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毛竹Phyllostachys edulis是中国面积最广、经济价值最高的竹种[1],但其主要分布区土壤有效磷含量偏低[2],严重影响毛竹的生长和产量。研究表明:低磷胁迫降低了毛竹叶片叶绿素和金属含量[3],导致磷组分[4]和内源激素含量[5]等也发生变化,进而降低了整体生物量。常用施磷肥来增加土壤磷有效性,但过度施磷会引起水体富营养化、磷矿资源枯竭等问题[6]。因此,为应对缺磷带来的生产危机,研究植物对低磷胁迫的响应机制显得尤为重要[7]。低磷胁迫下,植物根系会分泌化学物质,影响根际土壤养分有效性[8];同时毛竹等植物会调整根冠比[5,9]等生物量分配格局来适应低磷环境。低磷胁迫还会促使植物改变自身对养分的需求,协调植物体内养分平衡[10]。但不同生长时期植物对养分的需求和获取存在差异[11]。快速生长时期,植物对养分需求较大,土壤供应可能不足,会促使植物发挥养分重吸收作用[12]。LU等[13]研究表明:低磷胁迫使紫花苜蓿Medicago sativa的磷素利用效率增强,但其效率随育苗时间延长而降低。张文元[14]研究表明:不同生长阶段毛竹对养分的需求及所处根际土壤化学性质存在差异。低磷胁迫会打破土壤原有的养分平衡,使植物体内养分调控机制发生变化。但施磷肥后不同生长时期土壤养分动态变化及毛竹实生苗适应性响应的研究尚无报道。综上,本研究模拟不同土壤磷环境,旨在探究低磷胁迫对不同生长时期根际土壤养分环境、毛竹幼苗生长和养分生理的影响及其持续效应,为植物对低磷环境的适应机制提供理论基础。
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表1所示:T1时期,与初始有效磷水平相比,P3和P4处理下的根际土壤有效磷质量分数降低,但低磷处理组(P1和P2)处理下反而增加;此时低磷处理组的根际土壤pH分别较P4显著降低了10.60%和8.55% (P<0.05);但根际土壤全氮质量分数随初始有效磷水平降低而增加,其中P1较P4显著提高了19.23% (P<0.05);此时根际土壤有机质和速效钾质量分数在不同土壤有效磷水平间均无显著差异(P>0.05)。T2时期,根际土壤有效磷质量分数与初始设置水平相比均降低,但低磷处理组降幅较P4显著减小(P<0.05);此时根际土壤pH仅在P1下较P4显著降低3.53% (P<0.05);而低磷处理组的根际土壤全氮质量分数分别较P4显著增加了30.76%和11.82% (P<0.05);此时根际土壤速效钾质量分数在不同有效磷水平间仍无显著差异(P>0.05),但低磷处理组的根际土壤有机质质量分数分别较P4均显著增加了10.70% (P<0.05)。
生长时期 初始土壤有效磷水平 有效磷/(mg·kg−1) 有效磷变化幅度/% pH 有机质/(g·kg−1) 全氮/(mg·kg−1) 速效钾/(mg·kg−1) T1 P1 3.05±0.11 d 22.13±4.56 a 4.81±0.07 b 5.53±0.33 a 902.26±37.64 a 65.47±0.89 a P2 6.57±0.04 c 31.47±0.75 a 4.92±0.03 b 5.90±0.31 a 805.16±38.17 ab 65.94±1.63 a P3 8.47±0.21 b −15.30±2.09 b 5.40±0.03 a 5.83±0.42 a 868.47±4.46 ab 64.94±1.13 a P4 14.98±0.87 a −25.10±4.33 b 5.38±0.04 a 5.17±0.07 a 756.77±42.93 b 63.58±0.64 a T2 P1 2.32±0.04 D −7.33±1.76 A 5.19±0.03 B 7.45±0.21 A 1013.74±29.97 A 93.92±3.87 A P2 4.34±0.12 C −13.27±2.48 A 5.42±0.04 A 7.45±0.19 A 866.91±24.09 B 82.20±1.46 A P3 7.53±0.30 B −24.73±2.99 B 5.43±0.01 A 7.21±0.03 AB 836.34±17.01 BC 75.43±2.63 A P4 12.16±0.28 A −39.20±1.39 C 5.38±0.03 A 6.73±0.23 B 775.27±6.81 C 78.91±10.97 A 说明:数据为平均值±标准误。大小写字母分别表示T2和T1时期不同处理间差异显著(P<0.05);有效磷变化幅度中的−表示土壤有效 磷质量分数与初始水平相比降低,否则表示增加 Table 1. Effects of initial soil available phosphorus level on soil nutrient environment in rhizosphere
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表2所示:T1时,低磷处理组(P1和P2)的毛竹幼苗单株生物量分别较P4显著降低了27.09%和15.93% (P<0.05);根冠比较P4分别显著降低22.22%和14.29% (P<0.05);但各土壤有效磷水平下的毛竹幼苗生物量分配率从大到小均依次为根、叶、茎。T2时,低磷处理组的单株生物量较P4分别显著降低了48.96%和43.40% (P<0.05);但根冠比较P4分别显著增加了44.30%和37.97% (P<0.05);此时毛竹幼苗生物量分配率在各土壤有效磷水平下均从大到小依次为根、茎、叶。
生长时期 初始土壤
