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        云南松幼苗生長及化學計量對遮陰和干旱互作的響應

        2025-07-28 00:00:00文程敬吳俊景會慶
        廣西植物 2025年6期
        關(guān)鍵詞:云南松生物量幼苗

        DOI:10.11931/guihaia.gxzw202405052

        中圖分類號:Q945.12 文獻標識碼:A 文章編號:1000-3142(2025)06-1161-14

        Growth and stoichiometry of Pinus yunnanensis seedlings in response to shade and drought interaction

        WEN Chengjing1,2,3, WU Junwen1 1,2.3*, JING Huiqing' 1,2,3

        CHEN Gang,23,LIZhiqi123,DUANGuihe23

        1.ColegeofstoutFrUesitKugi;KbotoriolFestd AdministrationonBiodiversityConseruationinSouthwestChina,SouthuestForestryUniversity,Kunming 65O224,China;3.Key Laboratory for Forest Resources Conservation and Utilizationin the Southwest Mountains,Ministry of Education, Southwest Forestry University,Kunming 650224, China)

        Abstract:Inorder to investigatethegrowthof Pinusyunnanensissedlingsand thestoichiometriccharacteristicsof carbon(C),nitrogen(N)and phosphorus(P)of different organs inresponse to shade and drought treatments and the adaptive mechanism,the growth of P :yunnanensis seedlings in shade and drought environments was measured and analyzed in a potting controlled experiment using 1-year-old P . yunnanensis seedlings as the subject. The experiment was set up with two levels of 0% shade and 70% shade,and four moisture gradients of normal moisture(CK,8 0%±5% ), light drought (LD,6 5%±5% ),moderate drought( MD ,50 1%±5% )and severe drought(SD,3 5%±5% )were set to determine the growth indexes of P .yunnanensis seedlings under shade and drought treatments,as well as the C,N,and Pcontents of leaf,stem,coarserotand fineroot,andcalculate their stoichiometric characteristics.Theresults were as follows:(1) Seedling height,ground diameter and biomass increment were the greatest under 0% shadeand 70% shade conditions with LD;leaf biomass increment was significantly increased under the shade treatment( 70% shade) compared with no shade treatment ( 0% shade)in all drought stress treatments.(2)Compared with the normal water treatment,with the increase of drought stress degree,the C content in each organ of P .yunnanensis seedlings under the shadeand drought interaction didnotchange significantly;theNcontent inleaf decreased,theNcontents instemand coarse root increased,and the N content in fine root decreased and then increased;the P content in leaf and coarse root decreased,and the P content in fine root increased.(3)The order of variability of each element was C

        KeyWords:Pinusyunnanensis,stoichiometriccharacteristics,droughtstress,hdestress,variability,corlati

        光照是植物進行光合作用的必備條件,水分是植物生長代謝過程中最重要的環(huán)境因子,當植物所在生長環(huán)境的水分條件和光照強度發(fā)生變化時,會導致其光合特性及形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變(劉建鋒等,2011;鄧秀秀等,2020)。干旱通常會影響植物的生長發(fā)育及生理過程,阻礙植物的呼吸作用,進而改變植物體內(nèi)的養(yǎng)分和物質(zhì)的分配比例(Sainjuetal.,2017)。有研究表明,遮陰減少了光能的供應,減弱了光合固碳的能力,以及改變水分消耗值,進而影響植物的水分利用效率(鄧秀秀等,2024);遮陰會造成植株碳攝取困難,干擾植株的碳素分配,卻在一定程度上減輕干旱對植株生長發(fā)育的影響(王林等,2020)。同時,遮陰和干旱互作對植物生長的影響存在四種假說:一是“相互作用理論\"(Holmgrenetal.,1997),認為中度遮陰可以減緩干旱對植物生長的負面影響,但重度遮陰和高光照則會加重干旱對植物生長發(fā)育的影響;二是“權(quán)衡理論”(Smithamp;Huston,1989),認為植物在遮陰環(huán)境下生長,會向地上器官運輸更多的營養(yǎng)物質(zhì),減少營養(yǎng)物質(zhì)向根系中轉(zhuǎn)移,影響植物對水分的吸收,從而加重干旱對植物生長的影響;三是“促進理論”(Queroetal.,2006),認為遮陰可以減輕植物生長受干旱的影響,改善植物在干旱環(huán)境下的生長狀況;四是“獨立理論”(Holmgren,2000),認為遮陰與干旱互作對植物生長發(fā)育不存在影響。

