梓属5个种幼苗生长及生理性状对N素的响应.pdf
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1、Vol.44 No.1Jan.2024第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Journal of Central South University of Forestry&Technologyhttp:/收稿日期:2023-02-25基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFD2200301);中央公益性科研院所基本科研业务费专项(CAFYBB2020SZ003)。第一作者:王正德(),硕士研究生。通信作者:麻文俊(),副研究员,博士。引文格式:王正德,董菊兰,王军辉,等.梓属 5 个种幼苗生长及生理性状对 N 素的响应 J.中南林业科技大学学报
2、,2024,44(1):109-118.WANG Z D,DONG J L,WANG J H,et al.Growth and physiological traits of seedlings of five species of the genus Catalpa in response to NJ.Journal of Central South University of Forestry&Technology,2024,44(1):109-118.梓属 5 个种幼苗生长及生理性状对 N 素的响应王正德1,2,董菊兰3,王军辉2,辛培尧1,麻文俊2(1.西南林业大学 a.国家林业和草原
3、局西南风景园林工程技术研究中心;b.西南地区生物多样性保育国家林业和草原局重点实验室,云南 昆明 650224;2.中国林业科学研究院 a.林业研究所;b.林木遗传育种国家重点实验室,北京 100091;3.甘肃省小陇山林业科学研究所,甘肃 天水 741022)摘 要:【目的】分析施氮对梓属 5 个种幼苗生长及生理性状的差异,旨在为梓属速生丰产林培育技术研究和生产实践提供理论依据。【方法】以梓属的楸树 Catalpa bungei、滇楸 Catalpa fargesii、黄金树 Catalpa speciosa、梓树 Catalpa ovata、紫葳楸 Catalpa bignonioides
4、 5 个种为试材,通过 2 种氮素水平(施 2 g 氮和不施氮)处理,研究不同种幼苗生长及部分生理性状对氮素的响应。【结果】施氮处理下 5 个种的生物量较不施氮显著提高,但对氮素的响应不同,响应最大的是梓树,净增加量为 29.633 g株-1,其次为紫葳楸,其他依次为楸树、黄金树和滇楸。楸树和黄金树在两种 N 素处理下生物量积累均较高,紫葳楸较小。施氮处理下叶绿素含量、光能转化效率(Fv/Fm)和根系活力均显著提高,而叶片硝酸还原酶活力(NR)却显著降低,不同的种对不同性状的响应不同。叶绿素对氮素的响应差异可能是生物量响应差异的重要原因。基于熵权法对两个处理下 5 个树种进行综合评价,在施氮情
5、况下,综合评价值由大到小依次是梓树楸树紫葳楸滇楸黄金树;对照情况下,综合评价值由大到小依次是紫葳楸楸树黄金树梓树滇楸。【结论】在两种施氮水平下,5 个树种的生物量排序为楸树黄金树滇楸梓树紫葳楸;不同树种对氮素的响应差异明显,综合分析发现 5 个树种幼苗对氮素的响应从大到小依次是紫葳楸梓树黄金树楸树滇楸。关键词:梓属;苗期;氮素;生理响应中图分类号:S718.43 文献标志码:A 文章编号:1673-923X(2024)01-0109-10Growth and physiological traits of seedlings of five species of the genus Catal
6、pa in response to NWANG Zhengde1,2,DONG Julan3,WANG Junhui2,XIN Peiyao1,MA Wenjun2(1.a.Southwest Landscape Architecture Engineering Technology Research Center of National Forestry and Grassland Administration;b.Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Biodiversity Conserva
7、tion in Southwest China,Southwest Forestry University,Kunming 650224,Yunnan,China;2.a.Research Institute of Forestry;b.State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;3.Xiaolong Mountain Research Institute of Forestry,Tianshui 741022,Gansu,China)Ab
8、stract:【Objective】The analysis aims to compare the differences in growth and physiological traits of seedlings among five species of the Catalpa under nitrogen application.It intends to provide a basis for the research and practical production of fast-growing and high-yielding forests of the Catalpa
