
遮阴条件下杉木幼苗生长和C、N、P化学计量特征的变化
刘青青, 黄智军, 马祥庆, 王正宁, 邢先双, 刘博
南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 46 ›› Issue (3) : 74-82.
遮阴条件下杉木幼苗生长和C、N、P化学计量特征的变化
Changes of seedling growth and C、N、P stoichiometric characteristics in Chinese fir under shading
【目的】比较不同强度遮阴条件下杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗生长、生物量积累与分配,以及不同器官碳(C)、氮(N)、磷(P)积累、分配及化学计量特征的差异,探讨杉木幼苗在不同遮阴条件下的C、N、P元素积累及分配的响应策略,揭示遮阴处理对杉木幼苗C、N、P元素变化规律的影响,为杉木苗木繁育、林分光照环境调控管理等提供参考。【方法】选取当年生杉木幼苗为研究对象,通过人工遮阴方式设置5个遮阴梯度,即0%(对照,不遮阴)、遮阴强度40%(透光率60%)、60%(透光率40%)、85%(透光率15%)和95%(透光率5%),持续观测1 a。试验结束后测定幼苗株高与地径增量、各器官生物量、根冠比、各器官C、N、P含量、积累量,并分析C、N、P化学计量特征(以C/N、C/P,N/P表示元素质量比)等指标。【结果】①随遮阴强度的增大,杉木幼苗株高增量总体呈现上升趋势,而地径增量则显著降低(P<0.05)。根、茎、叶及总生物量、根生物量占比和根冠比降低,茎、叶生物量比增大;②根、茎、叶中及总的C、N、P积累量随遮阴强度的增大而降低。随着遮阴强度的增大,杉木地上部分(茎和叶)C和N分配比例增加,而地下部分(根)C和N分配比例则降低。③杉木幼苗C/N和C/P变化趋势相同,随着遮阴强度的增大先增加后减少。杉木幼苗各器官N/P低于14,表明杉木幼苗在不同遮阴下的生长受到N限制。【结论】杉木幼苗生长和生理特性对不同遮阴强度响应有差异,主要表现在随着遮阴强度的增加,株高生长加快,地径粗生长减缓,生物量分配倾向于地上部分,幼苗由“矮粗”逐渐转变为“细高”。但是过度遮阴不利于杉木幼苗的生长,导致幼苗生物量积累减少,C、N、P积累量降低。
【Objectives】To explore the adaptive strategy of seedlings under different shade intensities, the growth, biomass accumulation and allocation as well carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) accumulation, allocation and stoichiometric characteristics were measured in different organs of Chinese fir seedlings. The results help to elucidate changes in C, N, P elements under different shading treatments, and provide a theoretical basis for cultivation at the seedling stage, stand light environment regulation and management. 【Method】After one year of growth, Chinese fir seedlings were selected as the research object in this study, and five different light intensities were set up with artificial shading 0% (as control, no shade), 40%, 60%, 85% and 95% shading. The experiment was undertaken over one year. The height increment, diameter increment, biomass accumulation and allocation, root to shoot ratios, C, N, P accumulations, and their stoichiometric characteristics were measured at the end of the experiment in different organs of Chinese fir seedlings under various shade intensities.【Result】(1) The height of seedlings increased as the shade increased, while the diameter significantly decreased. Biomass of the root, stem, leaf, total, and root to shoot ratios decreased as the shade increased, while the stem and leaf biomass ratios increased. (2) The accumulations of C, N, P of root, stem, leaf and the total accumulations decreased with the increased of shade intensities. The C and N distribution ratios increased in the aboveground part (stem and leaf) of the seedlings, and decreased in the underground part of the seedling (root). (3) C/N (the mass ratio, same as below) and C/P of seedlings showed the same change trend, which initially increased and then decreased with increasing shading intensities. The N/P in each organ was lower than 14, indicating that Chinese fir seedling growth under different shading intensities was restricted by nitrogen. 【Conclusion】Chinese fir seedlings could regulate nutrient accumulation and distribution under different shading treatments, affecting biomass accumulation. Chinese fir seedlings showed different growth and physiological strategies under different shading intensities, such as greater growth in height, slower growth in diameter, with biomass allocation being invested in the aboveground parts under high shading intensities. Seedlings gradually changed from “short and thick” to “thin and tall”. However, the excessive shading may inhibit seedling growth, and result in less biomass accumulations, and low C, N, P accumulations.
Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) seedling / shade intensities / stoichiometric characteristics / nutrient utilization strategy
[1] |
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[2] |
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[3] |
智西民, 王梦颖, 牛畔青, 等. 遮阴对青桐幼苗生长性状与化学计量特征的影响[J]. 生态学杂志, 2021, 40(3):664-671.
