氮肥對風箱果幼苗形態(tài)和生理特性的影響

殷東生 魏曉慧

(1.黑龍江省林業(yè)科學研究所,哈爾濱 150081； 2.東北林業(yè)大學馬克思主義學院,哈爾濱 150040)

施肥是調節(jié)土壤養(yǎng)分條件，促進植物生長，提高產(chǎn)量與質量的重要栽培技術措施[1～2]。氮是礦質營養(yǎng)中的核心元素，是限制植物生長發(fā)育的關鍵營養(yǎng)元素[3～4]，而且在各種礦質元素含量相同且均未達到充分供應的情況下，植株首先表現(xiàn)出缺氮的癥狀，增施其他營養(yǎng)元素遠沒有施氮效果好[5]。近年來，施氮肥影響植物生長和生理變化的研究不斷增加[6]，一方面，一定范圍內(nèi)施氮肥可明顯促進植物的光合作用，有利于植物的生長和生物量的積累，提高苗木質量和競爭力[7]；另一方面，過量施氮肥降低了植物的光合作用，抑制了植物的生長和生物量的積累[8]，而且施氮肥過量導致土壤酸化，硝酸鹽和鈣淋失，也會引起土壤污染[9]。因此，研究植物對氮素養(yǎng)分的需求具有重要意義。

風箱果(Physocarpusamurensis)是珍貴的鄉(xiāng)土花灌木綠化樹種，將該樹種引入園林綠化中，對豐富園林景觀具有重要意義，開發(fā)應用前景非常廣闊[10]。目前針對風箱果開展了大量研究[10～12]，但是該樹種對土壤肥力的適應性研究較少。研究植物對土壤肥力的適應是限制栽培成功的重要生態(tài)因素，只有掌握植物對土壤肥力的特殊要求，才能做到成功栽培。本研究以1年生風箱果幼苗為研究對象，研究不同施氮肥水平對幼苗的生長、生物量積累、光合生理參數(shù)和碳水化合物積累等的影響，分析幼苗對不同氮肥水平的適應性，為該樹種苗木培育和栽植過程中氮肥的合理利用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試驗設計

試驗材料為風箱果1年生播種苗，種子采自黑龍江省尚志市帽兒山天然種群。2015年4月20日，選取長勢一致(苗高平均為14.1 cm，地徑平均為2.61 mm)的苗木60株，采用盆栽的方法，盆直徑20 cm，高度30 cm(花盆下部具孔)，栽培基質為草炭土和沙子(2∶1)，基質肥力較低，全氮含量為1.12 g·kg-1(全氮含量與風箱果分布區(qū)林下土壤接近)，每盆裝基質3.0 kg，盆下放置托盤，每盆栽植1株苗木。正常澆水培育，并進行適當管護，緩苗時間為1個月。施肥試驗時間于2015年5月20日～9月20日進行。本試驗所用肥料為硝酸銨(含氮35%)，設置4種施氮肥水平：不施氮肥(CK)、1 g/盆(N1)、3 g/盆(N2)和5 g/盆(N3)。每個處理15株苗木，每15 d施氮肥一次，共施肥7次，將硝酸銨溶于適量水中施入土壤中，若流出盆下托盤中重新倒回土壤中。于試驗結束后進行各形態(tài)和生理指標的測定。

1.2 采樣與測定方法

1.2.1 生長指標和生物量指標的測定

生長量指標測定苗高、地徑、分枝數(shù)和冠幅，生物量指標測定根生物量、莖生物量、葉生物量和根冠比，具體參照殷東生等[11]的方法進行測定。

1.2.2 凈光合速率的測定

凈光合速率測定采用美國生產(chǎn)的CI-340手持式光合作用測定系統(tǒng)進行，測定時選取生長較好、完全伸展的葉片為測定對象，測定時間為上午9：00～11：00，測定時用緩沖瓶控制CO2濃度360～380 μmol·mol-1，葉室溫度28℃，相對濕度約50%～65%，氣體流速為500 μmol·s-1，光合有效輻射為飽和光強1 100 μmol·m-2·s-1[12]。每個處理選3株重復測定，每株選取植株中部的2～3個葉片，每片葉的光合生理參數(shù)作3次記錄，取平均值作為測定結果。

1.2.3 葉綠素含量的測定

凈光合速率測定完以后，選取與測定凈光合速率相同部位的葉片，每個施氮肥處理選20片健康的葉片，裝入內(nèi)有冰袋的保鮮袋，迅速帶回實驗室，葉綠素含量測定參照王文杰等[13]的方法。