9、.【Method】Seedlings of five species of Catalpa Scop.were cultivated with two nitrogen levels(2 g nitrogen application and no nitrogen application)to investigate the response of the growth and several physiological characters to different level of nitrogen.【Result】The biomass of five species improved
10、significantly with the high level of the nitrogen treatment.However,the response of nitrogen was different between species,the response of C.ovata to nitrogen was the highest,with a net increase of 29.633 gplant-1,C.bignonioides was in the second place,followed by C.bungei C.A.Mey,C.speciosa(Barney)
11、Engelm and C.fargesii Bur.f.duclouxii(Dode)Gilmour.The biomass of C.bungei C.A.Mey and C.speciosa(Barney)Engelm were higher in both the two level of nitrogen,C.bignonioides was lower.The chlorophyll content,Fv/Fm and root activity were significantly increased,however,the NR of leafage was significan
12、tly decreased.The response of different species of C.Scop.to different characters was diverse.Doi:10.14067/ki.1673-923x.2024.01.011王正德,等:梓属 5 个种幼苗生长及生理性状对 N 素的响应110第 1 期氮是植物生长发育所必需的大量营养元素之一,是构成蛋白质、核酸、磷脂等的主要成分,处于植物代谢活动的中心地位,被称为生命的元素1-2。同时,由于全球大多数农业和森林土壤含氮量较低,缺氮已经成为制约农作物产量和树木生长的重要因素3-4。我国北方地区土壤含氮量普遍较低
13、,通过合理施肥使林木增产,提高氮素利用效率,是解决这一限制的有效途径之一。刘强伟5的研究表明,氮肥对黄土高原低效低产林生物量影响显著;麻文俊等6发现,施用氮肥能显著促进楸树无性系的生长;范志强等7发现增加有效 N 能促进沙培水曲柳 Fraxinus mandshurica 苗木各器官生物量的积累;高文等8发现施入适宜水平的铵态氮可有效促进银杏 Ginkgo biloba 叶片的生长和黄酮的积累,提高其光合效能。李振强等9的研究发现不同施氮处理下灵武长枣 Ziziphus jujuba Lingwuchangzao 的 果 实 品 质 指 标 均 优于不施氮对照;金微微等10在小黑杨 Popul
14、us simoniiP.nigra 和桑树 Morus alba 光合功能对不同形态氮素的响应研究中发现,不同的氮形态处理下,小黑杨光合特性总体无显著差异,铵态氮对桑树可能有毒害作用,硝态氮更有利于桑树的生长。紫葳科 Bignoniaceae 梓属 Catalpa 植物包括楸树 Catalpa bungei、灰楸 Catalpa fargesii、滇楸Catalpa fargesii、黄金树Catalpa speciosa等11个种,主要分布在亚洲东部和北美洲。中国自然分布有楸树、灰楸、滇楸和梓树 Catalpa ovata,引进了黄金树和紫葳楸 Catalpa bignonioides。梓属
15、树种生长快,材质好,树形优美,其中楸树在我国已有 2 000 多年的栽培历史,是著名的珍贵优质用材树种11,深受人民群众喜爱。由于过去对资源的过度利用,导致目前梓属树木资源严重缺乏,自然分布稀少,并且大都为“四旁”植树。截至目前,国内对梓属树种的研究主要集中在良种选育、规模繁育、干旱区造林等方面,有关梓属树种人工施肥的研究鲜见报道。本研究以黄金树、滇楸、梓树、楸树和紫葳楸为研究对象,通过土壤增施氮肥,比较两种氮素水平下不同树种生长及生理性状的差异,揭示梓属不同树种对氮素的响应差异,旨在为梓属树种的高效培育提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验地概况试验开展于小陇山林业科学研究所温室,温室面积
16、为 400 m2,高 3 m,四周有 1.2 m 高的围墙,且温室顶部至围墙上端部分没有加装隔离材料,以便为温室内提供良好的通风环境。温室顶部使用PC透光板覆盖,夏季温室内温度最高可达39,温室内部光强可达 800 molm-2s-1。1.2 试验材料试验材料为梓属 5 个树种,分别为黄金树、滇楸、梓树、楸树和紫葳楸,所使用的苗木为实生苗,由小陇山林业科学研究所于 2017 年培育,2018 年3 月 21 日栽植到高 25 cm、上口直径 20 cm、下底直径 15 cm 的盆中,每盆 1 株,定植后对苗木平茬。2019 年 3 月 15 日进行苗木二次移栽,移栽使用高22.5 cm、上口直
17、径 30 cm、下底直径 17 cm 规格的塑料盆,移栽时洗净苗木根部并剪去须根,使苗木根系大小一致。3 月 20 日再次对苗木平茬,按正常管理方式管理苗木,使其正常生长。苗木栽植所用土壤为黄绵土,每盆使用风干的黄绵土 10.0 kg,黄绵土主要的理化性质为:pH 值 9.07,有机质 8.90 gkg-1,全氮 0.93 gkg-1,速效钾 86.77 mgkg-1,速效磷 5.99 mgkg-1,有效铁 1.683 mgkg-1,有效锌32.665 mgkg-1,有效锰 0.808 mgkg-1。The difference of chlorophylls response to nitr
