图/表详细信息

河北坝上乔灌木植物根系无机和有机氮吸收速率及其偏好

刘倩愿, 俞振东, 张微微

植物生态学报 2024, 48 (10): 1361-1373. DOI: 10.17521/cjpe.2023.0287

摘要（630）

HTML （18）

PDF（pc）（1280KB）（528）

土壤环境与植物自身属性影响着植物氮吸收, 明确河北坝上不同植物根系氮吸收偏好及其与土壤属性和根性状的关系, 可以增进对植物氮获取策略的理解, 同时为河北坝上混交防护林的构建提供理论依据。该研究选取张家口市康保县常见的农田防护林树种: 榆树(Ulmus pumila)、小叶杨(Populus simonii)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和宁夏枸杞(Lycium barbarum)为研究对象, 采用¹⁵N同位素示踪技术测定植物根系对不同形态氮(硝态氮、铵态氮和甘氨酸氮)的吸收速率及其偏好, 并分析其与根系形态、构型和化学性状以及土壤环境的相关关系。结果显示: 宁夏枸杞根系偏好吸收硝态氮(硝态氮占总氮吸收的贡献率为46.05%), 其次是甘氨酸氮和铵态氮。小叶杨、榆树和柠条锦鸡儿根系各形态氮吸收的贡献率为铵态氮(44.91%-68.68%) >甘氨酸氮(22.63%-45.11%) >硝态氮(8.69%-9.98%)。Spearman相关性和冗余分析显示: 硝态氮的吸收速率与根直径和组织密度显著负相关, 与比根长和比表面积显著正相关, 即具有小的直径和组织密度、大的比根长和比表面积的根系表现出更高的硝态氮吸收速率。根分支强度与甘氨酸氮和总氮吸收速率显著正相关, 即具有高分支强度的根系其有机和无机氮吸收速率更高。根氮含量与铵态氮、甘氨酸氮和总氮吸收速率均显著负相关, 即低氮含量的根系表现出更高的氮吸收速率。4种防护林植物对3种形态氮的吸收存在显著差异, 其不仅与土壤氮含量有关, 还与植物根系自身的形态、构型和化学性状有关。基于植物氮吸收偏好以及根系结构性状与土壤肥力的影响综合考虑树种搭配, 在养分贫瘠的环境需减小植物的种间竞争, 最大限度地利用养分, 因此建议构建乔木-灌木(小叶杨-宁夏枸杞、榆树-宁夏枸杞)、灌木-灌木(宁夏枸杞-柠条锦鸡儿)混交防护林, 或是在原有小叶杨纯林或榆树纯林的林下补栽灌木宁夏枸杞。研究结果为河北坝上地区多树种防护林的构建提供理论依据。

物种 Species	pH	含水量 Water content (%)	有机碳含量 Organic carbon content (g·kg^-1)	全氮含量 Total nitrogen content (g·kg^-1)	铵态氮含量 Ammonium nitrogen content (mg·kg^-1)	硝态氮含量 Nitrate nitrogen content (mg·kg^-1)	甘氨酸氮含量 Glycine nitrogen content (mg·kg^-1)
小叶杨 Populus simonii	8.31 ± 0.04^ab	14.18 ± 0.93^b	15.18 ± 0.79^ab	1.81 ± 0.24^ab	6.80 ± 0.52^a	20.84 ± 1.84^b	0.04 ± 0.01^a
榆树 Ulmus pumila	8.41 ± 0.09^a	16.72 ± 2.03^ab	14.46 ± 0.87^bc	1.50 ± 0.13^b	6.66 ± 0.65^a	34.21 ± 3.18^a	0.04 ± 0.01^a
宁夏枸杞 Lycium barbarum	8.07 ± 0.11^b	21.02 ± 0.93^a	18.06 ± 1.27^a	2.23 ± 0.18^a	6.56 ± 0.28^a	39.99 ± 3.13^a	0.03 ± 0.00^ab
柠条锦鸡儿 Caragana korshinskii	8.49 ± 0.01^a	16.98 ± 0.62^ab	11.55 ± 0.50^c	1.61 ± 0.12^b	6.41 ± 0.24^a	11.59 ± 1.31^c	0.02 ± 0.00^b

View table in article

表2 河北坝上4种防护林土壤属性(平均值±标准误)

正文中引用本图/表的段落

比根长(SRL, m·g-1)、比表面积(SSA, m2·g-1)、根组织密度(RTD, g·cm-3)、根分支比(BR)和根分支强度(BI, cm-1)的计算公式(Liu et al., 2020)如下:

根的比表面积=总面积/总干质量 (2)

4 种防护林区域的土壤的铵态氮含量无显著差异, 土壤pH、有机碳含量、全氮含量和硝态氮含量差异显著(表2)。宁夏枸杞土壤的pH低于其他3个物种, 但是宁夏枸杞土壤含水量显著高于小叶杨, 有机碳和全氮含量显著高于榆树和柠条锦鸡儿土壤(表2)。宁夏枸杞和榆树土壤硝态氮含量显著高于小叶杨和柠条锦鸡儿土壤, 柠条锦鸡儿土壤硝态氮含量最低。灌木宁夏枸杞和柠条锦鸡儿的土壤甘氨酸氮含量小于乔木小叶杨和榆树(表2)。

本文的其它图/表