南方主要造林樹種對異質供磷及鄰株競爭的適應機制.pdf

1、杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)是我國南方最重要的造林樹種之一,在南方林區(qū)林業(yè)生產中占重要地位。馬尾松(Pinus massoniana)是我國南方重要的工業(yè)原料樹種。楠木(Phoebezhennan)是亞熱帶常綠闊葉林的重要組成樹種,是國家三級保護的漸危種。我國南方土壤多為酸性土壤,酸性土壤存在許多限制植物生長的因子,其中包括土壤有效磷。由于土壤有效磷缺乏的廣泛性及其對植物生長的巨大影響,有

2、效磷缺乏已成為影響人工林產量的重要限制因子。大量的研究表明:一些植物在長期有效磷缺乏的環(huán)境下產生了響應土壤磷缺乏的適應機制。目前一些學者對我國造林樹種利用酸性土壤中磷的內在機制進行了研究,多是在同質環(huán)境下進行的模擬研究,但自然界中森林土壤的養(yǎng)分分布具有高度異質性,在同質環(huán)境下得出的研究結果不足以說明植物是如何適應異質土壤環(huán)境的。為最大限度地獲取養(yǎng)分,一些植物可通過不同的可塑性反應來應對高度空間異質性的土壤養(yǎng)分,由此形成了植物覓養(yǎng)不同養(yǎng)分

3、的內在機制。
　　 有鑒于此,為揭示我國南方主要造林樹種對酸性土壤磷缺乏的適應機制,本文根據根系生物學和脅迫植物學的原理和方法,以福建漳平五一國有林場的馬尾松半同胞家系、杉木半同胞家系及楠木苗木為研究對象,通過構建同質磷供應、異質磷供應和鄰株磷競爭環(huán)境的模擬,設計單株、雙株純栽和雙株混植的栽植方式,進行同質磷脅迫、異質磷脅迫及鄰株競爭砂培模擬試驗,測定馬尾松、杉木和楠木在異質供磷及鄰株競爭環(huán)境下的生理學過程和形態(tài)學指標,分析馬尾

4、松、杉木和楠木響應環(huán)境異質磷脅迫和競爭環(huán)境下的形態(tài)學和生理學過程差異,比較馬尾松、杉木和楠木在異質供磷環(huán)境和競爭環(huán)境下利用土壤磷的能力,探討馬尾松、杉木和楠木對異質供磷環(huán)境和競爭環(huán)境的適應機制,評價馬尾松、杉木和楠木的磷吸收利用效率,為從機理水平上揭示馬尾松、杉木和楠木根系尋覓南方土壤磷的途徑提供科學依據。主要研究結果如下:
　　 1.杉木在異質供磷環(huán)境下:杉木較多的生物量分配到地上部分。雖然杉木根系形態(tài)變化較小,但不同處理間存

5、在差異,杉木的總根長和根表面積在左邊高磷右邊低磷時增量最大,杉木平均直徑在左邊正常供磷右邊不施磷時增加最大,可見杉木在適應異質供磷時表現出很強的形態(tài)學適應。除左邊正常供磷右邊高磷的異質供磷處理外,杉木的葉綠素含量均升高,杉木光合效率之間存在一定差異,表現為前期緩緩下降,中期下降明顯,到后期升高的趨勢。丙二醛含量在不同供磷水平之間差異均不顯著；而可溶性蛋白含量在各個處理間的差異比較明顯,最高值出現在左邊正常施磷右邊高磷處理,最低值出現在左

6、邊高磷處理右邊不施磷處理中,酸性磷酸酶活性在左邊供磷右邊輕磷時最高。與同質供磷的對照相比,異質供磷條件下杉木根和莖的磷含量較高,葉的磷含量比較低。
　　 2.馬尾松在異質供磷環(huán)境下:馬尾松分配到地上部分的生物量較多；在異質供磷環(huán)境下馬尾松根系增生尤其顯著,總根長和根表面積在左邊正常供磷右邊高磷時增加最大。與同質供磷對照相比,在異質供磷處理下脅迫前期光合效率增大,脅迫中期光合效率在各個處理中均有不同程度的下降,最后,除了重度磷脅迫

7、及異質供磷處理Ⅱ中的光合效率上升外,其它處理均有不同程度的下降。丙二醛含量最大值出現在左邊高磷右邊低磷處理中,可溶性蛋白含量在不同供磷水之間沒有顯著差異。馬尾松根際土呈弱酸性,根系分泌酸性物質較多。馬尾松莖的磷含量較低,葉的較高。
　　 3.楠木在異質供磷環(huán)境下:楠木分配到地上部分的生物量較多；在異質供磷環(huán)境下根系顯著增生:總根長和根表面積在左邊正常供磷右邊高磷時增加最大；平均直徑在左邊正常供磷右邊不施磷時增加最大。楠木光合效率

8、在脅迫前期光合效率比較高,然后顯著下降,最后再上升。丙二醛含量最高值出現在左邊正常施磷右邊高磷處理中,可溶性蛋白含量最高值出現在異質處理Ⅰ中,楠木根際土pH值較高,根系分泌酸性物質相對較少。楠木根、莖和葉的磷含量均居中,相差不大。
　　 4.杉木在臨株競爭環(huán)境下:同種競爭時杉木根系形態(tài)增量小于混栽處理。在正常供磷條件下,杉木表面積和平均直徑增量最大值出現在杉木與馬尾松混栽處理；輕度磷脅迫下,杉木平均直徑最大值出現在杉木同種競爭；

9、在重度磷脅迫下,杉木根系平均直徑增量最大值出現在杉木與馬尾松混栽時,可見與馬尾松混栽時,杉木表現出很強的形態(tài)學適應。在正常供磷時,杉木四種栽植方式根際土壤pH值差異不顯著,其中與楠木混栽的時候,根際土pH偏中性,受到影響比較大。在缺磷環(huán)境下杉木葉最大磷含量出現在與馬尾松混栽處理；在重度磷脅迫下根最大磷含量出現在杉木雙株處理,且顯著高于單株及與馬尾松混栽處理,葉最大磷含量則在出現在與馬尾松混栽處理。
　　 5.馬尾松在臨株競爭環(huán)境

10、下:正常供磷條件下平均直徑、表面積增量最大值出現在單植處理；輕度磷脅迫條件下馬尾松平均直徑增量在與杉木混栽處理最大；在不同供磷處理條件下馬尾松根體積增量最大值均出現在單植處理中。馬尾松單植時,根際土pH顯著高于馬尾松雙植處理；馬尾松在四種栽植方式下的根際土pH略有差異,單植和純種雙株時差異不顯著,馬尾松與楠木混栽處理根際土pH值顯著高于馬尾松與杉木混栽處理。在正常供磷條件下,馬尾松根、莖和葉的磷含量在不同栽植方式之間的差異不顯著；在輕度

11、磷脅迫條件下,根的最大磷含量出現在與楠木混栽處理,莖和葉的最大磷含量出現在馬尾松單植處理；在重度磷脅迫條件下,根最大磷含量出現在馬尾松單植處理,且顯著高于其它栽植方式下,莖的最大磷含量出現在與杉木混栽處理。
　　 6.楠木在臨株競爭環(huán)境下:在正常供磷下條件下楠木的平均直徑、表面積增量最大值出現在單植處理；在輕度磷脅迫條件下楠木平均直徑最大值出現在同種競爭處理中；在不同供磷處理條件下楠術根體積增量最大值均出現在單植處理中。楠木根際