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
王瑞禛, 罗丽莹, 孙嘉伟, 等. 会同成熟杉木器官C∶N∶P生态化学计量的动态特征[J]. 中南林业科技大学学报, 2020, 40(4):64-71.
|
[9] |
罗芊芊, 周志春, 邓宗付, 等. 南方红豆杉天然居群叶片的表型性状和氮磷化学计量特征的变异规律[J]. 植物资源与环境学报, 2021, 30(1):27-35.
|
[10] |
刘俊雁, 董廷发. 云南松形态和叶片碳氮磷化学计量及其海拔变化特征[J]. 生态学杂志, 2020, 39(1):139-145.
|
[11] |
王凯, 李依杭, 姜涛, 等. 干旱胁迫对杨树幼苗氮磷化学计量特征及分配格局的影响[J]. 生态学杂志, 2017, 36(11):3116-3122.
|
[12] |
李瑞, 马文超, 吴科君, 等. 三峡库区消落带水位变化对落羽杉C,N,P 生态化学计量特征的影响[J]. 生态学报, 2020, 40(3):976-984.
|
[13] |
韩有志, 王政权. 两个林分水曲柳土壤种子库空间格局的定量比较[J]. 应用生态学报, 2003, 14(4):487-492.
|
[14] |
刘青青, 马祥庆, 黄智军, 等. 光强对杉木幼苗形态特征和叶片非结构性碳含量的影响[J]. 生态学报, 2019, 39(12):4455-4462.
|
[15] |
|
[16] |
张玲, 张东来. 遮阴条件下黄檗生长和生理响应的性别差异研究[J]. 植物研究, 2020, 40(5):735-742.
|
[17] |
李冬林, 金雅琴, 崔梦凡, 等. 遮阴对香果树叶片生理特性及叶肉细胞超微结构的影响[J]. 植物研究, 2020, 40(1):29-40.
|
[18] |
|
[19] |
智西民, 何靖雯, 王梦颖, 等. 遮阴和土壤类型对青桐幼苗生长和养分含量的影响[J]. 生态学杂志, 2020, 39(12):3961-3970.
|
[20] |
颉洪涛, 虞木奎, 成向荣. 光照强度变化对5种耐阴植物氮磷养分含量、分配以及限制状况的影响[J]. 植物生态学报, 2017, 41(5):559-569.
增强对耐阴植物在不同光环境下氮磷生理响应的理解可以为改善人工林林分结构和提高生态系统功能提供借鉴。该文选取5种亚热带地区具有较高生态和经济价值的耐阴植物幼苗为研究对象, 通过控制实验模拟不同光环境, 设置5个梯度探究光照强度变化对耐阴植物氮磷养分含量、分配以及限制状况的影响。结果显示: 随着光强减弱, 5种耐阴植物的总生物量和总氮磷积累均呈降低趋势, 但各器官氮磷含量有增加趋势。其中, 栀子(Gardenia jasminoides)氮含量最高, 红茴香(Illicium henryi)氮含量最低; 乌冈栎(Quercus phillyraeoides)和栀子的磷含量明显高于山杜英(Elaeocarpus sylvestris)、朱砂根(Ardisia crenata)和红茴香。栀子和乌冈栎在极低光强(6%自然光强)下氮和磷含量均为最高, 朱砂根和红茴香则分别在低光强(15%自然光强)和中等光强(33%自然光强和52%自然光强)时氮磷含量最高; 而杜英氮磷含量最高时对应的光照强度不同, 分别为52%自然光强和6%自然光强。杜英、朱砂根和红茴香各器官的氮磷含量均为叶片>根系>枝干, 栀子和乌冈栎为根系>叶片>枝干。随光强减弱, 氮磷利用格局发生变化。在较高光强(100%自然光强)下, 5种植物各器官氮含量变化表现出良好的一致性, 但在较低光强(15%自然光强和6%自然光强)下表现出明显的分异; 光强减弱时, 植物各器官磷含量变化在红茴香、栀子和乌冈栎上表现出一致性, 但在杜英和朱砂根上表现为分异性。光强减弱显著影响耐阴植物器官氮磷比, 但未根本改变植物生长的元素受限状况。光强变化和树种差异均对耐阴植物在异质性光环境中的氮磷利用和分配产生调节, 进而影响总生物量和总氮磷积累, 这源于植物氮磷利用策略的改变。因此, 在构建复层异龄林时应考虑耐阴植物氮磷养分平衡对光强的偏好。
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[21] |
康文星, 邓湘雯, 赵仲辉. 林冠截留对杉木人工林生态系统物质循环的影响[J]. 林业科学, 2006, 42(12):1-5.
|
[22] |
|
[23] |
林思祖, 黄世国, 曹光球, 等. 杉木自毒作用的研究[J]. 应用生态学报, 1999, 10(6):661-664.
