氮添加和铵硝态氮配比对杉木幼苗光合特性及叶绿素荧光参数的影响 植物生态学报    2024, 48 (8): 1050-1064.   DOI: 10.17521/cjpe.2023.0200

表4 不同氮添加水平与铵硝态氮配比下杉木幼苗的生物量(平均值±标准误)

正文中引用本图/表的段落

研究不同氮添加水平和铵硝态氮配比对杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗叶片光合特性和叶绿素荧光参数的影响, 从光合生理生态的角度探讨杉木幼苗对氮逆境的短期响应, 可以为杉木栽培中氮肥的经营管理提供理论依据。该研究以一年生杉木幼苗为材料, 设置3个氮添加水平: 0.5 (N₁)、1.0 (N₂)和2.0 mmol·L-1 (N₃)及7个铵态氮:硝态氮的配比: 10:0 (P₁)、8:2 (P₂)、6:4 (P₃)、5:5 (P₄)、4:6 (P₅)、2:8 (P₆)和0:10 (P₇)的21个实验处理组, 沙培盆栽处理180天后, 测定幼苗叶绿素含量、光合特性、叶绿素荧光参数、生物量等指标。结果表明: (1)在N₁水平下, 叶绿素a和b含量分别在P₂和P₆配比下最高; 在N₂水平下, 叶绿素a和b及叶绿素(a+b)含量均为P₄配比下最高; 在N₃水平下, 叶绿素a和b含量均在P₃配比下最高, 整体上表现为N₃和N₂高于N₁。(2)叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和水分利用效率(WUE)均为较高铵态氮浓度的配比处理高于较高硝态氮浓度的配比处理; P_n在N₃水平为P₁配比最高, 但在N₁和N₂水平为P₂配比最高, 整体上P_n和WUE均表现为: N₃ > N₂ > N₁。(3)各处理的最大光化学效率均在0.80-0.85的正常范围内, 光系统II潜在光化学活性在P₂配比下N₃显著高于N₁和N₂; 叶片快速叶绿素荧光诱导曲线在N₁的P₁配比下曲线偏离程度大, N₂水平的P₁、P₂和P₄配比和N₃水平的P₁、P₂和P₅配比在I、P相逐渐降低, J相逐渐上升; P₂和P₃配比下单位面积吸收、捕获和传递的光能以及热耗散和反应中心的数量随氮浓度的升高明显增大, 而P₆配比下单位反应中心吸收、捕获和传递的能力以及耗散掉的能量随氮浓度的升高明显降低, 其他配比下差异不显著。最大光化学效率在各处理间无显著差异表明该研究模拟的低氮水平和氮形态异质性配比的环境未对杉木幼苗生长造成胁迫。(4)总生物量和地上生物量均表现为较高铵态氮浓度的配比处理大于较高硝态氮浓度的配比处理, 其中N₂P₂处理下最高, 氮添加水平间表现为N₂ > N₃ > N₁。根冠比在N₁和N₃水平均为P₆配比显著高于其他处理, N₂水平为P₇显著高于其他处理, 且整体上N₁水平的根冠比显著高于N₂和N₃。相对较高的氮添加水平和铵态氮浓度配比的环境能提高杉木幼苗光化学反应效率, 优化光系统II反应中心的能量利用, 最终促进其光合作用和生物量的积累。

