施氮肥對6個樹種間根尖功能性狀關(guān)聯(lián)的影響

李應(yīng)　鄧雨奇　林聲威　王治博　唐水昌　康雨辰　莊子楠　許海武　王文娜

摘要：【目的】研究施氮肥對樹種間根尖功能性狀如解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征和組織氮濃度的關(guān)聯(lián)，及其對土壤氮素有效性的響應(yīng)，為深入了解樹木根系結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)機(jī)制提供理論參考。【方法】以溫帶6個常見樹種（包括針葉和闊葉）成熟人工林為試驗(yàn)材料，將連續(xù)兩年施氮肥處理與不施肥處理進(jìn)行比較，分析根尖的解剖結(jié)構(gòu)和表型特征（形態(tài)特征和組織氮濃度）差異，并采用Pearson相關(guān)系數(shù)（r）和冗余分析（RDA）評價施肥處理對根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征和組織氮濃度在種間關(guān)系的影響?！窘Y(jié)果】在不施肥處理中，根尖組織氮濃度與中柱直徑和導(dǎo)管特征（平均導(dǎo)管直徑、導(dǎo)管總數(shù)和總導(dǎo)管面積）在種間呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.822～-0.523）（P<0.01，下同），與皮層厚度和皮層細(xì)胞層數(shù)呈極顯著正相關(guān)（r=0.596～0.876）;根尖中柱直徑和導(dǎo)管特征與根尖直徑和組織密度在種間呈極顯著正相關(guān)（r=0.434～0.798），與比根長呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.852～ -0.655）;相比之下，根尖皮層特征與形態(tài)特征的相關(guān)性依賴于具體的指標(biāo)。施氮肥增加了6個樹種林分土壤氮的有效性，同時增加樹種的根尖直徑和組織氮濃度、降低比根長，而組織密度的變化依賴于樹種。施氮肥后根尖的中柱和導(dǎo)管特征普遍顯著增加（P<0.05），而皮層厚度和皮層細(xì)胞特征變化不顯著（P>0.05）。施氮肥后，除了根尖組織氮濃度與皮層厚度和皮層細(xì)胞層數(shù)間的正相關(guān)程度在種間增強(qiáng)外（不施肥處理：r分別為0.596和0.876;施氮肥處理：r分別為0.746和0.935），根尖其他解剖特征與表型特征在種間的關(guān)聯(lián)均普遍減弱。對根尖解剖指標(biāo)進(jìn)行RDA分析，發(fā)現(xiàn)中柱直徑和平均導(dǎo)管直徑對于形態(tài)特征和組織氮濃度改變的貢獻(xiàn)最大，分別可解釋其變化的59.4%（施氮肥處理）～68.9%（不施肥處理）和54.8%（施氮肥處理）～67.0%（不施肥處理）?！窘Y(jié)論】在樹種間，根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征和組織氮濃度緊密相關(guān);施氮肥導(dǎo)致根尖組織氮濃度與皮層厚度和皮層細(xì)胞層數(shù)在種間的正相關(guān)性增強(qiáng)，根尖其他解剖結(jié)構(gòu)與表型特征的相關(guān)性在種間普遍減弱。說明土壤氮有效性提高時，樹木根尖功能性狀表現(xiàn)出明顯的樹種差異，具有較厚皮層組織的樹種根尖對養(yǎng)分具有更強(qiáng)的吸收優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞： 根尖;解剖結(jié)構(gòu);形態(tài)特征;氮濃度;施氮肥;種間關(guān)聯(lián)

