毛竹幼苗對不同氮含量及形態(tài)的營養(yǎng)響應

顧紅梅，鄧光華，黃 玲，楊海燕，楊清培，2，鄒 娜,2

(1.江西農(nóng)業(yè)大學 園林與藝術學院， 江西 南昌 330045；2.江西農(nóng)業(yè)大學 江西省竹子種質資源與利用重點實驗室，江西 南昌 330045)

毛竹幼苗對不同氮含量及形態(tài)的營養(yǎng)響應

顧紅梅1，鄧光華1，黃 玲1，楊海燕1，楊清培1，2，鄒 娜1,2

(1.江西農(nóng)業(yè)大學 園林與藝術學院， 江西 南昌 330045；2.江西農(nóng)業(yè)大學 江西省竹子種質資源與利用重點實驗室，江西 南昌 330045)

采用室內可控環(huán)境盆栽方法研究毛竹幼苗對不同氮供應強度和形態(tài)的響應。結果表明，在低氮條件下不同氮素形態(tài)造成的生長差異很?。浑S著氮濃度的提高，毛竹幼苗苗高，葉綠素含量，葉片數(shù)，葉面積，地上地下生物量和根系構型等各生長指標在銨氮供應條件下的生長顯著優(yōu)于以硝氮為唯一氮源。在pH3.8條件下，毛竹幼苗能正常生長，而且生長各指標對不同氮素形態(tài)具有pH5.8條件下相似的響應特征，表明毛竹幼苗對土壤pH的適應性較廣，對酸性環(huán)境具有較強的耐受能力。

毛竹；氮含量；氮形態(tài)；生長響應

毛竹(Phyllostachysheterocyclacv.Pubescens)屬禾本科剛竹屬，為我國分布最廣，面積最大，經(jīng)濟價值最高的竹種[1]。它具有成長快，成材早，產(chǎn)量高，收益大，用途廣等特點，成為我國南方重要的森林資源，在我國林業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要的地位[2]。雖然竹林擴張為林業(yè)發(fā)展、林農(nóng)增收發(fā)揮了積極的作用[3-4]，但近年來毛竹林向周邊鄰近常綠闊葉林或針闊混交林邊界擴張蔓延趨勢日益明顯，并引發(fā)了一系列生態(tài)問題，如影響鄰近生態(tài)系統(tǒng)的群落組成與結構、生物多樣性、土壤性質、生態(tài)過程與功能, 并造成生態(tài)景觀的破壞[5]。

氮素是植物生長不可或缺的營養(yǎng)元素，在森林生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有效氮主要以NH4+-N和NO3--N形式存在，NH4+-N和NO3--N也是植物從土壤中吸收N的主要形式。由于不同植物對氮素的吸收利用能力不同，并且在長期的進化過程中形成了對不同氮素形態(tài)的偏向選擇性即在N03-(或NH4+)占優(yōu)勢的N 營養(yǎng)環(huán)境中，植物吸收N 的能力、生理反應、生長速度較好，表現(xiàn)出明顯的喜硝性(或喜銨性)[6]。喜NH4+植物如針葉樹種、杜鵑科植物和水稻等[6-8]，而另一些植物在以純N03-或以N03--N 占優(yōu)勢的營養(yǎng)環(huán)境中生長的較好，如大麥和番茄等多數(shù)農(nóng)作物和蔬菜[9-10]。

近幾十年來, 由于化石燃料和農(nóng)牧業(yè)含氮化肥飼料的廣泛使用, 全球大氣氮沉降量明顯增加, 一些地區(qū)已經(jīng)達到飽和甚至超過了生態(tài)系統(tǒng)所能承受的臨界負荷[11]。如在我國江西分宜縣大岡山林場的杉木(CunninghamiaLanceolata)林和馬尾松(Pinusmassoniana)林中，降雨氮輸入分別為 60.6 kg·hm-2·a-1和57.0 kg·hm-2·a-1[12],這些數(shù)字均高于或遠遠高于森林在生長季節(jié)對氮的需求量(約 5～8 kgN·hm-2·a-1)[13]。