有效磷水平生物量/(g·株−1) 生物量分配/% 根冠比 根 茎 叶 T1 P1 0.197±0.005 c 49.40±1.19 d 23.35±0.74 a 27.25±0.98 a 0.98±0.05 c P2 0.227±0.003 b 52.00±0.54 c 20.14±0.04 b 27.86±0.58 a 1.08±0.02 c P3 0.264±0.005 a 60.03±0.43 a 17.00±0.42 c 22.97±0.04 b 1.50±0.03 a P4 0.270±0.009 a 55.82±0.65 b 19.50±0.46 b 24.68±0.24 b 1.26±0.03 b T2 P1 0.243±0.020 B 54.56±1.39 A 29.17±2.40 AB 16.27±1.05 B 1.14±0.10 A P2 0.270±0.025 B 52.09±1.33 A 32.06±0.67 A 15.85±1.12 B 1.09±0.06 A P3 0.307±0.012 B 53.34±1.05 A 25.02±0.83 B 21.64±1.31 A 1.14±0.05 A P4 0.477±0.050 A 43.97±1.35 B 32.37±1.43 A 23.66±0.61 A 0.79±0.04 B 说明:数据为平均值±标准误。大小写字母分别表示T2和T1时期不同处理间差异显著(P<0.05) Table 2. Effects of initial soil available phosphorus level on biomass and allocation of Ph. edulis seedlings
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由图1可见:T1时,低磷处理组(P1和P2)较P4均显著降低了毛竹各组织氮质量分数(P<0.05),也显著降低了茎和叶的磷质量分数(P<0.05),但根的磷质量分数仅在P1处理下较P4显著降低了17.01% (P<0.05);此时P1和P4处理的毛竹各组织钾质量分数均无显著差异(P>0.05),但P2处理根和叶的钾质量分数较P4显著降低了6.18%和8.05% (P<0.05)。T2时,毛竹各组织氮质量分数也均随土壤有效磷水平降低而减小,其中低磷处理显著降低了根和茎的氮质量分数(P<0.05),但叶的氮质量分数在不同土壤有效磷水平间无显著差异(P>0.05);此时低磷处理显著降低了根磷质量分数(P<0.05),叶中则显著增加(P<0.05),但茎上无显著差异(P>0.05);而低磷处理组较P4均显著降低了该时期各组织钾质量分数(P<0.05)。
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由表3显示:无论T1还是T2时期,低磷处理(P1和P2)均显著降低了毛竹幼苗各组织和整株氮、磷、钾积累量(P<0.05)。其中T1时,P1和P2处理的氮积累量较P4分别显著降低了50.28%和38.74% (P<0.05),磷积累量则分别显著降低了42.59%和28.70% (P<0.05),钾积累量则分别显著减小了27.10%和21.55% (P<0.05);T2时,P1和P2处理的氮、磷、钾养分积累量分别依次较P4显著降低了66.86%和57.03%、57.11%和43.16%、60.94%和60.42% (P<0.05)。
生长
时期初始土壤有效磷水平 根养分积累量/(mg·株−1) 茎养分积累量/(mg·株−1) 氮 磷 钾 氮 磷 钾 T1 P1 0.74±0.08 b 0.025±0.001 b 2.53±0.07 b 0.31±0.02 b 0.013±0.001 b 0.89±0.03 b P2 0.91±0.07 b 0.033±0.001 b 2.82±0.06 b 0.33±0.03 b 0.015±0.000 b 0.87±0.01 bc P3 1.50±0.08 a 0.046±0.004 a 3.50±0.09 a 0.34±0.03 b 0.015±0.001 b 0.78±0.01 c P4 1.60±0.18 a 0.047±0.003 a 3.85±0.19 a 0.63±0.01 a 0.021±0.001 a 1.01±0.05 a T2 P1 1.57±0.18 B 0.073±0.009 B 2.62±0.26 B 0.89±0.02 C 0.048±0.002 B 1.49±0.03 B P2 1.81±0.06 B 0.093±0.004 B 2.61±0.18 B 1.50±0.19 B 0.065±0.008 B 1.68±0.17 B P3 2.01±0.23 B 0.133±0.003 A 2.79±0.06 B 1.66±0.05 B 0.066±0.003 B 1.48±0.06 B P4 3.36±0.42 A 0.160±0.016 A 5.08±0.62 A 3.59±0.11 A 0.109±0.015 A 4.03±0.32 A 生长
时期初始土壤有效磷水平 叶养分积累量/(mg·株−1) 整株养分积累量/(mg·株−1) 氮 磷 钾 氮 磷 钾 T1 P1 0.77±0.02 c 0.024±0.001 c 1.18±0.02 b 1.81±0.10 c 0.062±0.001 d 4.60±0.09 c P2 0.99±0.11 bc 0.029±0.001 b 1.26±0.04 b 2.23±0.19 c 0.077±0.001 c 4.95±0.08 c P3 1.16±0.07 b 0.031±0.001 b 1.29±0.04 b 2.99±0.08 b 0.092±0.004 b 5.57±0.13 b P4 1.41±0.02 a 0.039±0.001 a 1.45±0.06 a 3.64±0.20 a 0.108±0.003 a 6.31±0.28 a T2 P1 1.06±0.08 C 0.042±0.006 B 1.14±0.16 C 3.51±0.24 C 0.163±0.016 C 5.25±0.39 B P2 1.24±0.26 BC 0.059±0.010 B 1.03±0.17 C 4.55±0.46 BC 0.216±0.022 BC 5.32±0.51 B P3 2.02±0.31 B 0.058±0.005 B 2.26±0.24 B 5.69±0.57 B 0.257±0.003 B 6.54±0.33 B P4 3.65±0.38 A 0.111±0.014 A 4.33±0.54 A 10.59±0.86 A 0.380±0.045 A 13.44±1.43 A 说明:数据为平均值±标准误。