        碳(C)氮(N)、磷(P)是參與植物各項生命活動的重要化學元素(Fanetal.,2015)。為了適應不同的生長環(huán)境,植物在生長發(fā)育過程中其體內(nèi)的各元素含量會發(fā)生變化,同時C、N、P的化學計量比也會發(fā)生相應的改變,其中植物的養(yǎng)分利用效率可由C與N和P的比值體現(xiàn)(Mengetal.,2014),植物生長所受限制的關(guān)鍵指標可由氮與磷的比值評估(Yuanetal.,2011)。王凱等(2018)對榆樹(Ulmuspumila)幼苗的研究發(fā)現(xiàn),土壤水分含量不足會影響榆樹幼苗對N、P的吸收,幼苗生長主要受N元素限制,隨著水分含量急劇降低,葉、莖和粗根生長轉(zhuǎn)變?yōu)槭躊限制。李曉慶等(2023)研究發(fā)現(xiàn),干旱和遮陰互作會降低中國沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.sinensis)的水分輸導能力、光合作用、生物量積累等。馬志良等(2014)研究發(fā)現(xiàn),適度遮陰會提高紫花苜蓿(Medicagosativa)的養(yǎng)分含量及營養(yǎng)元素的利用效率。王曉潔等(2015)認為開展對植物各器官生態(tài)化學計量研究,有助于了解植物各器官間養(yǎng)分含量的利用關(guān)系及差異,可以更好地了解植物生長過程中的養(yǎng)分利用策略及對環(huán)境的適應能力。

        云南松(Pinusyunnanensis)屬于松科常綠針葉喬木,三針一束,是中國西南地區(qū)的特有樹種。在自然林下云南松幼苗生長,主要受光照、土壤和水分條件的影響,充足的光照有利于幼苗進行光合作用,促進生長,良好的土壤質(zhì)量能為幼苗生長提供足夠的水分及營養(yǎng)物質(zhì),適宜的水分條件有利于幼苗的根系發(fā)育。同時,在不同林齡下,云南松幼苗受到的光照和水分條件的影響不同,其生長發(fā)育的情況也會不同。由于云南松種子主要在秋季開始落地,此時是西南地區(qū)旱季來臨之際,阻礙了云南松幼苗在林下的生長發(fā)育,云南松主要分布區(qū)域的冬春干旱較為明顯容易受到干旱脅迫,并且林內(nèi)形成了不同的光照環(huán)境,林下云南松苗木的生長受到光照和水分的復合作用效應。目前,國內(nèi)外對云南松幼苗生長培育的研究主要有激素(樊玉坤等,2018)水(郭樑等,2014)肥(孫琪等,2016)等;對云南松干旱脅迫的研究主要有干旱脅迫對云南松幼苗的影響(高成杰等,2020),干旱脅迫下云南松幼苗的轉(zhuǎn)錄組差異(王麗娜等,2024),云南松幼苗對持續(xù)干旱脅迫的響應(劉元璽等,2023),以及干旱脅迫下云南松幼苗的響應(劉元璽等,2024a)等方面。然而,對遮陰和干旱脅迫下云南松幼苗化學計量特征的變化規(guī)律依然不清楚。本試驗以1年生云南松幼苗為研究對象,采用不同遮陰水平和不同強度干旱脅迫,研究遮陰和干旱脅迫對云南松幼苗生長及各器官的C、NP含量變化的影響,從化學計量角度去理解遮陰和干旱脅迫處理對云南松抗逆性的影響,為云南松人工林栽培管理提供理論依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1試驗地概況

        試驗設(shè)置在樹木園,位于102°46 E 25°03N ,該地區(qū)的氣候為亞熱帶高原季風氣候,海拔 1954m ,年平均氣溫 16.5‰ ,年平均降水量 1035mm ,年平均相對濕度 67% (劉元璽等,2024a)。

        1.2試驗材料

        試驗用土采用本地紅壤土與腐殖土采用體積比為 3:2 的比例混合制成,其中土壤全碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量分別為 12.30、2.34.0.96g? kg-1 。試驗選用1年生云南松幼苗為對象,種源來自雙柏縣馬龍河林場的云南松良種,于2022年4月移栽至塑料花盆中,每盆栽植1株幼苗,裝土約5kg ,花盆底部放置托盤,幼苗移栽后保持正常澆水和管護。