不同植物的N 營養(yǎng)特性及對土壤N 供給變化的特異性反應對森林生態(tài)系統(tǒng)中優(yōu)勢植物間的競爭關系和森林發(fā)展過程中物種的選擇起著非常重要的作用[14-16]。近年來，毛竹擴張趨勢不斷加強，其是否與近年來氮沉降量顯著增加造成的土壤氮供給變化及土壤酸化等有關尚不清楚。因此，本試驗以毛竹為材料，研究毛竹幼苗對不同N水平梯度，不同NH4+/NO3-配比，不同pH值環(huán)境下的營養(yǎng)響應，以期從土壤氮營養(yǎng)角度對毛竹擴張進行探討并為毛竹育苗和人工林的培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為毛竹幼苗。毛竹種子采自廣西桂林灌陽縣洞井鄉(xiāng)。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理及培養(yǎng) 毛竹種子先置于40 ℃溫水浸種12 h，然后用0.1%代森錳鋅溶液消毒12 h，取出后放入培養(yǎng)皿中并置于人工氣候箱中進行種子萌發(fā)。培養(yǎng)溫度(25±1)℃，光照時間12 h·d-1，光照強度為2 000 Lx，相對濕度65%。

1.2.2 試驗處理 待第2片真葉完全展開后，挑選長勢一致的毛竹實生苗移入裝有滅菌蛭石的花盆中(規(guī)格為130 mm×150 mm)。試驗苗移栽后15天，用含有不同氮濃度及銨硝配比(NH4+/NO3-)的無機氮源培養(yǎng)兩個月，氮濃度設低N(0.4 mM)、中N(2 mM)和高N(8mM)3個水平， NH4+-N/NO3--N比為100/0、50/50和0/100共9個處理，每個處理16株苗。NH4+以(NH4)2SO4形式提供，NO3-以KNO3和Ca(NO3)2·4H2O形式提供，每周澆一次營養(yǎng)液。用于配置不同氮處理的營養(yǎng)液組成修改自Norisada M and Kojima K (2005)，見表1。所有營養(yǎng)液中均加硝化抑制劑雙氰胺(C2H4N27 μm·L-1)充分抑制硝化作用，保障NH4+/NO3-比例不發(fā)生很大的變化，用pH計(Orion 86801)和0.1 mol·L-1NaoH或0.1 mol·L-1HCI調節(jié)所有處理的營養(yǎng)液pH值保持在5.8或3.8左右。除了特殊說明，實驗中所獲得數(shù)據(jù)均為pH 5.8條件下的。

1.3 研究方法

苗高和葉片數(shù)采用常規(guī)的方法測量；葉綠素含量(SPAD值)用葉綠素儀(SPAD-502，Minolta)取頂端第2、3片葉進行測定；葉面積采用葉面積儀YMJ-A測定。采收后的苗用清水將根部洗凈，地下部根系用EPSON COLOR IMAGE SCANNER LA1600+掃描儀進行掃描，然后用根系圖象分析軟件WinRHIZO 2012對各處理根系的體積、表面積、總長，根尖數(shù)和平均直徑進行定量測定。此后將苗分為根、莖、葉3部分經(jīng)殺青(105 ℃，30 min)后70 ℃烘至恒重并稱重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用 Excel 2003和SPSS 13.0進行統(tǒng)計分析，圖表使用Sigmaplot 13.0生成并由Photoshop排版。

表1 不同N含量及形態(tài)營養(yǎng)液組成

Concentrations are in mM.

2 結果與分析

2.1 不同氮含量及形態(tài)對毛竹地上部生長和葉綠素含量的影響

圖1結果表明，隨著氮含量的增加，毛竹幼苗生長和葉綠素含量在不同氮素形態(tài)間的差異增大。在低氮濃度時(0.4 mM)，等濃度的不同氮素形態(tài)對毛竹幼苗株高和葉片數(shù)量間的影響差異不大；在中濃度時(2 mM),銨氮處理的幼苗株高和葉片數(shù)量顯著高于經(jīng)等濃度的硝態(tài)氮及銨硝混合氮源處理的幼苗；在高濃度時(8 mM)，經(jīng)銨氮及銨硝混合氮源處理的幼苗株高和葉片數(shù)量顯著高于經(jīng)等硝態(tài)氮濃度的處理的幼苗。此外，毛竹幼苗株高隨著銨氮濃度的增加而顯著增加，而硝氮濃度增加對毛竹幼苗高生長并未有明顯影響(圖1A)。

毛竹幼苗單株葉片數(shù)量在銨氮中具有最大值，并且與硝氮間的差異在中高氮濃度條件下達到顯著水平(圖1B)。銨氮處理幼苗單株葉面積顯著高于硝氮，并且這種差異隨著氮濃度的增加而增大；此外，葉面積基本隨著銨氮濃度的增加而增加，但經(jīng)高硝氮濃度處理的毛竹幼苗葉面積顯著低于中低濃度處理的(圖1C)。

