海拔地區(qū)的植物偏愛有機氮源[6-11]。目前，關(guān)于不同形態(tài)氮素對植物生長發(fā)育的研究多是關(guān)于農(nóng)作物方面的[12-14]。關(guān)于林木研究相對匱乏。在實驗室條件下，氨基酸態(tài)氮對寒溫帶林區(qū)主要森林樹種興安落葉松(Larixgmelinii)幼苗的影響未見報道。鑒于此，文中采用水培試驗法，通過施用不同形態(tài)的氮素，即氨基酸態(tài)氮(甘氨酸、谷氨酸、賴氨酸)、銨態(tài)氮(硫酸銨)、硝態(tài)氮(硝酸鈣)，同時設(shè)不施氮對照處理，對比研究興安落葉松對不同形態(tài)氮的吸收及響應(yīng)特性，旨在為興安落葉松幼苗的栽培管理、認識和發(fā)揮興安落葉松潛在的生理生態(tài)功能、進一步豐富植物的營養(yǎng)理論、推動林業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供理論科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 種子處理及培養(yǎng)方法

供試材料為興安落葉松(Larixgmelinii)幼苗，種子取自大興安嶺呼中林業(yè)局中心苗圃。2015年4月初，將低溫層積處理的興安落葉松種子經(jīng)3%的NaClO進行表面消毒20 min，無菌水洗凈后，用滅菌的飽和CaSO4溶液浸泡6 h，恒溫箱中37 ℃催芽。露白后，播種到已高溫滅菌的蛭石和珍珠巖培養(yǎng)基質(zhì)中[15],用無菌水培養(yǎng)。

試驗采用室內(nèi)水培試驗培養(yǎng)法，在東北林業(yè)大學(xué)土壤與植物營養(yǎng)學(xué)培養(yǎng)室內(nèi)進行。按上述方法培養(yǎng)20 d左右，種子萌發(fā)主胚根長到3 cm左右時，挑選生長大小一致的幼苗，移入到1/8常規(guī)營養(yǎng)液培養(yǎng)[16]，1周后換成1/4常規(guī)營養(yǎng)液。每瓶營養(yǎng)液200 mL。氮形態(tài)設(shè)置5個處理，即單一有機氮形態(tài)(谷氨酸、賴氨酸和甘氨酸)和無機氮形態(tài)(硫酸銨和硝酸鈣)。各處理中總氮濃度均相同。除氮素外，基本營養(yǎng)液的組成為(單位mol·L-1)，7.5×10-4K2SO4+1.0×10-4KCl+2.0×10-3Ca(NO3)2+2.5×10-4KH2PO4+6.5×10-4MgSO47H2O+1.0×10-6H3BO3+1.0×10-6MnSO4H2O+1.0×10-6ZnSO47H2O+1.0×10-7CuSO45H2O+5.0×10-9(NH4)Mo7O244H2O+1.0×10-4EDTA-Fe(II)。為保證各處理的鈣濃度相等，各加入一定數(shù)量的氯化鈣。營養(yǎng)液用稀NaOH溶液和稀HCl溶液調(diào)節(jié)pH值(6.0±0.1)。幼苗生長在室溫條件下，光合有效輻射為50 μmol·m-2·s-1，每天用電動通氣泵定時通氣4 h，每隔6 d(1個取樣周期)更換1次營養(yǎng)液。每瓶營養(yǎng)液中放4株幼苗，每個處理4次重復(fù)。

1.2 測定方法

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素形態(tài)對興安落葉松幼苗生物量的影響

興安落葉松幼苗在氨基酸態(tài)氮和銨態(tài)氮培養(yǎng)的環(huán)境下生長較好(表1)。研究發(fā)現(xiàn)，氨基酸態(tài)氮、銨態(tài)氮處理的幼苗全株、地上部、根系生物量均顯著高于硝態(tài)氮和缺氮處理。與缺氮相比，甘氨酸、谷氨酸、賴氨酸、硫酸銨、硝酸鈣處理的總生物量依次增加26.49%、25.58%、12.56%、15.64%和6.67%。有機態(tài)氮中以甘氨酸和谷氨酸對興安落葉松幼苗干物質(zhì)積累有較大的促進作用。賴氨酸與硫酸銨處理之間差異不顯著。

表1 經(jīng)不同氮形態(tài)處理的興安落葉松幼苗生物量

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)+標準差；同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.2 不同氮素形態(tài)對興安落葉松幼苗生長的影響

經(jīng)不同形態(tài)氮培養(yǎng)的興安落葉松幼苗生長表現(xiàn)了一定差異(表2)。有機、無機氮處理的株高均顯著高于缺氮的，有機態(tài)和銨態(tài)氮培養(yǎng)的植株株高顯著高于硝態(tài)氮，各氨基酸態(tài)氮處理之間株高差異不顯著。這說明有機態(tài)氮和銨態(tài)氮相對于硝態(tài)氮更能促進興安落葉松幼苗地上部分的生長，有機態(tài)氮中甘氨酸和谷氨酸處理根長顯著高于賴氨酸，說明這兩種形態(tài)的氨基酸能更好地促進興安落葉松幼苗根的生長，吸收更多的養(yǎng)分。