中圖分類號： S725.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）12-2985-08

Abstract：【Objective】To study the association of nitrogen fertilizer application on root tip functional traits such as ana-tomical structure， morphological characteristics and tissue nitrogen concentration， and the effects on soil nitrogen availa-bility， which could provide theoretical basis for deeply understanding the mechanism of the connection between root structure and function in trees. 【Method】Taking two-year nitrogen fertilization as fertilization treatment and non-fertilized treatment as control. Comparing differences in anatomical structure and phenotypic characteristics of root tips， such as morphological traits and nitrogen concentration between unfertilized and fertilized treatments in six common temperate tree species including conifer and broad-leaved species from mature artificial forests. The effects of nitrogen fertilization on relationships between root tip anatomy versus morphology and between root tip anatomy versus nitrogen concentration among species were evaluated by Pearson correlation coefficient（r） and redundancy analysis（RDA）. 【Result】In the unfertilized treatment， nitrogen concentrations of root tips were extremely negatively correlated to both stele diameter and conduit traits among species（r=-0.822 to -0.523）（P<0.01， the same below）， and extremely positively correlated to cortical thickness and cortical cell traits（r=0.596-0.876）. Stele diameter and conduit traits both extremely positively correlated to root tip diameter and tissue density among species（r=0.434-0.798） and extremely negatively related to specific root length（r=-0.852 to -0.655）. By comparison， correlation between cortical cell traits and morphological traits depended on speci-fic indexes. Nitrogen fertilization increased soil nitrogen availability in six tree species. Nitrogen fertilization generally increased root tip diameter and nitrogen concentration， decreased specific root length in all species， while changes of tissue density differed among species. The stele radius and conduit traits of root tips also significantly increased after nitrogen fertilization（P<0.05）， while cortical thickness and cortical cell traits changed non-significantly（P>0.05）. After nitrogen fertilization， except for the increase of positive interspecific correlations between root tip nitrogen concentrations and both cortical thickness and the number of cortical cell layers（unfertilized： r=0.596 and r=0.876 respectively; fertilized： r=0.746 and r=0.935 respectively）， other interspecific correlations between anatomical traits and phenotypic characteristics were generally decreased. The results of RDA based on all anatomical traits of root tips in this study indicated that stele diameter and mean conduit diameter both contributed the most largely to the changes of root morphological traits and nitrogen concentrations， with the explanations for their variations up to 59.4% and 54.8% in the fertilized treatment and 68.9% and 67.0% in the unfertilized treatment， respectively. 【Conclusion】Generally， close correlations are found both between root tip anatomical traits versus root morphological traits and between root tip anatomical traits versus nitrogen concentrations among six tree species. Nitrogen fertilization strengthens the positive interspecific correlation between nitrogen concentrations in tissue and cortical thickness and the number of cortical cell layers， while generally weakens other interspecific correlation between anatomical structure and phenotypic characteristics. The results suggest that when? soil nitrogen availability improves，? root tip functional traits show large divergences among tree species， specifically tree species which possess thicker cortex of root tips should exhibit stronger absorptive advantage for nutrients.

Key words： root tip; anatomical structure; morphological trait; nitrogen concentration; nitrogen fertilization; interspecific correlation

Foundation item： Hainan Basic and Applied Basic Research Plan（Natural Science） High Level Talent Project（2019 RC159）;College Students Innovative Entrepreneurial Training Plan Project（201910589407）

