氮磷對(duì)馬蹄金生理特性的影響

氮磷對(duì)馬蹄金生理特性的影響

馬蹄金是旋轉(zhuǎn)花科多年生松柏的一種優(yōu)良植物。馬蹄金屬于暖地型C3草坪草,適應(yīng)我國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū)。由于其外形獨(dú)特,管理較為粗放,近年來(lái)在我國(guó)北方地區(qū)也開(kāi)始推廣種植。但西北地區(qū)受水資源不足的限制,馬蹄金出現(xiàn)成坪速度緩慢,夏季易枯黃,冬季提前休眠等現(xiàn)象。本試驗(yàn)借鑒相關(guān)研究的成功經(jīng)驗(yàn),研究氮磷對(duì)馬蹄金不同生長(zhǎng)時(shí)期抗旱生理的影響,探索其水肥敏感指標(biāo),以期為馬蹄金水分管理提供切實(shí)有效的方法和科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1土壤質(zhì)地情況試驗(yàn)在陜西楊凌新蘭德公司試驗(yàn)基地進(jìn)行。海拔480m,屬暖溫帶季風(fēng)大陸性氣候,年均氣溫12.9℃,日照2196h,無(wú)霜期220d,年均降水量660mm。土壤質(zhì)地較粘,有機(jī)質(zhì)、氮素和有效磷含量較少,富含鉀,腐殖質(zhì)含量低,pH7.8~8.5。試驗(yàn)田前茬為草地早熟禾(Poapratensis),表土水分及養(yǎng)分含量見(jiàn)表1。1.2試驗(yàn)材料1.2.1馬蹄金屬絲由美國(guó)引進(jìn)的野生栽培種。1.2.2氮肥渭河牌尿素,陜西渭河化肥廠生產(chǎn),總N≥46.4%。1.2.3氮肥菱花牌過(guò)磷酸鈣,陜西省雙菱化工股份有限公司生產(chǎn),有效P≥16%。1.3土壤水分的測(cè)定1.3.1施肥量為主區(qū)因子,分別為不施肥(對(duì)照區(qū),O)、低肥區(qū)(LN:0.24,P2O5:0.90kg/100m2)、中肥區(qū)(MN:0.57,P2O5:1.20kg/100m2)和高肥區(qū)(HN:0.90,P2O5:1.50kg/100m2)。1.3.2土壤水分為裂區(qū)因子,分別為田間持水量的60%~70%(W1,水分充足區(qū))、40%~50%(W2,輕度缺小區(qū))、20%~30%(W3,嚴(yán)重缺水區(qū)),重復(fù)3次。1.3.3以重復(fù)為區(qū)組。氮、磷試驗(yàn)各36個(gè)小區(qū),小區(qū)面積2m×2m,保護(hù)行0.5m。1.4干旱增張測(cè)定試驗(yàn)于2003年4月11日至10月30日進(jìn)行。4月11日施基肥、整地、播種(撒播,15g/m2)后灌水,待60%出苗后(6月11日)進(jìn)行4個(gè)水分處理,以張力計(jì)控制水分,在干旱區(qū)(輕度缺水區(qū)、嚴(yán)重缺水區(qū))搭建干旱棚,記錄成坪速度。理化指標(biāo)在出苗期(6月21日)、成坪期(蓋度100%,7月15日)、旺盛期(9月10日)、衰退期(20%的葉片開(kāi)始發(fā)黃,10月26日)測(cè)定。1.5測(cè)量項(xiàng)目1.5.1超氧化物歧化酶活性測(cè)定參照孫群的方法,各期在早8∶30從各區(qū)采鮮葉片0.5g,用氮藍(lán)四唑法測(cè)定,重復(fù)3次,按下式計(jì)算葉片超氧化物歧化酶活性:SOD活性(u/gFW)={(A0-AS)·VT}/{A0×0.5×FW×V1}式中:A0:照光對(duì)照管光吸收值,AS:樣品管光吸收值,VT:樣液總體積(ml),V1:測(cè)定時(shí)樣品用量(ml),FW:樣品鮮重(g),u:酶單位1.5.2葉片丙二醛含量測(cè)定各期在早8∶30從各小區(qū)采鮮葉0.3g,用硫代巴比妥酸法測(cè)定,重復(fù)3次,按下式計(jì)算葉片丙二醛含量:MDA(mmol/gFW)={6.452×(D532-D600)-0.559×D450}·VT/V1·W式中VT:提取液總體積(ml),V1:測(cè)定用提取液體積(ml),W:樣品鮮重(g)1.5.3脯氨酸含量測(cè)定各期在早8∶30h從各小區(qū)采鮮葉片0.5g,重復(fù)3次,用酸性茚三酮比色法測(cè)定,按下式計(jì)算葉片游離脯氨酸含量:Pro(%)={(C·V/a)/W·106}×100式中C:脯氨酸μg數(shù),V:提取液總體積(ml),a:測(cè)定時(shí)取用提取液(ml),W:樣品干重(g),106:將g換算成mg1.5.4可溶性糖含量測(cè)定各期在早8∶30h從各小區(qū)采鮮葉片2g,重復(fù)3次,用蒽酮比色法測(cè)定,按下式計(jì)算葉片可溶性糖含量:SS(%)={(C×V)/W×106}×100式中V:樣品稀釋后的體積(ml),C:提取液含糖量(μg/ml),W:植物組織鮮重(g)1.5.5根系活力測(cè)定各期在早8∶30h從各小區(qū)挖1~2g鮮根,重復(fù)3次,用α-萘胺氧化法測(cè)定,按下式計(jì)算根系活力:RV(μg/gDW·h)=試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)吸光度(510nm)-自動(dòng)氧化值-試驗(yàn)結(jié)束時(shí)吸光度1.5.6葉片chl的含量各期選晴天,于早8∶30h用葉綠素儀(SPAD-502型)測(cè)定,每小區(qū)測(cè)10功能片葉取平均值。1.6處理數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel2003和SPSS11.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析,多重比較采用LSD法。2結(jié)果與分析2.1氮源活性降低在馬蹄金出苗期和成坪期少量施氮可提高超氧化物歧化酶(SOD)活性,但高氮?jiǎng)t活性下降;在旺盛期,缺水時(shí)施磷可提高超氧化物歧化酶活性,其中以高磷的效果最好;在衰退期,氮磷可提高超氧化物歧化酶活性,其中在水分充足區(qū)及輕度缺水區(qū),磷肥的作用優(yōu)于氮肥,在嚴(yán)重缺水區(qū),低氮和中氮的作用明顯(表2)。2.2施氮區(qū)、生長(zhǎng)盛盛期、成坪期丙二醛積累量馬蹄金葉片丙二醛(MDA)含量隨著土壤含水量的降低而上升。與對(duì)照相比,施磷使丙二醛積累量降低,但二者差異不顯著。生長(zhǎng)旺盛期,施氮區(qū)在水分充足時(shí)丙二醛積累量較對(duì)照顯著增加(P<0.05),出苗期和成坪期缺水時(shí)施高氮使丙二醛積累量極顯著增加(P<0.01)(表3)。表明在此時(shí)大量的氮肥引起氧化作用加強(qiáng),因此膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛增多。2.3脯氨酸積累與施肥量的關(guān)系脯氨酸(Pro)主要存在于細(xì)胞質(zhì)中,作為細(xì)胞質(zhì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要起降低細(xì)胞水勢(shì),維持細(xì)胞膨壓的作用。施氮可促進(jìn)脯氨酸的積累,施肥量與脯氨酸積累量呈正相關(guān),而且水分脅迫越嚴(yán)重,施氮后脯氨酸的積累量越多,高氮在水分充足區(qū)極顯著促進(jìn)脯氨酸的積累(P<0.01)。施磷也可提高脯氨酸的積累量,但整體作用小于氮肥,而且在旺盛期,輕度水分虧缺時(shí)低磷則顯著減少脯氨酸的積累(P<0.05),氮磷對(duì)成坪期脯氨酸含量的影響最顯著(表4)。2.4施磷對(duì)火炬葉片可溶性糖含量的影響施氮增加馬蹄金葉片可溶性糖含量的效果較明顯,隨著施肥水平的提高,可溶性糖含量持續(xù)增加,其中以出苗期的效果最顯著,且高氮的效果達(dá)差異極顯著水平(P<0.01),施磷使馬蹄金葉片可溶性糖含量減少,尤其是在水分虧缺時(shí),負(fù)效應(yīng)更加明顯,但隨著施磷水平的提高,這種負(fù)效應(yīng)又有所降低(表5)。2.5爐底物對(duì)蹄金根系活力的影響在水分充足區(qū)和輕度缺水區(qū),隨著氮磷水平的提高,馬蹄金根系活力逐漸上升,磷肥的作用大于氮肥,嚴(yán)重缺水區(qū)高氮的正效應(yīng)急劇下降,而且使根系活力有所降低,在衰退期下降幅度顯著(P<0.05)(表6)。