不同氮素形態(tài)對毛竹幼苗葉綠素含量的影響差異隨著氮含量的增加而增大；就氮形態(tài)而言銨處理的幼苗葉綠素含量顯著高于硝氮處理的幼苗(圖1D)。上述結果表明一定濃度的銨氮更有利于毛竹幼苗地上部生長和葉綠素積累。

圖1 不同氮含量及形態(tài)對毛竹株地上部生長和葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of N concentration and forms on the growth and chlorophyll content (SPAD) of Phyllostachys heterocycla cv. Pubescens

2.2 不同氮含量及形態(tài)對毛竹根系構型的影響

毛竹實生苗地下根系為須根，根系發(fā)達。表2結果表明，不同氮含量及氮素形態(tài)對毛竹根系各參數(shù)的影響不同，其中以高濃度的銨硝混合氮源對根系各參數(shù)如根長、根系表面積、根系平均直徑、根系體積和根尖數(shù)具有較好的促進作用。就不同氮素形態(tài)對根系各指標的生長而言，以銨氮顯著優(yōu)于硝氮，且這種生長優(yōu)勢隨著氮濃度的增加。

2.3 不同氮含量及形態(tài)對毛竹各部位生物量及根冠比的影響

毛竹各部分生物量以葉最大，其次是根，莖最小，各部位干物質的積累隨著氮總量的增加而呈增加趨勢(圖2)。不同氮素形態(tài)對各指標的影響差異隨著氮濃度的增加而增大，就氮形態(tài)而言混合氮源優(yōu)于銨氮及硝氮(圖2A)。毛竹總干重以8mM 的混合氮源最優(yōu)，但與等濃度的銨氮間差異不顯著；毛竹干物質的積累以銨氮優(yōu)于硝氮，并且這種差異隨著氮濃度的增加而增大(圖2B)。根冠比隨著營養(yǎng)液中硝濃度的增加基本呈上升趨勢，但在中低氮濃度條件下，各處理間差異不顯著。

表2 不同氮含量及形態(tài)對毛竹根系構型的影響

注：表中的值為平均值±SE,同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note：The values represent the average ± SE, different letters within the same column mean significantly different atP﹤0.05.

圖2 不同氮含量及形態(tài)對毛竹各部位生物量及根冠比的影響Fig.2 Effects of N concentration and forms on biomass and root stem ratio of Ph.heterocycla cv. Pubescens

2.4 不同pH條件下氮含量及形態(tài)對毛竹生長各參數(shù)的影響

由于一般的文獻研究所采用的營養(yǎng)液pH值都為5.8，而我們野外試驗發(fā)現(xiàn)毛竹生長的土壤環(huán)境pH值低于4.0[18]，因此我們在試驗過程中設置了兩個不同的pH值。圖3結果表明，在不同pH條件下，毛竹各生長參數(shù)對處理中的氮素含量及形態(tài)具有相似的變化規(guī)律。除了少數(shù)參數(shù)的個別點在不同pH值條件下有差異外，絕大部分指標在不同pH值條件下對氮含量及形態(tài)的響應無明顯影響(圖3)。

圖3 不同pH條件下氮含量及形態(tài)對毛竹生長各參數(shù)的影響Fig.3 Effects of N concentrations and forms on growth index of Ph. heterocycla cv. Pubescens under different pH

3 討論與小結

3.1 討論

研究結果表明毛竹幼苗生長是氮素供給濃度和氮素形態(tài)共同作用的結果。當?shù)貪舛葹?.4 mmol·L-1時，氮素形態(tài)差異造成的生長差異很小甚至是不存在的，如苗高和葉片數(shù)(圖1A，B)及根莖葉各部位生物量及根冠比(圖2)等在不同氮素形態(tài)間的差異均未達到顯著水平。但隨著氮供應強度的增加，絲栗栲幼苗生長在不同氮素形態(tài)間的差異逐漸增大，在8.0 mmol·L-1銨氮供應條件下的幼苗地上部生長(表1)和根莖葉各部位生物量及總重(圖1)顯著高于等濃度的硝氮。這些結果說明像大多數(shù)酸性原始森林中樹種(如如很多松柏類樹種)一樣[19]，毛竹是典型的喜銨樹種。

植物能否有效獲得土壤養(yǎng)分，在很大程度上取決于其根系形態(tài)和構型，另一方面土壤養(yǎng)分有效性及分布對植物根系也具有一定的調控作用[20]。本試驗的研究結果表明，與偏喜銨態(tài)氮相一致，施用銨態(tài)氮相比于單一使用硝態(tài)氮素對毛竹根系構型各指標(如根長、根系表面積、根尖數(shù)、根系直徑和根系體積)生長有更好的促進效應。