0 引言

【研究意義】根尖作為植物地下最活躍的組分，其生理生態(tài)功能的變化已成為生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)。根尖生理生態(tài)功能的改變，不僅對于植物個體的生長和存活具有重要影響，還在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳和養(yǎng)分循環(huán)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。根尖生理生態(tài)功能依賴于其解剖結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征和養(yǎng)分濃度等功能性狀。其中，根尖的解剖結(jié)構(gòu)由皮層和中柱構(gòu)成，這兩部分分別是資源吸收和運(yùn)輸?shù)闹饕獔鏊渥兓捎绊懜獾男螒B(tài)及氮等養(yǎng)分特征，因此根尖的解剖結(jié)構(gòu)是調(diào)控根尖生理和功能的潛在機(jī)制。以往的研究大多關(guān)注根尖功能性狀的種內(nèi)關(guān)聯(lián)，而缺乏對樹種間關(guān)聯(lián)的探討。因此，研究根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)和養(yǎng)分特征的種間關(guān)聯(lián)，對于深入了解樹木根系結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)機(jī)制具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近10年來，生態(tài)學(xué)家研究表明樹木細(xì)根的解剖結(jié)構(gòu)（皮層厚度、中柱直徑和木栓層的形成等）與其他表層特征，如根形態(tài)特征和組織化學(xué)濃度等在種內(nèi)存在緊密關(guān)聯(lián)（陳海波等，2010;趙妍麗等，2011）。陳海波等（2010）在研究水曲柳苗木時發(fā)現(xiàn)，低氮條件下（1 mmol/L）細(xì)根直徑增加是由皮層厚度和皮層細(xì)胞直徑增加引起。還有一些研究關(guān)注了細(xì)根解剖結(jié)構(gòu)與表型特征在種間的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)中柱直徑和皮層厚度2個指標(biāo)與細(xì)根直徑均顯著正相關(guān)（Gu et al.，2014;Kong et al.，2014），且2個指標(biāo)與組織氮濃度間的關(guān)系在皮層厚度中更緊密（Guo et al.，2008;王文娜，2018）。盡管當(dāng)前研究已普遍證實(shí)細(xì)根解剖結(jié)構(gòu)是調(diào)控根表型特征的重要因素，但對于細(xì)根表型特征與哪些解剖組分（皮層細(xì)胞直徑、皮層細(xì)胞層數(shù)、導(dǎo)管總數(shù)和導(dǎo)管直徑等）在種間存在重要關(guān)聯(lián)尚缺乏關(guān)注。此外，土壤氮有效性變化是森林生態(tài)系統(tǒng)中十分常見的自然現(xiàn)象之一，在氮有效性改變條件下，細(xì)根解剖結(jié)構(gòu)（Nagel et al.，2001;陳海波等，2010）、形態(tài)特征（Pregitzer et al.，2000;Noguchi et al.，2013;Kou et al.，2015）和組織氮濃度（Nadelhoffer，2000;Pregitzer et al.，2000;Jia et al.，2011）均發(fā)生相應(yīng)改變，且變化方向和程度依賴于樹種、施肥劑量和立地養(yǎng)分狀況等?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，關(guān)于土壤氮有效性改變條件下，樹木根尖解剖特征（尤其是解剖組分特征）與形態(tài)特征和組織氮濃度在樹種間的關(guān)聯(lián)鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選取我國溫帶地區(qū)6個常見的造林樹種，即胡桃楸（Juglans mandshurica）、黃波羅（Phellodendron amurense）、水曲柳（Fraxinus mandschurica）、落葉松（Larix gmeli-nii）、云杉（Picea koraiensis）和紅松（Pinus koraiensis），在人工純林中進(jìn)行施氮肥處理，分析施氮肥對根尖解剖結(jié)構(gòu)（皮層厚度、中柱直徑、皮層細(xì)胞直徑和導(dǎo)管總數(shù)等）、形態(tài)特征（根尖直徑、比根長和組織密度）和組織氮濃度的影響，以及對解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征和組織氮濃度在種間相關(guān)性的影響，為深入了解樹木根系結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)提供參考。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

在黑龍江省東北林業(yè)大學(xué)森林培育實(shí)驗(yàn)站（東經(jīng)127°30′～127°34′，北緯45°21′～45°25′）內(nèi)開展相關(guān)研究。該研究地點(diǎn)屬于溫帶地區(qū)，受大陸性季風(fēng)氣候影響，年均溫2.8 ℃，降水量和蒸發(fā)量分別為723和1094 mm。選取溫帶地區(qū)6種典型造林樹種，包括胡桃楸、黃波羅和水曲柳3種闊葉樹種，以及落葉松、云杉和紅松3種針葉樹種。研究樹種均選自30年生人工純林，平均海拔為300 m，坡度為10°～15°，株行距為1.5 m×2.0 m。林分土壤為典型暗棕壤，土層平均厚度為40 cm（Wang et al.，2006）。6個樹種林分特征見表1。

1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1. 2. 1 施肥設(shè)計(jì) 在相似立地位置隨機(jī)設(shè)樣地，6個樹種共設(shè)36塊樣地（樣地規(guī)格4 m×4 m）。其中，每個樹種林分內(nèi)均設(shè)6塊樣地，使用紅繩圈出邊界。每個樹種6塊樣地中，3塊不施肥（不施肥處理），另外3塊施肥（施氮肥處理）。樣地選擇在生長健康的目標(biāo)樹木周圍，每個樣方周圍需圍繞2～3棵樹，保證后期取樣具有足夠根量。對塊狀樣地進(jìn)行連續(xù)2年的施氮肥（硝酸銨顆粒）處理，施肥時間分別為第1年和第2年生長季的5月末和7月末，以及第1年的8月初;每年施氮量為10 g/m2，每月施肥量根據(jù)往年當(dāng)月的平均氮礦化量設(shè)置（Jia et al.，2011），于上述施肥月份分別施加當(dāng)年總施肥量的30%、40%和30%。施肥前，首先清除雜草，再將凋落物層撥開，以各樣地紅繩為界在樣地內(nèi)均勻撒施肥料，之后將凋落物層重新覆蓋地表。