        1.3試驗設(shè)計

        采用雙因素試驗設(shè)計,除設(shè)定的光照和水分外其他條件保持一致。于2022年8月15日開始試驗,10月15日結(jié)束,共持續(xù) 60d 。為模擬自然環(huán)境光照和水分條件,試驗設(shè)置正常光照條件( 0% 遮陰)和遮陰( 70% )2個遮陰水平及正常水分處理(CK)、輕度干旱脅迫(lightdrought,LD)、中度干旱脅迫(moderatedrought,MD)和重度干旱脅迫(severedrought,SD)4個水分梯度,土壤含水量分別為田間持水量的 80%±5%.65%±5%.50%± 5% 35%±5% ,即實際含水量分別為 21.38% \~19.13%18.00%~15.75%14.63%~12.38%11.25%~ 9% (吳俊文等,2016)。每個處理3個重復,每個重復10株幼苗。試驗期間用土壤水分測試儀測定土壤含水量,并對所有盆栽進行稱重,及時補充適量水分,以達到試驗設(shè)計要求(劉元璽等, 2024a )。

        1.4測定方法

        試驗開始前和結(jié)束后,分別用游標卡尺和鋼尺測量地徑和苗高,并計算試驗期間的苗高和地徑的增長量。每個處理隨機挑選5株幼苗進行取樣,用剪刀剪開塑料花盆,將幼苗完整取出,清洗幼苗表面的雜質(zhì)及土壤。將幼苗按直徑大于 2mm 的粗根和直徑小于 2mm 的細根及莖和葉分類標記,隨后放入烘箱 105°C 殺青 30min ,再調(diào)至 80qC 烘干至質(zhì)量恒定,最后測量葉、莖、粗根和細根的干質(zhì)量,并計算各處理的總生物量。分別用重鉻酸鉀濃硫酸氧化法、奈氏比色法和釩鉬黃比色法測定全碳、全氮和全磷含量(鮑士旦,2000),最后計算各器官 C:N,C:P 和 N:P 比值。

        1.5數(shù)據(jù)處理

        用MicrosoftExcel2016整理數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)用“平均值 ± 標準差”表示。用SPSS27.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行多因素方差分析(multi-factorANOVA)及差異顯著性分析,用Origin2021繪圖。變異系數(shù)(coefficient of variation, CV ): CV= 標準偏差(SD)/平均值 (M)×100% (劉萬德等,2015)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1遮陰和干旱處理對云南松苗木生長的影響

        由表1可知,在 0% 遮陰條件下,與CK處理相比,苗高增量在MD和SD處理下存在顯著性差異( Plt;0.05) ,地徑增量在不同處理間存在顯著性差異( Plt;0.05) ,表現(xiàn)為 LDgt;CKgt;MDgt;SD ;與CK處理相比,生物量增量在LD、MD和SD處理下存在顯著性差異( Plt;0.05) ,葉生物量增量在不同處理間存在顯著性差異( Plt;0.05 ),表現(xiàn)為 LDgt;MDgt;SDgt;CK ,莖生物量增量在LD和MD處理下存在顯著性差異( Plt; 0.05),粗根生物量增量在LD、MD和SD處理下無顯著性差異( Pgt;0.05) ,細根生物量增量在LD和SD處理下存在顯著性差異( Plt;0.05) 。

        在 70% 遮陰條件下,苗高增量在不同處理間無顯著性差異( Pgt;0.05 ),與CK處理相比,地莖增量在LD、MD和SD處理下存在顯著性差異( Plt; 0.05);與CK處理相比,生物量增量在LD處理下顯著性增加( Plt;0.05 ,葉生物量增量在不同處理間無顯著性差異( ),莖生物量增量在MD和SD處理下顯著減少,粗根生物量增量在不同處理間無顯著性差異( Pgt;0.05 ),細根生物量增量在MD處理下顯著增加( Plt;0.05. 。與 0% 遮陰相比,70% 遮陰條件下,苗高增量在CK與LD處理下顯著減少 ( Plt;0.05. ),在MD和SD處理下顯著增加( Plt;0.05, ),地莖增量在CK、LD和MD處理下顯著減少 ( Plt;0.05) ;與 0% 遮陰相比,遮陰處理下葉生物量增量在各干旱處理下均顯著增加( Plt;0.05 ),說明遮陰促進了葉生物量的增加。

