背景与目的

细根生长、形态特征和菌根侵染率对养分有效性的变化表现出高度的可塑性,引起根系营养储存策略的改变。然而,亚热带针叶林中不同根序细根对大气氮沉降的可塑性响应研究较少。

材料与方法

根钻法研究中国亚热带地区湿地松人工林(28年生,中国科学院千烟洲红壤丘陵综合开发试验站)6个关键的根系功能参数(3个形态指标:SRL比根长,RTD组织密度,RD根系直径;2个生长指标:TRL总根长,TM生物量;EM(外生菌根)根尖侵染率)在五个根序层面对不同种类和不同量的氮添加的响应。

实验处理

完全随机区组试验设计,3个重复,试验小区间存在>10 m缓冲带,每区组5个试验小区:CK,环境N沉降约 10 kg N ha-1 yr-1; 其余4个小区分别接受环境氮沉降和随机分配的慢性大气氮沉降。

数据分析

双因素方差分析:N添加量,N种类,交互效应对不同根序根系指标的影响;

单因素方差分析:处理对土壤化学性质、叶片养分含量(CNP)影响;

线性回归分析:细根生长、菌根根尖侵染率和叶片养分(NP含量及其化学计量)之间的相关性分析。

结果

1. 对照处理中细根功能参数变异

根系功能参数在不同根序细根中变化显著(Table 1):

TRL显著降低;TM随根序级别增加呈无规律增加;SRL与根序级别的增加呈负相关关系,由4级根显著下降至5级根;1、2级根细根直径相近,2级根以下随根序级别升高显著增加;RTD1、2级细根显著低于3-5级细根;根尖外生菌根侵染率占据71%。

2. 细根功能参数对外源N添加的响应

细根生长、形态指标、外源菌根侵染率对外源N添加的响应不同:TM TRL EM侵染率随N添加显著增加 (Fig. 1),受N添加量和N素种类独立影响(无交互作用)(Table 2)。铵态氮作用效果较硝态氮大(Table 2, Fig. 1a-c,铵氮硝氮在低根序级别细根中对细根生物量和细根总根长的的作用显著(Fig. 1 a,b);高施氮量对TM TRL EM侵染率作用高于低施氮量(Table 2, Fig. 1d-f,在低级别根序中细根生物量和TRL表现出显著差异 (Fig.1 d-f)。

3. 土壤、叶片化学特征对N添加的响应

土壤NH4+-N含量在高NH4Cl添加处理下显著增加,在其他3N添加处理稍微增加;土壤NO3--N含量在高N添加处理下均显著增加,含量约为CK3.5倍;除高NaNO3添加下pHCK对比变化不显著, 其余均显著降低约0.4

N添加处理显著增加叶片N含量;高NH4Cl处理显著降低叶片P含量;CK和其他处理叶片NP含量差异不明显。

叶片NP化学计量高NH4Cl下显著高于CK,其余处理和CK对比差异不显著。

4. 根系参数和叶片化学特征的关系

细根生长和菌根根尖侵染率与叶片NP含量及N:P比关系不一致。

N含量和TRL TM EM侵染率无显著的相关关系,与叶P含量呈负相关关系,与N:P比呈显著正相关关系。

结论

中国南方亚热带湿地松细根生长和外生菌根根尖侵染率对N添加的响应高于细根形态指标对N添加的响应,暗示了细根较强的可塑性和养分储存能力;

低级根序对N添加量和N添加种类响应不同,可能和植物对N吸收偏好不同有关;

由于氮沉降仍在不断增加,根系吸收长度、根系生物量的增加和对外生菌根的依赖对具有外生菌根的物种生长有明显的作用;

尽管氮限制有所缓解,但磷限制的持续或加重可能会强烈影响细根参数对氮添加的响应;

本研究中未直接探讨P添加对湿地松细根生长、形态特征、外生菌根侵染率的作用,而是基于叶片P含量及N:P化学计量比值判断P对细根的作用。

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2020年10月23日

【文献转载】Trends in Plant Science | 异质性结构根际中的根-土互作过程及根际调控机制
【文献转载】植物根系形态和幼苗生长对铵态氮和硝态氮供给的响应

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【文献转载】中国亚热带湿地松人工林细根生长、形态特征和菌根侵染对氮素添加的响应不同



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