1.2.4 葉氮和碳水化合物含量的測定

每個施氮肥處理分別隨機選取5株苗木，分別對根、莖和葉等組織取樣，帶回實驗室后，清洗干凈后于105℃恒溫殺青20 min，在75℃條件下烘干至恒重，用不銹鋼粉碎機粉碎過80目篩后備樣。本研究測定的碳水化合物為非結構性碳水化合物(NSC)，即可溶性糖(葡萄糖、蔗糖、果糖等)和淀粉的總和?？扇苄蕴呛偷矸鄣暮坎捎糜邴惷舻萚14]的方法測定。葉氮含量采用元素分析儀(Vario MAX CN Elemental Analyzer,Elementar,Germany)進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均通過Excel進行整理，采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件對不同施氮肥處理的生長指標、生物量指標、光合生理參數(shù)、葉氮含量、非結構性碳(NSC)等進行單因素方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 施氮肥對風箱果幼苗生長的影響

從表1可以看出，施氮肥對風箱果幼苗的苗高增量影響不顯著(P>0.05)，對地徑，分枝數(shù)和冠幅增量影響顯著(P<0.05)。N1處理的地徑增量與CK差異不顯著(P>0.05)，而N2和N3處理的地徑增量顯著高于CK(P<0.05)；施氮肥處理的分枝數(shù)增量顯著高于CK(P<0.05)，但施氮肥處理間(N1、N2、N3)的分枝數(shù)增量差異不顯著(P>0.05)；N2和N3處理的冠幅增量顯著高于CK(P<0.05)，而N3處理的冠幅增量與CK差異不顯著(P>0.05)。

表1施氮肥對風箱果幼苗生長的影響

Table1EffectofnitrogenfertilizationongrowthofP.amurensisseedlings

施氮肥處理Nitrogen fertilization treatment苗高增量Height increment(cm)地徑增量Basal diameter increment(mm)分枝數(shù)增量Branch number increment冠幅增量Crown width increment(cm)CK12.5±1.5a2.16±0.09c2.8±0.6b16.6±0.7bN112.9±1.0a2.50±0.20bc10.0±1.6a21.9±1.3aN213.0±1.3a2.72±0.06ab9.1±1.4a21.3±1.7aN314.7±1.1a2.95±0.10a8.3±2.5a18.7±1.7ab

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different letters in the same column represented significant difference at 0.05 level,the same as below.

2.2 施氮肥對風箱果幼苗生物量積累和分配的影響

從表2可以看出，施氮肥對根生物量和葉生物量比影響不顯著(P>0.05)，顯著增大了莖生物量、葉生物量、總生物量和莖生物量比，顯著減小了根冠比、根生物量比(P<0.05)，各生物量指標在施氮肥處理間(N1、N2、N3)差異不顯著(P>0.05)，但葉生物量比隨施氮量的增加呈逐漸增大的趨勢，其它生物量指標呈逐漸減小的趨勢。

2.3 施氮肥對風箱果幼苗凈光合速率、葉氮和葉綠素含量的影響

從表3可以看出，施氮肥顯著提高了風箱果幼苗的凈光合速率和葉氮含量(P<0.05)，施氮肥處理間(N1、N2、N3)差異不顯著(P>0.05)；N1和N2處理的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量與CK差異不顯著(P>0.05)，N3處理的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量顯著低于CK(P<0.05)。

表2 施氮肥對風箱果幼苗生物量分配的影響

表3施氮肥對風箱果幼苗凈光合速率、葉氮含量和葉綠素含量的影響

Table3Effectofnitrogenfertilizationonnetphotosyntheticrate,leafnitrogencontentandchlorophyllcontentofP.amurensisseedlings

施氮肥處理Nitrogen fertilization treatment凈光合速率Net photosynthetic rate(μmol·m-2·s-1)葉氮含量Leaf nitrogen content(%)葉綠素含量Chlorophyll content(mg·g-1)葉綠素aChl a葉綠素bChl b總葉綠素ChlCK14.2±0.1b1.33±0.16b1.04±0.04a0.28±0.05a1.33±0.09aN118.3±0.9a1.68±0.21a1.29±0.08a0.29±0.07a1.58±0.04aN218.2±0.4a1.83±0.20a1.10±0.18a0.21±0.05a1.31±0.22aN317.7±1.0a1.88±0.17a0.13±0.01b0.03±0.00b0.16±0.01b

2.4 施氮肥對風箱果幼苗NSC積累和分配的影響

從表4可以看出，施氮肥對風箱果幼苗根和莖中的可溶性糖和NSC含量影響顯著(P<0.05)，對淀粉含量影響不顯著(P>0.05)，對葉中的可溶性糖、淀粉和NSC含量影響不顯著(P>0.05)。根中N1處理的可溶性糖和NSC含量與CK差異不顯著(P>0.05)，N2和N3處理顯著低于CK(P<0.05)；莖中N1處理的可溶性糖和NSC含量顯著高于CK(P<0.05)，N2和N3處理與CK差異不顯著(P>0.05)。