        2.2遮陰和干旱處理對云南松幼苗各器官化學計量的影響

        由表2可知,云南松幼苗葉C含量受遮陰水平和干旱脅迫程度及交互作用影響顯著( Plt; 0.05),干旱脅迫程度對葉、粗根和細根C含量影響顯著( Plt;0.05 );遮陰水平和干旱脅迫程度對各器官N含量影響顯著( Plt;0.05 ),遮陰水平和干旱脅迫程度的交互作用對葉、莖和細根的N含量、各器官P含量及各器官 C:N 均具有極顯著影響( Plt;0.01? ;葉、莖的 C:P 受遮陰水平影響顯著( Plt;0.05) ,各器官 C:P 受干旱脅迫程度影響顯著( Plt;0.05. );遮陰水平和干旱脅迫程度及交互作用對葉、莖、粗根的 N:P 影響顯著( Plt;0.05) 。

        由圖1可知,在 0% 遮陰條件下,云南松幼苗葉C含量在LD處理下最低,較CK處理下降了24.37% ,莖C含量在各處理間無顯著性差異( Pgt; 0.05),粗根C含量在MD處理下最高,較CK處理升高了 12.52% ,細根C含量在MD處理下最低,較CK處理下降了 21.28% ;葉N含量CK與MD處理間無顯著性差異( ,莖N含量在SD處理下最高,較CK處理升高了 26.16% ,與CK處理相比,粗根N含量在LD、MD和SD處理下無顯著性差異( Pgt;0.05) ,細根N含量在SD處理下最高,較CK處理升高了 54.02% ;葉P含量在LD和SD處理下最高,較CK處理分別提高了 213.43% 和215.09% ,莖 P 含量在各處理間存在顯著性差異( Plt;0.05) ,在MD處理下含量最低,較CK處理下降了 207.12% ,粗根 P 含量在各處理間存在顯著性差異( Plt;0.05 ,在SD處理下含量最低,較CK處理下降了 25.48% ,細根 P 含量在各處理間存在顯著性差異( Plt;0.05. ),在MD處理下含量最低,較CK處理下降了 62.26% 。

        在 70% 遮陰條件下,云南松幼苗葉C含量在SD處理下最低,較CK處理下降了 12.65% ,莖和粗根C的含量在不同處理間無顯著性差異( Pgt; 0.05),細根C含量在MD處理下最低,較CK處理下降了 10.17% ;葉N含量在SD處理下最低,較CK處理下降了 13.52% ,莖N含量在SD處理下最高,較CK處理升高了 39.52% ,粗根N含量在SD不同小寫字母表示相同遮陰水平下不同干旱處理之間差異顯著( Plt;0.05) ,下同。

        表1不同遮陰和干旱處理下云南松幼苗苗高、地徑和生物量及生物量分配變化情況

        Table1Changes in seedling height,ground diameter,biomass and biomass allocation ol Pinus yunnanensis seedlings under different shade and drought treatments
        注:不同字母表示同一遮陰水平下不同干旱處理間差異顯著( Plt;0.05) 。 Note:Different letters indicate significant diferences between diferent drought treatments atthe same shadelevel( Plt;0.05) 2

        表2不同遮陰和干旱處理下對云南松幼苗化學計量的雙因素方差分析( F 值)

        Table2Two-way ANOVA of different shade and drought treatments on the stoichiometry of Pinus yunnanensis seedlings ( F value)
        注:遮陰水平、干旱脅迫程度及其交互作用對云南松幼苗各器官的影響。 表示 Plt;0.05 ** 表示 Plt;0.01 Note:Effectsof shade level,drought stressdegree andtheir interactiononeach organof Pinusyunnanensis seedlings. * indicates Plt; 0.05 ; ** indicates Plt;0.01
        圖1遮陰和干旱互作下云南松幼苗各器官C、N、P含量

        Differentlowercase leters indicatesignificantdiferencesbetweediferentdroughttreatmentsunderthesameshadelevel( Plt;0.05) ,the same below.