1. 2. 2 取樣 于施肥后第2年7月末對根系進(jìn)行取樣。在每塊樣地中隨機(jī)選擇3處取樣點(diǎn)，將表層土壤（0～10 cm）的目標(biāo)樹種根系小心剪下，收獲多個根段。根據(jù)根系的分支和彈性，挑選出目標(biāo)樹種根系。對于各樹種而言，將同一塊樣地中獲取的根系樣品隨機(jī)分成2組：一組小心清洗土壤雜質(zhì)后迅速固定于FAA溶液中，用于之后根尖解剖結(jié)構(gòu)的測定;另一組根系裝入封口袋中，用于測定根尖的形態(tài)特征和組織氮濃度。在同一樹種的各處理樣地中，將來自3個樣地中用于測定相同指標(biāo)的樣品合并，在同一塑料瓶或封口袋中放置。同時，使用5 cm內(nèi)徑土壤鉆，在各樹種同一樣地中對根系取樣區(qū)域附近的表層土壤進(jìn)行收集。各樣地共隨機(jī)選取3處位置，將3份土壤樣品混勻作為合并樣品，用于測定土壤全氮、銨態(tài)氮（NH4+-N）和硝態(tài)氮（NO3--N）濃度。于2 h內(nèi)將以上樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，置于低溫或風(fēng)干條件下保存，以待后續(xù)指標(biāo)測定。

1. 3 根尖功能指標(biāo)測定

1. 3. 1 根尖解剖結(jié)構(gòu)測定 在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下將根系從FAA溶液中取出，通過根尖的外形特征，將根尖從復(fù)雜的根系統(tǒng)中摘下，用于解剖結(jié)構(gòu)測定。從同一樹種相同處理中隨機(jī)挑選出30個根尖，使用石蠟切片法對樣品進(jìn)行前期處理（Guo et al.，2008）。制片后，使用光學(xué)顯微鏡（BX-51，Olympus Corporation，Japan）對根尖橫截面進(jìn)行觀察和圖片拍攝（Gu et al.，2011）。根尖的中柱直徑、平均導(dǎo)管直徑、皮層厚度和皮層細(xì)胞直徑等使用Motic Images Plus 2.0（Motic Corporation，China）進(jìn)行測量。

1. 3. 2 根尖形態(tài)特征測定 從同一樹種的相同處理中隨機(jī)選擇100～200個根尖，使用Expression 10000XL 1.0 scanner（Epson Telford Ltd，UK）掃描根尖，然后以WinRhizo 2004b（Regent Instruments，Inc.，Québec，Canada）測量根尖的平均直徑、總體積和總長度。將已掃描的根尖烘干后稱量干重（精確度0.0001 g）。對每組根尖樣品的總長度與干重比值進(jìn)行計(jì)算，獲得根尖比根長（cm/mg）;計(jì)算根干重與總體積比值，獲得根尖組織密度（mg/cm3）。

1. 3. 3 根尖組織氮濃度測定 隨機(jī)挑選一些根尖，于65 ℃下烘干并研磨后，使用元素分析儀（vario MACRO，Elementar Analysensysteme，Germany）測定根尖組織氮濃度。

1. 3. 4 土壤全氮和速效氮濃度測定 將同一樹種相同處理的土壤樣品，使用四分法分為2份。其中，一份低溫（4 ℃）保存，經(jīng)2 mol/L KCl溶液浸提30 min后，采用連續(xù)流動分析儀（AA3，AutoAnalyzer，Germany）測定浸提液中的NH4+-N和NO3--N濃度（mg/kg）;另一份土壤樣品置于陰涼通風(fēng)的環(huán)境中風(fēng)干，將研磨后的粉末過100目篩后，使用元素分析儀測定土壤全氮濃度（mg/kg）。

1. 4 統(tǒng)計(jì)分析

對于同一樹種不同處理的根尖樣品，分別計(jì)算其解剖結(jié)構(gòu)（中柱直徑、導(dǎo)管平均直徑、導(dǎo)管總數(shù)、皮層厚度、皮層細(xì)胞層數(shù)和皮層細(xì)胞直徑）、形態(tài)特征（根尖直徑、組織密度和比根長）和組織氮濃度的均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差。采用Fishers LSD檢驗(yàn)施氮肥處理對根尖解剖結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征和組織氮濃度的影響;采用Pearson相關(guān)系數(shù)（r）和冗余分析（RDA）評價根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征和組織氮濃度在樹種間的相關(guān)關(guān)系。采用SPSS 19.0分析數(shù)據(jù);使用SigmaPlot 10.0（Systat公司，美國）制圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不施肥處理根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征間的關(guān)聯(lián)

