氮、磷对核桃苗木水分代谢的影响

【摘要】核桃（JuglansregiaL.）-绿豆（VignaradiataL.）复合间作作为“立体林业”（Stereoforesting）的一种生态经济林营造模式，是太行山区退耕还林工程中推广应用最广泛的生态经济林模式之一。本研究以核桃为研究对象，调查了田间核桃-绿豆复合系统中土壤水肥空间变化规律；通过温室模拟核桃-绿豆间作、养分控制试验，研究固氮植物绿豆和氮、磷元素对核桃苗木水分平衡、光合生理特性和生长的影响；进一步了解核桃苗木养分状况对其水分平衡的影响。为太行山低山丘陵山区的农林复合系统优化经营模式提供理论依据。主要研究结果如下：1、土壤水分研究结果显示：核桃-绿豆复合系统、单作核桃及单作绿豆土壤水分空间变化趋势基本一致。在垂直方向上，随土层深度的增加，土壤含水量增加，40cm土层以下递增幅度减小；在水平方向上，0-20cm土层含水量随距离林带越远含水量越少；20-80cm土层随距离林带越近，土壤含水量越少。三种经营方式垂直变化梯度上存在差异，0-20cm土层含水量单作核桃>核桃-绿豆>单作绿豆，20-80cm土壤含水量则是单作绿豆>核桃-绿豆>单作核桃。土壤养分研究结果显示：核桃-绿豆复合系统与单作绿豆土壤有效氮、速效磷、速效钾和有机质含量均有一定的表聚性。垂直方向上，土壤有效氮除外，其它养分含量均随土层深度增加而降低；在水平方向上，0-20cm土层养分含量随距离林带距离增加，养分含量降低；20-80cm土层养分随距离林带距离增加含量增加；与单作核桃相比，核桃-绿豆复合系统土壤养分含量高于单作核桃。核桃、绿豆对土壤养分需求情况为有效氮>速效磷>有机质>速效钾。2、种植绿豆可以增加土壤氮素含量和核桃茎内氮含量，但对叶和根系中的氮含量影响不明显。种植绿豆显著地增加不施氮素核桃的根系生长、高生长和直径生长，但是种植绿豆非但没有增加正常供氮核桃的生长反而降低了生长。无论种植绿豆与否，不供氮处理降低了核桃的总叶面积，而提高它们的根/冠比。核桃叶片气体交换对各处理的响应和生长有相同的趋势。缺氮显著降低了核桃叶柄在中午的导水率、提高了相应的导水损失率；种植绿豆显著提高不供氮核桃的导水率，降低了其导水损失率。然而，种植绿豆使正常供氮核桃导水率降低、导水损失率加剧。另一方面，绿豆受到间作的竞争压力，其产量和生物量有所下降。3、结果显示：pH与磷素对核桃苗木的影响是两个相互独立的过程，酸性（pH3.0）条件下，核桃苗木根系生物降低、根冠比减小，根系导水率降低，对磷素的吸收利用减小，尽管其正常供磷但各生长指标及生理指标反应与磷胁迫条件下反应相似；但两因素具有一定叠加性，在磷胁迫条件下，酸化（pH3.0）进一步加剧对核桃苗木的损害。各指标具体变化如下：酸化及磷胁迫条件下核桃根系水分导度降低，叶柄木质部结构改变，导管密度降低，木质部导管栓塞程度增加，叶柄导水率下降，植株水分运输效率降低，叶片水势降低，诱导气孔关闭；气孔导度降低，光合作用下降；胁迫条件下，叶绿素荧光参数Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP下降NPQ增加，核桃苗木受胁迫环境损害，叶片PSⅡ光合电子传递活性受到抑制，光合能力下降。4、不同氮素水平对核桃苗木生长、水分平衡和光合特性的作用研究结果显示：正常供氮苗木叶面积及叶片气孔增加，促进苗木及根系生长；低氮或者高氮条件下苗木生长指标和生理指标降低。适量氮素增加叶柄导管直径、纹孔径和穿孔径，导管水分运输效率增加；低氮和高氮处理叶柄及根系导管密度均降低，根系导水力降低，叶片水势降低，导水损失率增加；叶片气体交换指标与根系导水率和叶片水势趋势一致。氮素浓度过高核桃苗木叶片Fv/Fm值低于0.8，光合机构遭受一定损害。核桃苗木根压具有周期性变化，不同氮素浓度下最高值均能达到25Kpa以上，足以修复由于强烈蒸腾造成的木质部栓塞。5、不同氮素条件下核桃苗木对干旱胁迫有着不同的应对机制：低氮处理苗木较正常供氮处理叶面积减小，叶片气孔密度增加，叶柄木质部安全性增加，随土壤含水量降低，叶柄及根系导水率降低，叶片气孔导度降低，减少水分损失，叶片光合作用下降，根冠比增加，减少地上部分耗水，调整植株适应干旱胁迫的策略，严重干旱条件，低氮对苗木导水能力和光和能力的促进作用高于正常供氮处理；复水后，苗木水分运输能力迅速恢复，光合能力恢复。高氮处理苗木较正常供氮处理，根冠比降低，栓塞脆弱性增加，水分运输能力降低，地上耗水增加，加剧干旱胁迫的负面效应，随土壤含水量降低，苗木叶柄导水损失率增加，叶片水势降低，气孔导度降低，植株降低叶片水分蒸腾和光合作用应对土壤干旱胁迫；复水后，苗木光合能力降低。正常供应氮素促进苗木根系生长，水分运输能力提高，苗木光合能力最强，耗水最快；在正常供水和轻度干旱条件下，苗木根系增加，导管直径增加，水分运输效率提高，保证植株正常生理活动；极度干旱条件下，苗木根系导水力降低，叶柄导水损失率增加，降低叶片气体交换指标，正常供应氮素促进作用减弱并转向抑制；复水后，苗木补偿效应最为明显。
【作者】张翠萍；
【导师】万贤崇；
【作者基本信息】中国林业科学研究院，生态学，2014，博士
【关键词】农林复合；核桃-绿豆；氮素营养；磷素营养；生长；水力学特性；光合特性；干旱胁迫；

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