        處理下最高,較CK處理升高了 15.79% ,細根N含量在MD處理下最低,較CK處理下降了 36.73% :葉P含量在LD處理下最低,較CK處理下降了42.17% ,莖P含量在SD處理下最高,較CK處理升高了 64.56% ,粗根P含量在MD處理下最低,較CK處理下降了 64.03% ,細根 P 含量在SD處理下最高,較CK處理升高了 42.11% 。

        2.3遮陰和干旱處理對云南松幼苗各器官 C:N 7C:P,N:P 的影響

        由圖2可知,在 0% 遮陰條件下,與CK處理相比,云南松幼苗葉 C:N 在LD處理下下降了24.71% ,莖 C:N 在 SD處理下下降了 23.17% ,粗根 C:N 在LD處理下升高了 63.91% ,細根 C:N 在LD、MD和SD處理下分別下降了 23.34% !27.46% 和 52.91% ;與CK處理相比,葉 C:P 在LD處理下下降了 290.76% ,莖 C:P 在MD處理下升高了 208.18% ,粗根 C:P 在SD處理下升高了 29.16% ,細根 在MD處理下升高了110.20% ;與CK處理相比,葉 N:P 在LD處理下下降了 57.38% ,莖 N:P 在MD處理下升高了66.49% ,粗根 N:P 在 SD處理下升高了 107.34% ,細根 N:P 在MD處理下升高了 207.24% 。

        圖2遮陰和干旱互作下云南松幼苗各器官 C,N,P 化學計量比 'ig.2C,N,P stoichiometric ratiosof eachorgan of Pinus yunnanensis seedlings under shade and drought interact

        在70% 遮陰條件下,與CK處理相比,云南松幼苗葉 C:N 在MD處理下升高了 21.01% ,莖 C: N在SD處理下下降了 37.5% ,粗根 C:N 在SD處理下下降了 12.13% ,細根 C:N 在MD處理下升高了 25.91% ;與CK處理相比,葉 C:P 在LD 處理下升高了 67.64% ,莖 C:P 在MD處理下升高了 74.78% ,粗根 在SD處理下升高了92.82% ,細根 C:P 在LD 處理下升高了 55.88% ;與CK處理相比,葉 N:P 在LD處理下升高了56.52% ,莖 N:P 在MD 處理下升高了 173.05% ,粗根 N:P 在MD處理下升高了 193.02% ,細根N:P 在SD處理下下降了 31.20% 。

        表3云南松幼苗不同器官 C,N,P 含量及比值的變異特征Table 3Variation characteristicsofC,N,Pcontentsand ratios indiferent organsof Pinus yunnanensis sedlings

        2.4遮陰和干旱處理下云南松幼苗各器官化學計量的變異特征

        變異系數(shù) (CV) 是反映數(shù)據(jù)離散程度的絕對值,其中 CV?10% 為弱變異, 10% 330.00~617.10mg?g-1?5.12~36.68mg?g-1 、0.59~18.54mg?g-1 。云南松幼苗 C,N,P 含量變異系數(shù)范圍分別為 4.27%~10.76% 、 13.91% \~26.57%,32.32%~81.80%;0.1% C:N 變異系數(shù)大小順序為葉 lt; 莖 lt; 細根 lt; 粗根, C:P 變異系數(shù)大小順序為粗根 lt; 葉 lt; 莖 lt; 細根, N:P 變異系數(shù)大小順序為葉 lt; 粗根 lt; 細根 lt; 莖。各器官中的 C,N,P 元素變異性大小為 C。

        2.5云南松幼苗各器官化學計量的相關(guān)性分析

        由圖3可知,云南松幼苗各器官中的C、N、P含量之間存在普遍相關(guān)性( Plt;0.05 )。C含量在粗根與細根之間呈負相關(guān)( Plt;0.05. ), N 含量在葉與細根、莖與粗根及粗根與細根之間呈正相關(guān)( Plt; 0.05),P含量在葉與細根之間呈正相關(guān)( Plt; 0.05)。 C,N 含量在莖與細根之間呈顯著負相關(guān)( Plt;0.05 ), C,P 含量在莖與細根之間呈顯著正相關(guān)( Plt;0.05 ), N,P 含量在葉和細根之間呈顯著正相關(guān)( Plt;0.05 )。粗根N含量與粗根 N:P 呈極顯著正相關(guān)( P/lt;0.01 ),粗根P含量與粗根 C:P 、N:P 呈極顯著負相關(guān)( Plt;0.01 ),細根N含量與細根 C:N 呈極顯著正相關(guān)( Plt;0.01 。