在不施肥處理下，根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征在種間存在普遍且緊密的相關(guān)性（表2，圖1）。其中，根尖直徑、組織密度與中柱直徑和導(dǎo)管特征（平均導(dǎo)管直徑、導(dǎo)管總數(shù)和總導(dǎo)管面積）間均呈極顯著正相關(guān)（r =0.434～0.798）（P<0.01，下同），而比根長與中柱和導(dǎo)管特征間呈極顯著負(fù)相關(guān)（r =-0.852～-0.655）。與中柱和導(dǎo)管特征不同，根尖皮層特征與形態(tài)特征在樹種間的關(guān)系依賴于具體指標(biāo)（表2）。

此外，不施肥處理下根尖組織氮濃度與解剖特征在6個樹種間也存在緊密關(guān)聯(lián)（表2）。其中，根尖組織氮濃度與中柱和導(dǎo)管特征間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，與中柱直徑的相關(guān)性最緊密（r =-0.822），其次為平均導(dǎo)管直徑（r =-0.787）、總導(dǎo)管面積（r=-0.631）和導(dǎo)管總數(shù)（r =-0.523）。根尖組織氮濃度與皮層細(xì)胞直徑間亦呈極顯著負(fù)相關(guān)（r =-0.445），但與皮層厚度和皮層細(xì)胞層數(shù)間呈極顯著正相關(guān)（r分別為0.596和0.876）。整體而言，通過RDA分析檢驗(yàn)不施肥處理中根尖解剖結(jié)構(gòu)對形態(tài)特征和組織氮濃度在種間的影響，結(jié)果表明，第一軸和第二軸分別能解釋形態(tài)特征和組織氮濃度變化的77.0%和10.8%（圖1）。其中，解剖特征中的中柱直徑和平均導(dǎo)管直徑對于形態(tài)特征和組織氮濃度變化的貢獻(xiàn)最大，分別可解釋其變化的68.9%和67.0%。

2. 2 施氮肥對根尖解剖結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征和組織氮濃度的影響

由表3可知，施氮肥后6個樹種林分土壤全氮、NH4+-N和NO3--N的濃度均明顯增加，其中NH4+-N和NO3--N濃度的增加在6個樹種中普遍達(dá)顯著水平（P<0.05，下同）。由表4可知施氮肥導(dǎo)致6個樹種（除水曲柳外）根尖的中柱直徑普遍顯著增加，其中，紅松的增幅最大（28.26%），落葉松的增幅最小（13.37%）。施氮肥同樣導(dǎo)致6個樹種根尖平均導(dǎo)管直徑和總導(dǎo)管面積顯著增加，2個指標(biāo)在樹種間的增加范圍分別為9.98%（胡桃楸）～31.81%（水曲柳）和76.70%（云杉）～162.60%（水曲柳）。施氮肥后僅在胡桃楸、黃波羅、落葉松和紅松的根尖導(dǎo)管總數(shù)顯著增加，分別增加74.03%、41.87%、66.34%和50.20%，而在水曲柳和云杉中導(dǎo)管總數(shù)增加不顯著（P>0.05，下同），分別增加41.87%和6.42%。與中柱和導(dǎo)管特征相比，根尖的皮層厚度、皮層細(xì)胞直徑和皮層細(xì)胞層數(shù)變化不顯著，3個指標(biāo)在樹種間的變化程度分別為-7.99%～0.10%、-10.39%～0.99%和-3.93%～0.45%。

由表5可知，施氮肥后根尖直徑在所有樹種（除云杉外）中普遍顯著增加，樹種間增加范圍為6.25%（黃波羅）～29.63%（胡桃楸）。根尖比根長在施氮肥后普遍降低，其中在胡桃楸和水曲柳中達(dá)顯著水平，分別降低26.92%和20.15%。然而，根尖組織密度的變化依賴于樹種，但變化普遍未達(dá)顯著水平，樹種間的變化程度為-10.69%（胡桃楸）～3.16%（黃波羅）;僅在紅松中顯著降低（降低13.13%）。此外，施氮肥導(dǎo)致根尖組織氮濃度在胡桃楸、水曲柳、黃波羅、紅松和云杉中均顯著增加，分別增加21.16%、6.72%、23.47%、6.63%和4.47%，而在落葉松中增加不顯著。