此外，在中低濃度時毛竹生物量積累和根系構型各指標生長以銨氮優(yōu)于銨硝混合氮源，但高濃度時根系生物量、根系表面積和體積在銨硝混合氮源處理條件下最好。其原因一方面可能是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對毛竹幼苗生長的作用機制不同，銨硝混合氮源處理對根系生長具有協(xié)同增效的作用[7,20]；另一方面也可能是NH4+作為一種典型的對植物生長呈現(xiàn)自相矛盾的養(yǎng)分離子，即：是植物生長必需的養(yǎng)分離子及重要的中間代謝產(chǎn)物，但高濃度時對植物毒害作用又非常明顯[21]。生長在較高NH4+環(huán)境中，植物時常會表現(xiàn)出銨毒害癥狀，如：根系粗短、根冠比下降、葉子黃化、種子萌發(fā)及植株整體生長受抑制、嚴重時發(fā)生死亡[22]。本研究中，8mM 銨氮處理與銨硝氮源混合處理可能對毛竹根系生長已造成了一定的抑制作用，其機制是否與銨毒害有關尚需進一步研究。

氮沉降量增加導致紅壤酸化加劇，我國南方已成為繼歐美之后的第三大酸沉降區(qū)。本研究中，在不同pH(pH 3.8和pH 5.8)條件下進行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)毛竹幼苗都能正常生長，而且生長各指標對不同氮素形態(tài)具有相似的響應特征，說明毛竹對土壤pH變化的適應范圍較廣,而且具有較強的耐酸能力，這也與毛竹能在當前酸性土壤環(huán)境中正常生長相一致。目前我國大氣氮沉降以NH4+-N為主(其中NH4+-N占2/3), NH4+-N比國外高3～10倍, NO3-則略低于國外水平[11]，而且毛竹適生地土壤中NH4+-N 含量也超過60.0%[18]，這與毛竹的氮形態(tài)偏好相吻合。因此，我們的研究結果表明，毛竹擴張可能與大氣氮沉降有關，但尚需進一步研究論證。

3.2 小結

毛竹幼苗苗高和生物量等生長指標隨著氮濃度特別是銨氮的提高而呈增加的趨勢，但硝氮含量的增加對毛竹生長并沒有顯著影響，甚至對葉面積和葉綠素含量呈抑制作用，表明毛竹屬于喜銨樹種，而且對銨態(tài)氮肥的需求量較大。因此，在毛竹育苗及竹林培育過程中氮肥施用應以銨氮為主。此外，毛竹幼苗對土壤pH的適應性較廣，對酸性環(huán)境具有較強的耐受能力。因此，我們的研究結果表明，當前大氣氮沉降增加在一定程度上可能會促進毛竹擴張。

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Growth Response of Bamboo Seedlings to Nitrogen Nutrition inPhyllostachysheterocyclacv.Pubescens

GU Hong-mei1, DENG Guang-hua1, HUANG Ling1, YANG Hai-yan1, YANG Qing-pei1,2, ZOU Na1,2

(1.College of Landscape and Art, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, Jiangxi，China;2.Jiangxi Provincial Key Laboratory for Bamboo Germplasm Resources and Utilization,Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, Jiangxi, China)

Seedlings ofPhyllostachysheterocyclacv.Pubescenswere supplied with different content of nitrogen as nitrate, ammonium, or both in vermiculite culture in a controlled condition. The results showed that there were little differences in the growth ofP.heterocyclacv.Pubescensto different N forms under low content; while with the increase of N concentration, the growth indicators such as seedling height, chlorophyll content (SPAD), leaf numbers, leaf area, biomass and root system configurations performed significantly better with the treatment of ammonium than that of nitrate as the sole nitrogen source. The seedlings showed similar growth response to N source supplied under ether pH 3.8 or pH 5.8, indicating their wide adaptability to soil pH and high tolerance to acid environment.

Phyllostachysheterocyclacv.Pubescens; N concentration; N form; Growth response

2015-01-26

國家自然科學基金青年科學基金項目(31300521)和高等學校博士學科點專項科研基金(20133603120001)資助

顧紅梅(1991-)，女，在讀碩士，主要從事植物氮營養(yǎng)方面的研究。通信作者：鄒娜，博士，副教授，主要從事園林植物生物技術及氮營養(yǎng)生理方面的研究。E-mail：nzouyy@126.com