        圖3云南松幼苗各器官化學計量的相關(guān)性分析 Fig.3Correlation analysis of stoichiometry of each organ in Pinus yunnanensis seedlings

        3討論

        3.1遮陰和干旱互作下云南松幼苗生長和化學計 量的變化規(guī)律

        當植物所在生長環(huán)境發(fā)生變化時,其生長代謝活動在一定程度上會受到影響,這主要是因為光合產(chǎn)物合成能力的改變。光是限制植物進行光合作用的重要外界環(huán)境因子,植物一般會通過改變?nèi)~面形態(tài)、株高、地徑及體內(nèi)養(yǎng)分分配格局來減輕光照對植物生長帶來的危害(Cuitetal.,2017)。水分作為植物生長代謝過程中能量運輸及營養(yǎng)轉(zhuǎn)化的重要載體,缺水會導致植物生長受到影響,造成其生長緩慢,生物量降低(李雁冰等,2019)。本研究發(fā)現(xiàn),與不遮陰處理相比,遮陰處理下葉生物量在各干旱脅迫處理下明顯增加,在 0% 遮陰和 70% 遮陰條件下,LD處理下的苗高、地莖、生物量、葉生物量和莖生物量增量均最大。這可能是干旱環(huán)境下植物為了能夠獲取更多的水分來維持植物體內(nèi)的正常代謝和光合作用,需要將更多的生物量分配到地上部分,表明水分虧缺對其地上部分生物量的影響要大于地下部分。同時,不同遮陰條件下,植物生物量的積累與分配策略有顯著差異。

        相比,各干旱脅迫處理下葉C含量無顯著性差異。這可能是在干旱環(huán)境下,幼苗吸收養(yǎng)分的能力受到限制,幼苗的正常生長受到了影響,為維持正常的生命活動,幼苗葉面選擇關(guān)閉了大部分氣孔,以減少水分的蒸騰和降低對碳的消耗,使葉C含量在幼苗生長過程中形成新的平衡,導致葉C含量無顯著變化(安玉艷和梁宗鎖,2012;文程敬,2024)。在正常光照條件下,與CK處理相比,葉C含量在重度干旱脅迫程度下降低,而粗根C含量在重度干旱脅迫程度下升高。這可能是在重度干旱脅迫下,植物體為保持體內(nèi)養(yǎng)分元素的穩(wěn)定性,對干旱環(huán)境作出相應的反饋(拓衛(wèi)衛(wèi)等,2023),葉C含量向粗根轉(zhuǎn)移,可提高根系對土壤養(yǎng)分和水分的吸收與利用,這有助于新根的萌發(fā),從而提高幼苗在重度干旱環(huán)境下的存活率。這與陸媛(2015)對干旱脅迫下刺槐幼苗的研究結(jié)果相似。正常光照時,葉、莖N含量在各處理間變化不明顯,粗根N含量在中度干旱和重度干旱處理下都高于正常水分處理,在 70% 遮陰條件下,隨著干旱脅迫程度增加,葉N含量在減少,而莖和粗根N含量在增加。這可能是隨著干旱脅迫加劇土壤氮素的可利用性受到的限制(馬富舉等,2012),云南松幼苗降低了對N元素的吸收與利用,同時N元素會從葉向根系轉(zhuǎn)移,這是為了幼苗能在不良環(huán)境能夠及時從土壤中吸收水分和養(yǎng)分,這也說明遮陰處理能提高幼苗對N元素的攝取。正常光照時,葉P含量隨干旱脅迫程度的加劇而增加,粗根P含量整體也呈增加趨勢,但在 70% 遮陰條件下,葉P含量隨著干旱脅迫的加劇先降低再升高,與 0% 遮陰處理相比,在 70% 遮陰條件下,莖P含量在輕度和中度干旱脅迫下減少,細根P含量整體呈下降趨勢。這可能是云南松幼苗應對不良的生長環(huán)境時對P元素的一種利用策略,通過增加P元素含量來合成捕光蛋白,P元素會在葉上積累合成葉綠素;幼苗為了適應環(huán)境,葉對P元素吸收和利用效率提高,通過增加P元素含量來提高合成葉綠素、蛋白質(zhì)和核酸速率,進而維持幼苗的正常生長發(fā)育。此外,幼苗通過對地下部分P含量的分配來適應干旱脅迫及遮陰處理,消耗地下部分的P元素,提高幼苗對土壤水分的吸收和運輸,這與對黃檗(Phellodendronamurense)(孫悅燕和郭躍東,2022)和杉木(Cunninghamia lanceolata)(劉青青等,2022)的研究結(jié)果相似。