2. 3 施氮肥對根尖功能性狀在種間關(guān)聯(lián)影響的分析

施氮肥后根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征和組織氮濃度在6個樹種間仍存在普遍顯著相關(guān)（圖2，表2）。與不施肥處理相比，施氮肥導(dǎo)致根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征間的相關(guān)性在6個樹種中普遍減弱。其中，根尖直徑與中柱和導(dǎo)管特征間的相關(guān)系數(shù)由不施肥處理的0.639（根尖直徑與平均導(dǎo)管直徑間）～0.798（根尖直徑與導(dǎo)管總數(shù)間）降低至施氮肥處理的0.495（根尖直徑與導(dǎo)管總數(shù)間）～0.648（根尖直徑與中柱直徑間）。類似地，不施肥處理中根尖組織密度與中柱和導(dǎo)管特征間的相關(guān)性（r由0.434～0.713降至0.434～0.635），以及比根長與中柱和導(dǎo)管特征間的相關(guān)性（r由-0.852～-0.655升至-0.763～-0.508）均在施氮肥處理后稍降低。在不施肥處理中，根尖形態(tài)特征與皮層特征在種間呈顯著相關(guān)，相關(guān)程度在施氮肥后也呈現(xiàn)一致性下降的規(guī)律。相比之下，施氮肥后根尖解剖結(jié)構(gòu)與組織氮濃度在種間的相關(guān)性變化依賴于具體指標(biāo)（表2）。其中，與不施肥處理相比，施氮肥處理中組織氮濃度與中柱直徑（r由 -0.822升至 -0.664）、導(dǎo)管總數(shù)（r由-0.523升至 -0.304）、平均導(dǎo)管直徑（r由-0.787升至-0.721）和總導(dǎo)管面積（r由-0.631升至-0.538）間的負(fù)相關(guān)程度均減弱，但仍然普遍達(dá)到顯著水平;而根尖組織氮濃度與皮層特征間的相關(guān)性變化并不一致，其與皮層厚度和皮層細(xì)胞層數(shù)間的相關(guān)程度在施肥后增加（r由0.596和0.876分別增至0.746和0.935），與皮層細(xì)胞直徑間的相關(guān)程度在施氮肥后降低（r由-0.445升至-0.184）。通過RDA分析施氮肥處理中根尖解剖結(jié)構(gòu)對形態(tài)特征和組織氮濃度在種間的影響發(fā)現(xiàn)，第一軸和第二軸分別能解釋形態(tài)特征和組織氮濃度變化的76.3%和11.3%（圖2）;與不施肥處理（圖1）相似，中柱直徑和平均導(dǎo)管直徑對于形態(tài)特征和組織氮濃度改變的貢獻(xiàn)最大，分別可解釋其變化的59.4%和54.8%。

3 討論

本研究表明，不施肥處理中6個樹種根尖解剖特征與形態(tài)特征和組織氮濃度在種間均存在普遍關(guān)聯(lián)。其中，根尖中柱直徑和導(dǎo)管特征與根尖直徑和組織密度在所有樹種間顯著正相關(guān)，與比根長在種間顯著負(fù)相關(guān)。Gu等（2014）、Kong等（2014）分別對50和96個樹種根尖的研究也得出相似的結(jié)果。因此，類似于形態(tài)特征與解剖特征在種內(nèi)的緊密關(guān)聯(lián)（Guo et al.，2008;陳海波等，2010），根尖形態(tài)特征在種間也是表征中柱和導(dǎo)管特征變化的重要指標(biāo)。而對于根尖皮層特征，其與形態(tài)特征在種間的關(guān)聯(lián)是否達(dá)顯著水平依賴于具體的指標(biāo)，因此相比之下，根尖中柱和導(dǎo)管特征與形態(tài)特征在種間具有更普遍的關(guān)聯(lián)。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，根尖組織氮濃度與解剖特征在樹種間也存在普遍的緊密關(guān)聯(lián)，即在不同樹種間，根尖組織氮濃度與皮層厚度顯著正相關(guān)，而與中柱直徑和導(dǎo)管特征緊密負(fù)相關(guān)。組織氮濃度與皮層厚度在種間的正相關(guān)在對96個樹種根尖的研究中也得到證實(shí)（Kong et al.，2014）。綜合以往研究（Guo et al.，2008）和本研究發(fā)現(xiàn)，具有較粗中柱直徑的樹種根尖，其皮層厚度相對較薄，反之亦然。因此，以上結(jié)果可能說明在皮層較厚、中柱較細(xì)且導(dǎo)管較細(xì)、少的樹種根尖中，組織氮濃度相應(yīng)更高。

