杉木生物量分配及根系可塑性对异质供磷的响应

论文摘要

磷素是植物生长发育的必需营养元素之一,磷素不足是限制目前人工林产量的重要因素。由于南方酸性土壤对磷的强烈化学固定作用,导致南方林区土壤有效磷极度缺乏,而林地中又有大量林木不能利用的土壤储备态磷,形成了土壤全供磷量高,而林木可吸收利用的有效磷低,林木表现出“遗传学缺磷”的矛盾。根作为植物长期适应陆地环境而发展起来的向地生长器官,通过长期的进化和对环境条件的适应,形成了植物根系的多种功能,其中通过根系的拓展来提高对土壤磷的有效吸收是植物在进化过程中形成的重要适应形状,这对于充分挖掘南方林区土壤的难溶性磷具有重要理论和现实意义。杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方特有的重要商品用材树种,具有材质优异、单产高、速生丰产性能显著等特点。导师课题组研究发现的耐低磷的杉木基因型在土壤有效磷低于一般基因型所需的浓度时仍有较高的产量,其可通过根系分泌有机酸活化土壤难溶性磷以适应低磷胁迫。目前有关杉木高效利用土壤难溶性磷的研究逐渐增多,但较多是在均一性供磷条件下进行的,而实际上森林土壤养分在空间上多呈斑块状分布,养分异质性高,用均一性供磷条件下得到的研究结果可能与实际有较大差异。有鉴于此,本文以杉木种子园单株采种的半同胞杉木苗为研究对象,通过构建异质和同质磷胁迫环境,采用根系图像分析系统定量测定根系的形态学可塑性,分析杉木在异质磷斑块胁迫下生物量分配格局的变化,比较异质和同质供磷条件下杉木磷素利用效率的差异,探讨杉木生物量分配格局及根系可塑性对异质供磷的响应机制,为揭示杉木对磷胁迫的适应机理提供科学依据,这对于提高杉木根系对土壤磷活化吸收能力,挖掘利用南方林区土壤大尺度斑块状异质分布的磷,缓解杉木人工林连栽生产力下降具有重要理论和实践意义。主要研究结果如下:1、不同异质供磷处理杉木根系生物量存在显著差异。在根室Ⅰ供磷量为中等浓度（12mg/kg）的异质供磷培养条件下,杉木在富磷根室中的根系生物量比在贫磷根室中的根系生物量大,且随着两个根室磷异质性的加剧,杉木更倾向在富磷营养斑块中生长,但整株杉木根系的生物量却随着生长介质中供磷量的增加而呈递减趋势。2、不同异质供磷处理条件下杉木根冠比存在一定差异。在根室Ⅰ基质供磷量为0mg/kg的异质供磷条件下,杉木根冠比随着两个根室磷异质性的加剧而表现为先下降后上升的趋势。在根室Ⅰ中等浓度（12mg/kg）异质供磷处理中,杉木根冠比与根室Ⅱ中基质的供磷量成反比。3、在异质供磷条件下杉木根系的磷素利用效率表现出随生长介质供磷量的升高而呈递减趋势。在根室供磷量较低处理中,叶的磷素利用效率随生长介质供磷量的增加而呈先递增后锐减的趋势。从全株磷素利用效率看,杉木全株磷素利用效率最大值出现在P4+P8处理中,最小值出现在P12+P4处理中。4、不同异质供磷处理杉木根系形态学指标存在显著差异。在根室Ⅰ供磷量为中等浓度（12mg/kg）的异质供磷培养条件下,杉木在不同根室中的根系形态可塑性差异较大。在富磷根室中的杉木根长、根表面积和根体积均比在贫磷根室中的大,但全株杉木根系的根长、根表面积、根体积却随生长介质中供磷量的增加而变小。5、在同质供磷培养条件下根室供磷量对杉木根系形态学指标有显著影响。杉木根系总根长与基质中供磷量呈反比,且根表面积、根体积也表现出相同的规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 国内外研究进展
• 1.1 土壤养分异质性研究进展
• 1.2 植物根系对磷胁迫的适应机制
• 1.2.1 根系形态适应性变化
• 1.2.2 根系分泌物特异性变化
• 1.2.3 菌根
• 1.2.4 根系生理适应性变化
• 2 研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 收获
• 2.4 测定方法
• 2.5 数据统计
• 3 结果与分析
• 3.1 供磷方式对杉木生物量分配格局的影响
• 3.1.1 不同供磷方式杉木根系生物量分配格局
• 3.1.1.1 不同异质供磷条件下杉木根系生物量的比较
• 3.1.1.2 不同同质供磷条件下杉木根系生物量的比较
• 3.1.2 不同供磷方式杉木地下部/地上部生物量分配格局
• 3.1.2.1 不同异质供磷条件下杉木根冠比的比较
• 3.1.2.2 不同同质供磷条件下杉木根冠比的比较
• 3.2 供磷方式对杉木磷素利用效率的影响
• 3.2.1 不同异质供磷杉木磷素利用效率
• 3.2.2 不同同质供磷杉木磷素利用效率
• 3.3 供磷方式对杉木根系可塑性的影响
• 3.3.1 不同供磷方式杉木根长
• 3.3.1.1 不同异质供磷条件下杉木根长的比较
• 3.3.1.2 不同同质供磷条件下杉木根长的比较
• 3.3.2 不同供磷方式杉木根表面积
• 3.3.2.1 不同异质供磷条件下杉木根表面积的比较
• 3.3.2.2 不同同质供磷条件下杉木根表面积的比较
• 3.3.3 不同供磷方式杉木根体积
• 3.3.3.1 不同异质供磷条件下杉木根体积的比较
• 3.3.3.2 不同同质供磷条件下杉木根体积的比较
• 3.3.4 不同供磷方式杉木根平均直径
• 4 讨论
• 4.1 异质磷环境下林木根系觅磷策略
• 4.2 异质磷环境下林木生物量积累与分配
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