资源描述：
土 壤 Soils 2020 52 6 1129 1138 基金项目 国家自然科学基金项目 41877103 和中科院战略性先导科技专项 B 类 XDB15030300 资助 通讯作者 tianxj zqduan 作者简介 陈雨娇 1994 女 江苏苏州人 硕士研究生 主要从事植物营养和土壤生态研究 E mail chenyujiao2012 DOI 10 13758 ki tr 2020 06 005 陈雨娇 李汛 田兴军 等 CO 2 浓度与氮磷供应水平对黄瓜根系生长及各组织矿质养分含量的影响 土壤 2020 52 6 1129 1138 CO 2 浓度与氮磷供应水平对黄瓜根系生长及各组织矿质养分 含量的影响 陈雨娇 1 李 汛 2 田兴军 1 段增强 2 1 南京大学生命科学学院 南京 210023 2 土壤与农业可持续发展国家重点实验室 中国科学院南京土壤研究所 南京 210008 摘 要 在开顶 式生长箱内 以黄瓜为试验材料 采用营养液培养方法 研究了不同氮 磷水平条件下大气 CO 2 浓度对黄瓜 植株矿质养分含量以及根系生长的影响 结果表明 黄瓜植株各部位 N 素含量随供氮水平提高而增加 磷水平提高也能促 进各部位 N 含量的提高 植株各部位 P 含量随供磷水平的提高而升高 在相同磷水平下 缺氮会使各部位 P 含量升高 大 气 CO 2 浓度升 高会使黄瓜植株各部位氮及特定部位的 P 含量降低 黄瓜根部的 Ca 含量 随 CO 2 浓度的 升高而显著降低 氮和 磷水平的升高极显著地增加其含量 且 CO 2 浓度与供磷水平 供氮与供磷水平以及这三者之间存在明显的交互作用 供氮 供磷水平的升高极显著地提高了黄瓜叶片 Ca 的含量以及茎部 Mg 的含 量 且两者存在明显的交互作用 黄瓜总根长和总根 表面积随 CO 2 浓度的增加有增大的趋势 在缺磷条件下 总根长和总根表面积随氮水平的提高而增大 而同一氮水平和 CO 2 浓度下 磷水平的降低会增加总根长和总根表面积 总体看来 大气 CO 2 浓度的升高能促进黄瓜根系的生长 但会使得黄 瓜植株某些部位 N P Ca Mg 等矿质元素含量降低 而供氮 供磷水平的提高可以通过增强黄瓜的生长与活力促进黄瓜 根系对矿质养分的吸收 从而缓解由于 CO 2 浓度升高带来的矿质元素含量降低的风险 由此 在对设施蔬菜 CO 2 施肥的同 时 也要注重适量提高合理配比下矿质元素的供应 关键词 大气 CO 2 浓度 氮水平 磷水平 矿质养分含量 根系生长 中图分类号 Q945 1 Q945 3 S627 文献标志码 A Effects of Atmospheric CO 2 Concentration Nitrogen and Phosphorus Levels on Root Growth and Mineral Nutrient Concentrations in Different Organs of Cucumber CHEN Y ujiao 1 LI Xun 2 TIAN Xingjun 1 DUAN Zengqiang 2 1 School of Life Science Nanjing University Nanjing 210023 China 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture Institute of Soil Science Chinese Academy of Sciences Nanjing 210008 China Abstract The effects of different combinations of atmospheric CO 2 concentrations CO 2 nitrogen N and phosphorus P levels on mineral nutrient concentrations and root growth of cucumber were studied by the nutrient solution culture method in the open top chambers Three CO 2 levels 400 mol mol CK C1 625 mol mol C2 1 200 mol mol C3 three N levels low N N1 medium N N2 high N N3 and two P levels low P P1 medium P P2 were designed The results showed that N concentrations in all cucumber organs increased with the increase of N level and N concentration in N3 treatment was significantly higher than those in N1 and N2 treatments The increase of P level also promoted N concentrations in cucumber P concentrations in all cucumber organs increased with P supply increasing Under the condition of N deficiency N1 P concentrations in all cucumber organs increased Elevated CO 2 reduced N and P concentrations in specific organs of cucumber Ca concentration in cucumber roots decreased significantly with the increase of CO 2 whereas higher N and P levels significantly increased Ca concentration There were apparent interactions between the CO 2 and P level N level and P level and within these three factors on Ca concentration in cucumber roots The rise of N and P