氮和磷对14种植物苗木叶和根的功能性状的影响

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vrace_zh
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叶和吸收根(主要是1级根)分别是植物地上和地下系统中活跃的吸收器官,二者的形态构建、资源获取和光合产物分配之间存在紧密的关联,它们在调节植物的新陈代谢、生长和存活发挥重要作用。植物叶片和吸收根的功能性状对土壤肥力变化反应敏感。但是,以往关于施肥对植物影响的研究主要是氮肥,关于磷肥的研究,尤其是对1级根解剖性状的研究关注较少,而且还忽略了叶和1级根对应功能性状之间的联系,这限制了我们对植物地上地下之间的整体功能策略的了解。因此,本研究以东北地区常见的14种绿化植物(8个木本植物和6种草本植物)为研究对象,在温室条件下,研究了氮和磷添加处理对植物叶和1级根的形态、解剖、C、N化学性状和菌根侵染特性,以及叶和1级根对应性状之间联系。本研究的主要目的是了解叶和1级根的功能性状及其内在联系对氮、磷添加响应的潜在机制,揭示木本和草本植物对氮、磷添加的响应和适应策略,这对于我们认识绿化植物的整体生理生态功能和营养管理具有重要意义。主要研究结果如下:(1)氮和磷添加显著降低了 14种植物的1级根平均通道细胞和侵染位点以及菌根真菌侵染的密度和比例。氮添加对植物这些性状的影响大于磷添加。在氮、磷添加和对照中,菌根真菌侵染密度和比例与通道细胞密度和侵染位点密度,在木本和草本植物中都显著正相关,说明根的菌根侵染率的高低受通道细胞和侵染位点数量的控制。(2)氮和磷添加改变了植物叶和1级根的解剖结构。氮和磷添加显著增加了部分植物的叶片各解剖性状(上、下表皮厚度、栅栏和海绵组织厚度、主脉厚度和叶厚度主脉比),响应最敏感的是叶海绵组织厚度(氮添加+7.70%,磷添加+11.73%),降低了叶栅海比。叶组织解剖性状的增加,有利于植物进行光合作用和气体交换。氮和磷添加使1级根的栓化细胞百分率显著增加,并伴随着皮层增厚5.27%和4.85%,中柱直径增加19.55%和6.80%,从而来提高自身的吸收和运输能力。(3)氮和磷添加对植物的叶和1级根形态性状带来一些影响。叶片方面,氮、磷添加显著降低了叶片的比叶面积,增加了叶厚度,气孔密度和叶脉密度,而且叶厚度的增加与叶肉组织的增加密切相关。这些结果反映了植物适应环境的构建策略。1级根方面,由于施肥对解剖性状的影响,植物的平均比根长降低,直径和组织密度增加,其中1级根的平均直径增加5.61%和3.51%,说明植物以构建直径更粗更紧密、根长更短的根系来适应肥沃的土壤环境,体现了植物应对养分可用性的形态构建策略。(4)氮和磷添加影响了植物叶片和1级根的C、N化学性状。氮添加后植物叶总N浓度显著增加了 167.96%,叶C/N 比显著减低了 59.07%,而叶总C浓度的响应趋势不一致,而磷添加对植物叶片的C、N化学性状影响不显著。氮、磷添加对1级根C、N化学性状的影响与叶片相似。(5)氮和磷添加对木本植物和草本植物叶和1级根功能性状的影响具有明显的差异。木本植物1级根的通道细胞和菌根侵染特性对氮、磷添加的响应幅度大于草本植物;其次,氮添加对木本植物解剖和形态性状影响较大,而磷添加对草本植物影响较大;最后,木本和草本植物的C、N化学性状对氮、磷添加的响应方向不一致,体现了不同生活型的植物对养分有效性的适应策略存在差异。(6)木本植物和草本植物叶片各功能性状之间、1级根各功能性状之间均存在一定的关系,氮和磷添加对它们的影响不一致,体现了不同生活型的植物叶片和1级根的构建策略不同。另外,木本植物和草本植物叶和1级根的对应功能性状之间存在一定关联,氮和磷添加使部分性状之间的相关性有所减弱,体现了植物叶和根整体上功能协调。最后,木本植物和草本植物叶和1级根C、N化学性状之间的关系不一致,体现了不同生活型植物体内C、N化学物质的积累和消耗之间的对策存在差异性。本研究结果表明,氮和磷添加对绿化木本和草本植物1级根的菌根侵染,叶片和1级根的解剖结构、形态性状和C、N化学性状都有显著的影响,其中氮添加对植物的影响大于磷添加,木本植物和草本植物不同功能性状对氮和磷添加的响应有差异。叶片各性状之间、1级根各性状之间,以及叶和1级根的对应功能性状上均存在联系,但是木本植物和草本植物间有差异,氮、磷添加不影响他们之间的变化趋势,体现了植物在受到土壤养分变化影响时,整体水平上存在协同变异的策略。本研究结果不仅对于了解植物的资源获取策略对外界环境变化的响应机制具有重要的理论意义,而且为进一步研究环境变化下绿化植物的生长及营养管理提供理论依据。
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