大小写字母分别表示T2和T1时期不同处理间差异显著(P<0.05) Table 3. Effects of initial soil available phosphorus level on nutrient accumulation of Ph. edulis seedlings
由图2显示:T1时期,氮养分主要分配在根和叶上,分别占40%,且低磷处理组(P1和P2)较P3显著降低了氮在根的分配比例(P<0.05);此时磷养分在各组织分配比例从大到小均依次为根、叶、茎,且低磷处理组也较P3显著降低了磷分配在根的比例(P<0.05);钾养分与磷相似,分配比例从大到小均依次为根、叶、茎,此时低磷处理组较P3和P4均显著降低了其在根的分配比例(P<0.05)。T2时期,氮分配在各组织比例相当,且低磷处理组的氮分配在根的比例较P4均分别显著增加了41.05%和28.85% (P<0.05);钾养分分配比例因土壤有效磷水平不同而异,其中低磷处理组的钾分配比例从大到小依次为根、茎、叶,但中适磷则为根、叶、茎,此时低磷处理组的钾养分分配在根的比例较P4分别显著增加了31.79%和30.86% (P<0.05)。
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由表4可见:T1时期,低磷处理(P1和P2)显著增加了毛竹茎、叶及整株磷素利用效率,但根的磷素利用效率仅在P1下较P4显著增加了20.31%(P<0.05)。T2时期,低磷处理显著增加了根的磷素利用效率(P<0.05),叶中则显著降低(P<0.05),茎上无显著差异(P>0.05);此时仅P1的整株磷素利用效率较P4显著增加了19.05%,P2与P4间无显著差异(P>0.05)。
生长
时期初始土
壤有效
磷水平磷素利用效率/(g·mg−1) 根 茎 叶 整株 T1 P1 3.85±0.09 a 3.57±0.07 a 2.22±0.03 a 3.16±0.02 a P2 3.58±0.15 ab 3.07±0.11 b 2.15±0.08 ab 2.93±0.07 b P3 3.44±0.21 ab 2.97±0.08 b 1.98±0.06 b 2.86±0.07 b P4 3.20±0.09 b 2.48±0.15 c 1.71±0.03 c 2.50±0.02 c T2 P1 1.83±0.03 a 1.46±0.06 a 0.95±0.01 c 1.50±0.03 a P2 1.51±0.05 b 1.35±0.11 a 0.74±0.01 d 1.25±0.04 b P3 1.23±0.04 c 1.17±0.07 a 1.15±0.02 a 1.19±0.04 b P4 1.31±0.02 c 1.43±0.09 a 1.02±0.01 b 1.26±0.02 b 说明:磷素利用效率=生物量/磷素积累量;数据为平均值±标准误;大小写字母分别表示T2和T1时期不同处理间差异显著(P<0.05) Table 4. Effects of initial soil available phosphorus level on phosphorus utilization efficiency of Ph. edulis seedlings
Effect of low phosphorus stress on growth and nutrient physiology of Phyllostachys edulis seedlings
doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210782
- Received Date: 2021-11-29
- Accepted Date: 2022-05-19
- Rev Recd Date: 2022-05-01
- Available Online: 2022-09-22
- Publish Date: 2022-10-20
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Key words:
- low phosphorus stress /
- rhizosphere soil nutrient environment /
- Phyllostachys edulis seedlings /
- biomass /
- nutrient accumulation and allocation
Abstract:
Citation: | ZHOU Jianfei, SHI Wenhui, PAN Kaiting, YING Yeqing, SUN Cui. Effect of low phosphorus stress on growth and nutrient physiology of Phyllostachys edulis seedlings[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(5): 1010-1017. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210782 |