2.6有關(guān)盛盛期的作用馬蹄金的葉綠素含量在不同生長(zhǎng)期均隨著土壤含水量的減少而降低,施氮磷在一定程度上增加葉綠素含量,其中對(duì)旺盛期的作用最顯著。不同施肥水平在不同生長(zhǎng)期對(duì)葉綠素含量的影響各異。氮肥在不同時(shí)期都可以增加馬蹄金葉綠素含量,而且施氮量與葉綠素增加量呈正相關(guān),高氮與對(duì)照區(qū)之間差異極顯著(P<0.01),但在衰退期當(dāng)土壤缺水時(shí),高氮的作用有所下降。磷肥對(duì)葉綠素的作用總體小于氮肥(表7)。2.7復(fù)合指標(biāo)對(duì)水氮及根系活力的敏感馬蹄金抗旱指標(biāo)與水肥的相關(guān)性分析表明,除旺盛期葉片可溶性糖含量與水磷之間的相關(guān)性不顯著外,其余生長(zhǎng)階段與水分及氮磷的相關(guān)性顯著。在出苗期,對(duì)水氮最敏感的指標(biāo)是脯氨酸,對(duì)水磷最敏感的指標(biāo)也是脯氨酸;在成坪期,對(duì)水氮最敏感的指標(biāo)是脯氨酸和根系活力,其中以水磷最敏感含量;在旺盛期,對(duì)水氮最敏感的指標(biāo)為根系活力和葉綠素,水磷最敏感的指標(biāo)為根系活力;在衰退期,對(duì)水氮最敏感的指標(biāo)為葉綠素,對(duì)水磷敏感的指標(biāo)也是葉綠素含量(表8)。本試驗(yàn)所測(cè)的7種馬蹄金抗旱生理指標(biāo)中,受水肥影響最大的指標(biāo)主要有3個(gè),分別為:葉片脯氨酸含量、根系活力和葉綠素含量。3脯氨酸對(duì)葉綠素合成的影響3.1張國(guó)盛等認(rèn)為小麥在低水條件下,單施氮或單施磷均使小麥幼苗游離脯氨酸含量升高,在中、高水條件下,施肥對(duì)小麥幼苗游離脯氨酸含量變化的影響與低水條件下相似,但增加幅度較低,且高水條件下磷營(yíng)養(yǎng)引起小麥幼苗游離脯氨酸含量的降低。但馬宗仁等認(rèn)為脯氨酸的積累對(duì)植物抗旱性是有益的。從脯氨酸的作用及對(duì)其在逆境下積累的大量研究來(lái)看,雖然脯氨酸含量的增加意味著蛋白質(zhì)分解作用的加強(qiáng),但積累的脯氨酸不僅可以作為水分脅迫下植物的滲透調(diào)節(jié)劑,還能清除蛋白質(zhì)分解初期產(chǎn)生的NH3,在干旱解除后還可以參與葉綠素等物質(zhì)的合成?？扇苄蕴窃诩?xì)胞中均勻分布,而非區(qū)域化分布,植物的抗旱性與植物體內(nèi)可溶性糖含量有關(guān),可能是可溶性糖含量的增加導(dǎo)致了其他生理代謝的響應(yīng)。3.2高氮對(duì)馬蹄金根系活力的不利影響可能是在土壤干旱較嚴(yán)重時(shí),氮素導(dǎo)致光合部位氮同化作用加強(qiáng),從而削弱了光合碳同化對(duì)還原力及碳架的需要,使葉片的光合速率下降,地上部光合同化物向根部的供應(yīng)減少,進(jìn)而影響根系活力。3.3葉綠素是植物光合色素中最重要的一類(lèi)色素,其含量可受多種逆境的脅迫而下降,一方面由于水分虧缺使葉綠素的合成減弱;另一方面是干旱引起植物活性氧的積累,導(dǎo)致葉綠素分解加快,進(jìn)而使葉片綠色變淺。本試驗(yàn)中,施氮使馬蹄金葉片葉綠素含量顯著升高的原因可能是馬蹄金性喜氮肥,對(duì)氮肥的吸收能力較強(qiáng),氮素的增加補(bǔ)償了由于水分缺乏造成的蛋白質(zhì)合成減少,因此蛋白質(zhì)合成增加也會(huì)促進(jìn)葉綠素的合成。磷對(duì)葉綠素含量的增加可能是通過(guò)提高根系活力,促進(jìn)物質(zhì)、能量代謝等作用實(shí)現(xiàn)的。4對(duì)試驗(yàn)地馬蹄金防治的影響4.1施磷在一定程度上可以提高馬蹄金的抗旱性,其作用主要是使其根系活力上升,超氧化物歧化酶活性提高,增強(qiáng)了馬蹄金的避旱能力,其中高磷(1.50kgP2O5/100m2)的效果最好。4.2低中量氮肥(0.24和0.57kgN/100m2)可以使脯氨酸、可溶性糖和葉綠素含量增加,通過(guò)滲透調(diào)節(jié)提高馬蹄金的耐旱性,但高氮(0.90kgN/100m2)會(huì)造成超氧化物