|
[24] |
陈楚莹, 张家武, 周崇莲, 等. 改善杉木人工林的林地质量和提高生产力的研究[J]. 应用生态学报, 1990, 1(2):97-106.
|
[25] |
郭传阳, 林开敏, 郑鸣鸣, 等. 间伐对杉木人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2020, 44(5):125-131.
|
[26] |
|
[27] |
刘青青, 马祥庆, 李艳娟, 等. 杉木种子萌发及幼苗生长对光强的响应[J]. 应用生态学报, 2016, 27(12):3845-3852.
|
[28] |
张敏. 东北次生林主要树木种子萌发、幼苗存活与早期生长对光环境的响应[D]. 沈阳: 中国科学院研究生院, 2012.
|
[29] |
|
[30] |
刘柿良, 马明东, 潘远智, 等. 不同光环境对桤木幼苗生长和光合特性的影响[J]. 应用生态学报, 2013, 24(2):351-358.
|
[31] |
闫兴富, 刘建利, 贝盏临, 等. 不同光强条件下柠条锦鸡儿的种子萌发和幼苗生长特征[J]. 生态学杂志, 2015, 34(4):912-918.
|
[32] |
|
[33] |
|
[34] |
冯博. 光照对三种北方针叶树种幼苗碳氮分配的影响[D]. 北京: 北京林业大学, 2014.
|
[35] |
孙恒, 张燕平, 吴疆翀, 等. 干旱胁迫和遮光对印楝幼苗生长及碳氮代谢的影响[J]. 西北植物学报, 2020, 40(3):463-470.
|
[36] |
肖艳辉, 何金明, 王羽梅. 光照强度对茴香植株生长以及精油的含量和成分的影响[J]. 植物生理学通讯, 2007, 43(3):551-555.
|
[37] |
柳凤娟, 向双, 阳小成, 等. 两种光照生境下4种常绿阔叶树的单位叶面积干重、光合能力与化学防御物质含量比较[J]. 应用与环境生物学报, 2010, 16(4):462-467.
|
[38] |
刘万德, 苏建荣, 李帅锋, 等. 云南普洱季风常绿阔叶林优势物种不同生长阶段叶片碳、氮、磷化学计量特征[J]. 植物生态学报, 2015, 39(1):52-62.
为探索植物叶片氮(N)、磷(P)、碳(C)生态化学计量特征随植物生长发育的变化规律, 在普洱季风常绿阔叶林中, 选取6种优势植物种(红锥(Castanopsis hystrix)、短刺锥(Castanopsis echidnocarpa)、泥柯(Lithocarpus fenestratus)、截果柯(Lithocarpus truncatus)、西南木荷(Schima wallichii)、茶梨(Anneslea fragrans))采集叶片, 分析其N、P、C含量及化学计量比随植物生长发育的变化。结果显示: 6种植物在不同生长阶段的N含量变化范围为7.90-17.72 mg·g<sup>-1</sup>, P为0.34-1.39 mg·g<sup>-1</sup>, C为458.48-516.87 mg·g<sup>-1</sup>, C:N为28.04-65.70, N:P为11.41-63.50, C:P为355.23-1878.17, 且不同生长阶段6种植物及总体叶片N、P、C含量及其化学计量比变化趋势各异。在变异系数上, N:P比整体变异最大, 为36.46% (变化范围19.19%-91.65%), 其次为C:P, 为34.80% (变化范围15.99%-91.60%), C的整体变异最小, 为3.12% (变化范围1.61%-5.89%)。变异来源分析结果显示, N含量、C含量、C:N、N:P及C:P均主要受植物生长阶段的影响, 而P含量主要受物种与生长阶段的交互作用影响。
|
[39] |
乔新荣. 光照强度对烤烟生长发育、光合特性及品质的影响[D]. 郑州: 河南农业大学, 2007.
|
[40] |
关义新, 林葆, 凌碧莹. 光、及其互作对玉米幼苗叶片光合和碳、氮代谢的影响[J]. 作物学报, 2000, 26(6):806-812.
|
[41] |
|
[42] |
任书杰, 于贵瑞, 姜春明, 等. 中国东部南北样带森林生态系统102个优势种叶片碳氮磷化学计量学统计特征[J]. 应用生态学报, 2012, 23(3):581-586.
|
[43] |
程滨, 赵永军, 张文广, 等. 生态化学计量学研究进展[J]. 生态学报, 2010, 30(6):1628-1637.
|
[44] |
|
[45] |
|
[46] |
|
[47] |
|
[48] |
王振兴. 闽楠幼树在不同光环境下的生理生态特征[D]. 福州: 福建师范大学, 2012.
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