        本研究發(fā)現(xiàn),在正常光照條件下,隨干旱脅迫程度的增加幼苗葉、莖、細根的 C:N 均呈下降趨勢,在 70% 遮陰條件下,與CK處理相比,在輕度和中度干旱脅迫下幼苗葉和細根的 C:N 均呈上升趨勢。這可能是隨干旱脅迫程度加劇,降低了幼苗對N元素的利用效率,而C含量在植物體內(nèi)增加,這樣有利于幼苗在逆境環(huán)境下生長,隨著干旱程度的增加,幼苗對N元素的吸收與運輸進一步受到影響,導致N供應不足,幼苗通過增加對N元素的利用來維持正常的代謝活動(王凱等,2018);但隨著遮陰水平由 0% 增加到 70% ,幼苗提高了對N元素的利用效率,緩解了干旱對云南松幼苗生長的影響,提高了幼苗對土壤中N元素的吸收。本研究還發(fā)現(xiàn),幼苗葉和細根的 C:P 在重度干旱脅迫下均低于正常水分處理、輕度干旱和中度干旱脅迫處理,在重度脅迫處理下粗根 C:P 最高。這主要是重度干旱脅迫提高了P在葉和細根中的比例,降低了在粗根中的比例,這不僅有利于細根生長吸收更多的水分和養(yǎng)分,也增加了葉P含量來促進幼苗進行光合作用,從而保證了幼苗在重度干旱環(huán)境下存活的幾率。 N:P 可以用來判斷植物生長受 N,P 元素限制的狀況(Yuan et al.,2011)。溫晨等(2021)研究表明,當 N:P 比值小于14時,植物生長主要受氮元素限制;當 N:P 比值在14\~16 時,植物的生長受到 N,P 元素的共同限制;當 N:P 比值大于16時,植物生長主要受P元素限制。本研究發(fā)現(xiàn),在干旱脅迫程度、遮陰和干旱互作下,幼苗粗根和細根的 N:P 比值均小于14,但在遮陰處理下,粗根和細根的 N:P 比值與不遮陰處理相比有所提高。說明在干旱和遮陰環(huán)境下N元素對幼苗生長產(chǎn)生了抑制作用,這可能是干旱環(huán)境降低了土壤中 N,P 元素的有效性,同時提高了幼苗對 N,P 元素的利用效率(Borkenamp;Matzner,2009;王凱等,2020);幼苗為適應干旱脅迫程度的加劇,增加了對N元素的吸收、運輸和同化作用,而干旱環(huán)境降低了幼苗的生長速度,導致幼苗對P元素的消耗降低(文程敬等,2024);但在遮陰處理下,粗根和細根N含量在增加,減緩了云南松幼苗生長受N元素的限制。

        3.2遮陰和干旱互作下云南松幼苗化學計量變異 特征

        由于植物不同器官的結(jié)構(gòu)組成物質(zhì)與功能不同,C、N、P含量及比值會存在差異,干旱環(huán)境下植物體C、N、P分配格局及化學計量特征也會發(fā)生適應性變化(王凱等,2017)。本研究發(fā)現(xiàn),遮陰和干旱環(huán)境下,云南松幼苗的C和N在莖和粗根中的含量均低于在葉中的含量且N含量在細根中最高。這可能是葉作為植物進行光合作用的主要場所,細根作為植物與土壤直接接觸的器官,植物養(yǎng)分和水分的來源主要靠葉和細根,為保證植物的正常生長,在不良環(huán)境下仍然能夠維持相對較高的N含量;莖和粗根的木質(zhì)化程度較高,是植物運輸和支撐的主要器官,N含量相對較少(賀合亮等,2017)。遮陰和干旱處理下,P元素在葉和莖中含量較低,在細根和粗根中含量較高,這與前人的研究結(jié)果不同(鄭德祥等,2017),這可能是遮陰和干旱互作阻礙了葉進行光合作用及地上器官的生長,幼苗生長減緩了對葉P的消耗,同時由于干旱脅迫處理導致土壤中水分缺失,影響了植物對養(yǎng)分和水分的吸收,也影響了細胞的分裂速度,進而阻礙葉和莖的生長發(fā)育,導致葉和莖中的P含量較低;同時由于干旱脅迫加劇引起栓塞現(xiàn)象,從而影響土壤P元素的溶解,植物將更多的P元素儲存在根部中,用于植物修復受損組織及再生,進而維持幼苗的生長代謝活動,也體現(xiàn)了云南松幼苗對不良環(huán)境的適應機制(周紅艷等,2017)。