施氮肥后6個樹種林分土壤氮有效性提高，不僅改變各樹種根尖解剖結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征和組織氮濃度，還導(dǎo)致根尖功能性狀在種間的關(guān)系發(fā)生改變。首先，施氮肥后根尖組織氮濃度與解剖組分中的皮層厚度和皮層細(xì)胞層數(shù)在種間的正相關(guān)程度增強(qiáng)。在土壤氮有效性增加的條件下，根尖組織氮濃度在以往研究（Pregitzer et al.，2000;Jia et al.，2011）和本研究中均明顯增加，且在根尖皮層較厚的樹種中普遍增加更明顯。這是因?yàn)槠邮歉馕账趾宛B(yǎng)分的主要場所，較厚的皮層組織能為根尖氮元素的吸收提供更多優(yōu)勢（Nagel et al.，2001;Guo et al.，2008）。其次，不論在針葉樹還是闊葉樹中，施氮肥后根尖組織氮濃度的增幅在種間均隨著中柱和導(dǎo)管特征的增強(qiáng)而普遍增加。由于較發(fā)達(dá)的中柱和導(dǎo)管特征意味著更強(qiáng)的根尖運(yùn)輸功能（Wahl et al.，2001;Wang et al.，2018），故推測具有較粗中柱、較高導(dǎo)管直徑和數(shù)量的樹種，其根尖在氮有效性增加條件下對氮元素的吸收具有更強(qiáng)的優(yōu)勢。盡管施氮肥后中柱和導(dǎo)管較發(fā)達(dá)的樹種中根尖組織氮濃度的增加量較大，但這種變化并未改變氮濃度與中柱和導(dǎo)管特征在種間負(fù)相關(guān)的關(guān)系。此外，施氮肥還導(dǎo)致根尖解剖特征與形態(tài)特征在種間的關(guān)聯(lián)性普遍下降，其直接原因是根尖解剖結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征對施氮肥的響應(yīng)結(jié)果在樹種間具有差異。施氮肥后3個闊葉樹種（胡桃楸、黃波羅和水曲柳）的根尖直徑和中柱直徑均增加，但這2個指標(biāo)在種間增加規(guī)律不一致，胡桃楸、水曲柳和黃波羅根尖直徑的增幅分別為29.63%、18.52%和6.25%，而中柱直徑分別增加20.11%、17.55%和20.24%。這種根尖功能性狀在種間的響應(yīng)差異，說明根尖結(jié)構(gòu)和功能對土壤氮有效性的響應(yīng)策略具有樹種差異?？傊狙芯孔C實(shí)了根尖功能性狀在種間具有緊密關(guān)聯(lián)，以及功能性狀在施氮肥后會發(fā)生協(xié)同改變。此外，大量研究發(fā)現(xiàn)，在根尖對水分和養(yǎng)分吸收過程中，菌根真菌侵染是一個重要的吸收途徑（Wright et al.，1998;Smith and Smith，2012;Bücking and Kafle，2015）。但根尖菌根侵染率的改變與根尖解剖結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征和組織氮濃度的變化具有何種關(guān)聯(lián)機(jī)制仍不清楚，今后可選取不同菌根侵染類型的樹種進(jìn)行重點(diǎn)研究。

4 結(jié)論

在樹種間，根尖解剖結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征和組織氮濃度緊密相關(guān);施氮肥導(dǎo)致根尖組織氮濃度與皮層厚度和皮層細(xì)胞層數(shù)在種間的正相關(guān)性增強(qiáng)，根尖其他解剖結(jié)構(gòu)與表型特征間的相關(guān)性在種間普遍減弱。說明土壤氮有效性提高時，樹木根尖功能性狀表現(xiàn)出明顯的樹種差異，具有較厚皮層組織的樹種根尖對養(yǎng)分具有更強(qiáng)的吸收優(yōu)勢。

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（責(zé)任編輯 鄧慧靈）