18、ogen may be an important reason for the difference of biomass response.Based on the entropy weight method,the comprehensive evaluation values of the five tree species under two treatments,nitrogen application and control,were as follows:under nitrogen application,the comprehensive evaluation values
19、from highest to lowest are as follows:C.ovata G.Don C.bungei C.A.Mey C.bignonioides C.fargesii Bur.f.duclouxii(Dode)Gilmour C.speciosa(Barney)Engelm.Under the control condition,the comprehensive evaluation values from highest to lowest were as follows:C.bignonioides C.bungei C.A.Mey C.speciosa(Barne
20、y)Engelm C.ovata G.Don C.fargesii Bur.f.duclouxii(Dode)Gilmour.【Conclusion】Under the two levels of nitrogen application,the biomass of the five tree species was ranked as follows:C.bungei C.A.Mey C.speciosa(Barney)Engelm C.fargesii Bur.f.duclouxii(Dode)Gilmour C.ovata G.Don C.bignonioides;The respon
21、ses of different tree species to nitrogen were significantly different.The comprehensive analysis found that the responses of the five tree species to nitrogen were in descending order:C.bignonioides C.ovata G.Don C.speciosa(Barney)Engelm C.bungei C.A.Mey C.fargesii Bur.f.duclouxii(Dode)Gilmour.Keyw
22、ords:Catalpa Scop.;seedlings;nitrogen;physiological response111中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 44 卷1.3 试验设计试验参照麻文俊等12的研究,设置施氮处理和对照,施氮处理每盆施入 2.0 g N(尿素 4.31 g),对照不施氮,同时各处理每盆搭配施入 0.5 g P(过磷酸钙 9.58 g)和 0.5 g K(硫酸钾 1.12 g)。每个树种每种处理分别为 15 盆。共施肥 2 次,第 1 次施肥时间为 5 月 9 日,两次施肥时间间隔 15 d,3 种肥料分两次施完,每次施一半。其中尿素和硫酸钾用 200 mL
23、水溶解后施入,由于过磷酸钙不溶解于水,施肥时在每盆相对位置挖 4 个深 15 cm 的穴施入。在苗木生长季节期间,采取常规管理措施,每次浇水时间及浇水量统一,每盆每次浇水 800 mL。1.4 测定指标及方法9 月初,在每个树种的每个处理中选择 9 株生长相对一致的苗木作为测试样株,进行相关指标的测定,把样株分为 3 组(重复),每组(重复)3 株。1.4.1 苗高和地径在第 1 次施肥前和 9 月初分别测定 1 次苗高和地径,并计算其净增长量和增加百分率,公式如下:N=Nnitrogen-Ncontrol;P=(Nnitrogen-Ncontrol)/Ncontrol100%。式中:N 表示
24、净增加量;Nnitrogen表示施氮生长量;Ncontrol表示对照生长量;P 表示净增加百分比。1.4.2 叶片叶绿素含量和硝酸还原酶活力对每个样株进行取样,取样时在每个单株上选择第 3 5 轮生长正常的 3 片功能叶,用乙醇提取法测定叶绿素含量,用离体法测定叶片硝酸还原酶活力(NR)13。1.4.3 根系活力10 月底将测定样株的根系从土壤中挖出,清水洗净后,采集根尖,同一重复 3 株混合在一起,用 TTC 法测定根系活力13。1.4.4 叶绿素光能转化效率用 OS-30p 叶绿素荧光仪测定叶绿素光能转化效率(Fv/Fm),选择每个样株第 3 5 轮生长正常的 3 片功能叶片进行测定,每片
25、叶片测定 1 次,单株值为 3 片叶片平均值,重复值为 3 株平均值。1.4.5 生物量10 月底,采用完全收获法,分别测定苗木根、茎和叶的生物量。鲜样在 105 下杀青 20 min,然后再 70 烘干,用电子天平(0.001 g)称质量。1.5 数据处理用单株均值进行各指标分析。运用 Excel 2016和 SPSS 25.0 软件进行数据处理分析和图表制作。用熵权法分别对两种处理下 5 个树种进行综合评价,计算各指标的权重及各树种的综合评价值,以各树种在两种处理下的综合评价值之差来比较 5个树种对氮素响应的差异。1)对观测数据进行标准化如果为正向指标:min()max()min()iji
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