表4 施氮肥對風箱果幼苗根、莖、葉中NSC含量的影響

3 討論

形態(tài)特征是植物適應環(huán)境變化最直接的外在表現(xiàn)，植物對其的調節(jié)能力很強，其中苗高、地徑、冠幅等調整最為明顯[15～16]。大量研究證實植物的苗高、地徑、分枝數(shù)等生長指標都隨養(yǎng)分供應水平的提高而顯著增大[17～18]。本研究結果表明，施用氮肥顯著促進了風箱果幼苗的地徑生長，增加了分枝數(shù)量、增大了冠幅(表1)，證實了上述結論。生物量在根系和莖、葉之間的分配格局及其變化是植物對養(yǎng)分缺乏在形態(tài)變化方面的適應和反應的重要表征[19]。本研究中，施用氮肥顯著增大了莖和葉生物量的分配，顯著減少了根冠比和根生物量比(表2)。分析認為，氮供給不足時，導致較多的生物量向根系分配，促進根系的生長，提高根系吸收養(yǎng)分的能力，導致根生物量、根生物量比和根冠比增大[20]；而氮供給充足時，根系更容易獲得土壤中的養(yǎng)分，因此降低了根生物量分配，將更多的生物量分配給地上部分用于競爭其他資源(例如光照)，導致莖生物量、葉生物量、莖生物量比和葉生物量比的增大[7,21]，其他研究也證實了這一結論[17～18]。

氮素對植物生長發(fā)育的影響與葉片光合作用存在直接關系，凈光合速率、葉氮和光合色素含量比形態(tài)指標更能反映幼苗在不同氮供給水平下的生理狀況[6,20]，通常，這些指標在一定的供氮范圍內(nèi)隨供氮量的增加而顯著增加[18,22]。本研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥顯著提高了風箱果幼苗的凈光合速率和葉氮含量，明顯增加了葉綠素含量(表3)。分析認為由于施用氮肥增加了葉氮含量，改變了與光合密切相關的酶的含量[23～25]，增加了光合色素含量，增強了葉片吸光能力和葉肉細胞的光合活性[17,26]，最終提高了凈光合速率，從而促進植株的生長和生物量的積累。通常，隨著施氮量的增加能夠提高葉綠素含量[17]，但是本研究中N3處理的葉綠素含量顯著低于CK(表3)，可能是施氮肥過量引起植物體內(nèi)的礦物營養(yǎng)失衡導致的[18]，特別是鉀元素失衡會引起葉綠素降解[27]，具體原因有待進一步研究。

NSC是樹木生長代謝過程中重要的能量供應物質[14,28～29]。本研究發(fā)現(xiàn)施用氮肥顯著減少了風箱果幼苗根中的可溶性糖和NSC含量，對根中的淀粉影響不顯著(表4)，說明根中NSC的減少主要是由于可溶性糖含量的減少引起的。施用氮肥能夠明顯增加莖和葉中的可溶性糖、淀粉和NSC的積累(表4)。大量研究已經(jīng)證實，當土壤氮素充足時，碳水化合物向根部的分配減少，向莖葉分配比例增加[30]。分析認為土壤氮素充足時，根系輸送給莖和葉的細胞分裂素增加，莖和葉的細胞分裂加快，導致碳水化合物由韌皮部向莖和葉輸送的量增加，從而減少了韌皮部附近的碳水化合物含量，引起葉片膨壓的降低；而根系細胞分裂繼續(xù)進行，細胞膨壓沒有發(fā)生變化，從而使源(葉片)和匯(根部)之間產(chǎn)生膨壓梯度，促使碳水化合物相對較多地向莖、葉分配[31]。本研究發(fā)現(xiàn)，N1處理顯著提高了莖中可溶性糖和NSC的積累，而N2和N3處理莖中可溶性糖和NSC與CK差異不顯著(表4)，說明過量施氮肥并不利于碳水化合物的積累，與其他植物的研究結果一致[32～33]。

本研究中的大部分生長指標、生物量指標、光合生理參數(shù)和NSC等在施肥處理間(N1、N2、N3)的差異均不顯著(表1～4)，說明風箱果幼苗對土壤養(yǎng)分的變化并不敏感，進一步說明風箱果較耐貧瘠，對土壤肥力條件要求不高，生產(chǎn)實踐中對栽植的土壤條件適應性廣。