        本研究發(fā)現(xiàn),各器官中的C、N、P元素變異性大小分別為 C。

        3.3遮陰和干旱互作下云南松幼苗化學計量的相關(guān)性分析

        在干旱的環(huán)境下,植物通常對養(yǎng)分的吸收及運輸影響程度不同,導致各元素間的關(guān)系發(fā)生改變(王凱等,2018)。C、N和P是植物組成最基本的化學元素,三者之間相互作用,共同調(diào)節(jié)植物的生長且具有耦合性(陳佳瑞,2021;劉元璽等,2024b)。本研究發(fā)現(xiàn),粗根C含量與細根C含量呈顯著負相關(guān),葉N含量與細根N含量、莖N含量與粗根N含量及粗根N含量與細根N含量之間均呈顯著正相關(guān),葉P含量與細根P含量呈顯著正相關(guān)。這可能是由于在干旱環(huán)境下幼苗根和莖的木質(zhì)部形成了栓塞,導致水分和養(yǎng)分運輸受阻,使養(yǎng)分元素無法隨蒸騰作用向上運輸(張亞敏等,2016)。一般情況下,植物體內(nèi)C元素與N、P元素之間呈負相關(guān),N元素與P元素之間呈正相關(guān)(雍艷華等,2016);而本研究發(fā)現(xiàn),只有葉C與P元素間呈顯著負相關(guān),細根N與P元素之間呈顯著正相關(guān),葉P元素與細根N元素之間呈顯著正相關(guān)。這可能是由于遮陰和干旱脅迫嚴重影響了幼苗對C、N、P元素的吸收、利用、運輸和儲存等生理過程,導致C、N、P元素之間發(fā)生解耦作用,相關(guān)性發(fā)生變化。這可能是云南松幼苗生長在不良環(huán)境下對元素的一種分配格局。

        4結(jié)論

        (1)在 0% 遮陰和 70% 遮陰條件下,輕度干旱的苗高、地徑和生物量增量均最大;與 0% 遮陰處理相比, 70% 遮陰處理下葉生物量增量在各干旱脅迫處理下顯著增加。與正常水分處理相比,隨干旱脅迫程度增加,遮陰和干旱脅迫互作處理下,云南松幼苗各器官中的C含量變化不顯著;葉N含量減少,莖和粗根中的N含量增加,細根N含量則先減少后增加;葉和粗根中的P含量減少,細根P含量增加。 C:N 在葉和細根中呈上升趨勢,在莖中呈下降趨勢; C:P 在葉和粗根中呈上升趨勢,在細根中先上升再下降; N:P 在葉和細根先升高再下降,在粗根中呈上升趨勢。

        (2)各器官中的 C,N,P 元素變異性大小分別為 C。

        (3)云南松幼苗各器官中的 C,N,P 含量之間存在普遍相關(guān)性,C含量在粗根與細根之間呈負相關(guān),N含量在葉與細根、莖與粗根及粗根與細根之間呈正相關(guān),P含量在葉與細根之間呈正相關(guān)。

        綜上所述,干旱和遮陰均抑制了云南松幼苗對水分和養(yǎng)分的吸收,二者的交互作用符合“促進理論”;云南松幼苗在干旱環(huán)境下生長主要是受N元素的限制,遮陰減緩了云南松幼苗生長受N元素的限制且緩解了干旱脅迫對幼苗造成的傷害,幼苗通過提高對N和P的利用效率來改善幼苗的生境。建議今后在林下培育云南松苗木時,可進行適當?shù)恼陉幪幚怼?/p>

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        (責任編輯 周翠鳴)

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