植物通过光合作用将无机物转化为有机物为自身生长发育提供物质和能量(李婷婷等, 2023)。土壤中的N含量和铵硝态氮对植物叶绿体、光合速率及叶绿素荧光参数等都有明显的影响, 能直接或间接影响植物光合作用的进行, 进而影响其生长发育(罗雪华等, 2011; Lin & Tsay, 2023)。研究表明, 适宜的NH₄+-N和NO₃--N混合供应可显著提高植物的光合色素含量以及最大净光合速率、气孔导度和蒸腾速率等光合特性指标(叶义全等, 2018; 张家君等, 2020; 张鹏飞等, 2023)。不同N浓度及NH₄+-N和NO₃--N混合会显著影响林木叶绿素荧光参数(钱树玥等, 2018; 叶义全等, 2018; 张家君等, 2020; 李玲燕等, 2022; 赵佼娇和哀建国, 2022), 如NH₄+-N使杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗获得较高的光系统II (PSII)反应中心稳定性、光化学活性以及电子传递效率, 从而更有利于植株生长(叶义全等, 2018)。有研究认为, NH₄+-N和NO₃--N混合处理能通过增强PSII反应中心电子传递效率和光能的利用能力, 促进光合同化产物的积累(张家君等, 2020)。在缺N胁迫下, 胡桃(Juglans regia)幼苗光合色素含量下降也会造成叶绿体吸收光照的能力减弱, 降低光合电子传递速率及对光能的利用效率, 进而限制光合速率, 影响植株生长(黄小辉等, 2022)。叶绿素荧光作为光合作用研究的探针对植物本身没有损伤, 荧光信号可以反映光合能力的变化, 尤其是PSII的生理变化(Ruban, 2016)。当外界条件发生变化时, 植物体内叶绿素荧光参数的变化可以反映植物对环境的响应机制(Verena & Ingo, 2016)。因此, 研究N亏缺和N形态高度异质性的环境下林木光合特性及叶绿素荧光参数的差异可揭示林木在N养分逆境中的适应策略。

由表4可知, 地上生物量在N₂和N₃水平下分别为P₂和P₁配比高于其他处理。在P₂、P₃和P₅配比下N₂显著高于N₁。地下生物量在N₁、N₂和N₃水平下均为P₆配比高于其他处理。在P₅配比下为N₁和N₂显著高于N₃, 在P₇配比下为N₂显著高于N₁和N₃。总生物量在N₂水平下P₂配比下高于其他处理。在P₂和P₃配比下N₂显著高于N₁。根冠比在N₁和N₃水平均为P₆配比高于其他处理, 在N₂水平下为P₇高于其他处理。在P₂配比下为N₁显著高于N₂和N₃, 在P₅配比下为N₁显著高于N₃。

本文的其它图/表

• 表1 OJIP曲线参数及计算公式
  
• 表2 氮添加和铵硝态氮配比对杉木光合色素含量、光合参数、叶绿素荧光参数和生物量的双因素方差分析
  
• 表3 不同氮添加水平与铵硝态氮配比下杉木幼苗叶绿素含量(平均值±标准误)
  
• 图1 不同氮添加水平与铵硝态氮配比下杉木叶片光合特征参数(平均值±标准误)。不同大写字母表示在同一氮添加水平下不同铵硝态氮配比间的差异显著(p < 0.05); 不同小写字母表示同一铵硝态氮配比下不同氮添加水平间的差异显著(p < 0.05)。N₁-N₃, 氮添加水平分别为: 0.5、1.0、2.0 mmol·L^-1; P₁-P₇, NH₄⁺-N和NO₃^--N的配比分别为: 10:0、8:2、6:4、5:5、4:6、2:8、0:10。
  
• 图2 不同氮添加水平与铵硝态氮配比下杉木幼苗叶绿素荧光参数差异分析(平均值±标准误)。不同大写字母表示在同一氮添加水平下不同铵硝态氮配比间的差异显著(p < 0.05); 不同小写字母表示同一铵硝态氮配比下不同氮添加水平间的差异显著(p < 0.05)。N₁-N₃, 氮添加水平分别为: 0.5、1.0、2.0 mmol·L^-1; P₁-P₇, NH₄⁺-N和NO₃^--N的配比分别为: 10:0、8:2、6:4、5:5、4:6、2:8、0:10。F_v/F_m, 最大光化学效率; F_v/F_o, 光系统II潜在光化学活性。
  
• 图3 不同氮添加水平和铵硝态氮配比下杉木叶绿素荧光动力学曲线。N₁-N₃, 氮添加水平分别为: 0.5、1.0、2.0 mmol·L^-1; P₁-P₇, NH₄⁺-N和NO₃^--N的配比分别为: 10:0、8:2、6:4、5:5、4:6、2:8、0:10。V_t, 相对可变荧光; ΔV_t, 相对可变荧光的差异。
  
• 图4 氮添加和铵硝态氮配比对杉木能量分配参数的影响。N₁-N₃, 氮添加水平分别为: 0.5、1.0、2.0 mmol·L^-1; P₁-P₇, NH₄⁺-N和NO₃^--N的配比分别为: 10:0、8:2、6:4、5:5、4:6、2:8、0:10。参数同表1。