表2 經(jīng)不同氮形態(tài)處理的興安落葉松幼苗株高、根長及總長度

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)+標準差；同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.3 不同氮素形態(tài)對興安落葉松幼苗體內(nèi)N、P、K養(yǎng)分吸收的影響

不同形態(tài)氮素影響苗木體內(nèi)養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)(表3)。除缺氮處理外，經(jīng)硝酸鈣培養(yǎng)的植株體內(nèi)N和P質(zhì)量分數(shù)均較低，其他氨基酸態(tài)氮和硫酸銨處理的幼苗植株體內(nèi)N和P質(zhì)量分數(shù)均較高，經(jīng)硫酸銨處理植株體內(nèi)K質(zhì)量分數(shù)較低，經(jīng)氨基酸處理植株體內(nèi)K質(zhì)量分數(shù)顯著高于經(jīng)無機氮和缺氮處理的。從上述結(jié)論可以看出，氨基酸態(tài)氮比無機態(tài)氮更能有效地提高興安落葉松幼苗體內(nèi)N、P、K養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)，硫酸銨抑制了興安落葉松幼苗對K等養(yǎng)分的吸收，硝酸鈣抑制了興安落葉松幼苗對P養(yǎng)分的吸收。

表3 經(jīng)不同氮形態(tài)處理的興安落葉松幼苗體內(nèi)養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù) g·kg-1

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)+標準差；同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

表4 不同氮形態(tài)處理下興安落葉松幼苗對-N的吸收情況

注：每個取樣周期為6 d。

2.5 不同氮素形態(tài)對興安落葉松幼苗營養(yǎng)液中pH值的影響

第4次更換營養(yǎng)液后，每天連續(xù)測定營養(yǎng)液的pH值，連續(xù)測定6 d。測定結(jié)果如表5所示，與缺氮對照相比，經(jīng)氨基酸、硝酸鈣培養(yǎng)的幼苗營養(yǎng)液的pH值明顯升高，硫酸銨培養(yǎng)的明顯降低，缺氮處理營養(yǎng)液pH值達到6.05與初始營養(yǎng)液pH值6.00無明顯變化。氨基酸態(tài)氮與硝態(tài)氮營養(yǎng)液pH值為6.76～6.84，差異不顯著，其他處理差異顯著(p<0.05)，供應(yīng)銨態(tài)氮時，營養(yǎng)液pH值達到4.98，低于初始營養(yǎng)液1.02；供應(yīng)硝態(tài)氮時，營養(yǎng)液pH值達到6.76，高于初始營養(yǎng)液0.76；銨態(tài)氮引起pH值下降的程度大于硝態(tài)氮引起pH值增加的程度。

表5 不同氮形態(tài)處理下興安落葉松幼苗營養(yǎng)液的pH值

3 結(jié)論與討論

不同植物對氮素吸收的特性及偏好不同形態(tài)氮素的異同導(dǎo)致在生長方面的差異。興安落葉松幼苗對有機、無機態(tài)氮均能吸收。有機態(tài)氮處理中以甘氨酸和谷氨酸對興安落葉松幼苗生長和干物質(zhì)積累有較大的促進作用。有研究表明，某些氨基酸良好的營養(yǎng)效果可能因其能為體內(nèi)代謝活動供氮、供碳能所致[13]。

本試驗中，氨基酸態(tài)氮和銨態(tài)氮對興安落葉松幼苗氮營養(yǎng)的貢獻大致相同。氨基酸態(tài)氮中以甘氨酸和谷氨酸更利于興安落葉松的生長，甘氨酸、谷氨酸對興安落葉松幼苗銨態(tài)氮的供應(yīng)能力與硫酸銨等效，賴氨酸態(tài)氮次之。3種形態(tài)的氨基酸態(tài)氮對興安落葉松幼苗硝態(tài)氮的供應(yīng)無明顯效果。幼苗供應(yīng)氨基酸態(tài)氮和硝態(tài)氮，營養(yǎng)液pH值顯著升高；供應(yīng)銨態(tài)氮，營養(yǎng)液pH值顯著下降。

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Nitrogen Forms on the Growth ofLarixgmeliniiSeedings//

Zhang Rui, Guo Yafen, Cui Xiaoyang

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//

Journal of Northeast Forestry University，2017,45(5)：16-19.

1)國家自然科學(xué)基金面上項目(31370617)。

張蕊，女，1992年5月生，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，碩士研究生。E-mail：751568625@qq.com。

郭亞芬，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，副教授。E-mail：guoyafen@sohu.com。

2017年1月10日。

S723.7

責任編輯：任 俐。