不同氮处理下矿山生态型水蓼氮积累与生理特性研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shulili1987
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农业氮肥的大量施用和畜禽粪便的不断排放,导致土壤中过量的氮随渗漏或径流等进入水体,加速了水体富营养化的进程。利用植物提取富营养化水体中过量的氮是修复水体富营养化的有效措施之一。而弄清修复植物对氮的吸收积累机理可为其广泛运用提供理论依据。研究发现,磷富集植物矿山生态型水蓼(Polygonum hydropiper)对畜禽废水中氮的去除能力强于非矿山生态型。因此,本文以矿山生态型水蓼为研究对象,非矿山生态型为对照,研究不同氮处理对矿山生态型水蓼氮积累与分配,以及氮代谢酶活性、光合特性、根系形态等生理特性的影响,以期揭示矿山生态型水蓼生理特性与其氮积累的关系。主要研究结果如下:  (1)随着施氮量增加,两种生态型水蓼生物量、氮积累量和氮积累速率在150mgkg-1时最大,且随着生长时期延长生物量逐渐增加,氮含量逐渐降低,氮积累量在12周最大,氮积累速率在8周时最高。矿山生态型水蓼氮含量、氮积累量、氮积累速率均高于非矿山生态型。可见,矿山生态型水蓼氮积累能力强于非矿山生态型。两种生态型水蓼茎和叶中氮的分配比例大于85%,且随着施氮量增加逐渐增大,矿山生态型水蓼氮在叶中的分配比例高于非矿山生态型,是非矿山生态型的1.04~1.20倍。表明,两种生态型水蓼氮主要分配在地上部,施氮增加了地上部氮素的分配比例,矿山生态型水蓼叶中更多氮的积累是其氮积累量大的主要原因。各器官中的氮形态主要以结构性氮为主,根、茎、叶中结构性氮的比例分别为81.20%~88.81%、73.39%~81.12%、79.49%~86.62%。矿山生态型水蓼各器官中功能性氮的分配比例高于非矿山生态型,是非矿山生态型的1.03~1.22倍。  (2)在150mg kg-1适宜施氮量下,随着生长时期延长,两种生态型水蓼根和叶中氮代谢相关酶活性均在8周最高,且叶中氮代谢酶活性比根高,叶中硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性分别是根中的1.94~2.57倍、1.97~2.33倍和1.41~1.81倍。矿山生态型水蓼根和叶中氮代谢相关酶活性均显著高于非矿山生态型,硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性分别是非矿山生态型的1.15~1.59倍、1.08~1.40倍和1.21~1.44倍,且与阶段氮积累量呈显著正相关关系。可见,矿山生态型水蓼对无机氮素的同化能力强于非矿山生态型,为其更多氮素的积累奠定了基础。  (3)在150mg kg-1适宜施氮量下,随着生长时期延长,两种生态型水蓼叶片SPAD值(叶绿素相对含量)和净光合速率在8周时最大,10周时急剧下降,矿山和非矿山生态型水蓼SPAD值下降幅度分别为16.22%和22.15%,净光合速率下降幅度分别为54.63%和47.79%,8周时植株的光合能力最强。在10周以前,两种生态型水蓼叶片净光合速率的变化主要由气孔因素引起;在10周以后,净光合速率的降低主要由非气孔因素引起,植株氮含量降低可能是导致净光合速率下降的主要原因。矿山生态型水蓼叶片SPAD值和光合参数显著高于非矿山生态型,其中SPAD值和净光合速率分别是非矿山生态型的1.20~1.30倍和1.09~1.26倍,且SPAD值和净光合速率与阶段氮积累量呈显著正相关关系。矿山生态型水蓼光合能力强于非矿山生态型,有利于氮素的快速同化,为植株氮素积累奠定了良好的生理基础。  (4)随着供氮水平增加,两种生态型水蓼根系形态参数和根系活力指标均在50mg L-1最大,供氮50mg L-1是水蓼根系生长发育最适氮浓度。在不同供氮水平下,两种生态型水蓼侧根长占总根长的70%~79%,侧根根长对水蓼总根长的形成起着重要作用。矿山生态型水蓼总根根系形态参数、侧根根系形态参数、根系活力和氮积累量均显著高于非矿山生态型,而不定根根系形态参数在两种生态型间没有显著差异。可见,两种生态型水蓼间侧根根系形态的差异是导致总根根系形态差异的主要原因,矿山生态型水蓼对氮素的吸收能力强,其更多侧根的形成和较高的根系活力为植株氮素吸收提供了良好的根系生理基础,是氮素积累能力比非矿山生态型强的原因之一。
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