levels also significantly increased Ca concentration in cucumber leaves and Mg concentration in cucumber stems and there was a significant interaction between N and 1130 土 壤 第 52 卷 P levels Total length and surface area of cucumber roots increased with the CO 2 increasing Under the condition of P deficiency P1 total length and surface area of cucumber roots increased with the increase of N level whereas a decrease in P level caused the increase in total length and surface area of cucumber roots at the same N level and CO 2 In general the increase of CO 2 can promote the growth of cucumber roots but reduce the concentrations of mineral nutrient such as N P Ca and Mg in some organs of cucumber However the increase of N and P levels can promote the absorption of mineral nutrients in roots by enhancing the growth and vitality of cucumber thereby can alleviate the risk of the decrease in mineral nutrient concentrations due to the elevated CO 2 The above results suggest that the applying suitable amount of mineral nutrients with matched proportion is quite necessary while CO 2 fertilization is conducted to the greenhouse vegetables Key words Atmospheric CO 2 concentration Nitrogen supply level Phosphorus supply level Mineral element concentrations Root growth 20 世纪 90 年代以来 我国设施蔬菜产业迅速发 展 1 截至 2016 年 我国设施蔬菜播种面积 548 万 hm 2 设施蔬菜产量 2 8 亿 t 净产值为 12 540 亿元 以 20 的蔬菜播种面积 提供了 30 的蔬菜产量和 60 以 上的产值 既满足了人们对蔬菜周年均衡供应的需 求 也获得了可观的经济效益 2 我国目前已经成为 世界第一大设施蔬菜生产国 3 但相较于欧美 日本 等国家 我国设施蔬菜生产管理技术仍处于落后状 态 冬季设施蔬菜生产中为了保温 往往到接近中午 外界气温较高时才揭棚通风 而通风前相对封闭的环 境容易导致 CO 2 匮乏 设施内大气 CO 2 浓度往往会 降低到不足蔬菜进行光合作用效率最高时所需的 10 而此时的光照和温度都是最有利于光合作用 的 因此过低的大气 CO 2 浓度极大地限制了作物的 光合作用效率 严重影响其生长发育 4 在相对密闭 的设施条件下进行 CO 2 施肥可以一定程度提高蔬菜 的光合作用 增加蔬菜的产量和品质 黄瓜是世界性的重要蔬菜 也是我国设施蔬菜的 主栽品种之一 其营养价值和经济价值都较高 5 一 般设施大棚中的大气 CO 2 浓度远远低于黄瓜光合作 用的 CO 2 饱和点 成为黄瓜生长和产量形成的主要 限制因子之一 此外 对矿质营养的吸收与利用 直 接影响黄瓜的生长发育和产量品质的形成 6 在所有 必需矿质元素中 氮是限制植物生长和形成产量的首 要因素 对改善作物品质有明显作用 磷是植物生长 发育不可缺少的营养元素 它既是植物体内许多重要 有机化合物的组分 同时又以多种方式参与植物体内 各种代谢过程 并且对于作物高产及保持品种的优良 特性具有明显作用 7 因此 氮素与磷素是设施蔬菜 生长中最为重要的两种矿质元素 随着设施生产中 CO 2 施肥的普及与相关研究的 深入 单纯的 CO 2 施肥也暴露出一些问题 首先是 作物组织中的氮 磷等营养元素含量的降低 使得果 实营养价值降低 而纤维素含量的升高 使得口感变 差 8 其次是 CO 2 施肥增产的持久性问题 许多研究 表明 随着 CO 2 施肥时间的延长 其对作物的增产 效果逐渐减弱 9 这些问题都与植物体内碳素与氮 磷等矿质营养元素的比例失衡有关 10 为了解决 CO 2 施肥条件下矿质元素的缺乏和植株体内碳与氮 磷等 矿质元素的比例失调问题 最简便有效的方法就是额 外施加矿质肥料 然而矿质肥料的施用如何与 CO 2 气肥匹配 两者如何影响作物生长 是否存在交互作 用等问题的研究相对较少 此外 许多研究指出 作 物生长在高浓度 CO 2 条件下 其根系结构和形态会 发生很多的改变 11 众所周知 植物根系形态的改变 对养分吸收会带来明显的影响 12 针 对这些问 题 本试验以 黄瓜 为试验材 料 研究 大气 CO 2 浓度升高以及不同供氮 供磷条件下黄瓜根 系形态的变化 以阐明 CO 2 气肥与氮 磷供应水平对 黄瓜植株根 茎 叶各部位矿质元素含量的影响机制 为 CO 2 施肥条件下矿质元素供应配比的调整提供依据 1 材料与方法 1 1 试验设计 供试作物为黄瓜 Cucumis sativus L 津绿 3 号 天津黄瓜研究所培育 种子购买于天津市绿丰园艺新技 术开发有限公司 CO 2 设 3 个浓度水平 为 400 mol mol 对照 大气 CO 2 浓度 C1 625 mol mol C2 1 200 mol mol C3 水培营养液总氮浓度设 3 个水 平 为 3 5 mmol L 低氮 N1 14 mmol L 中氮 N2 21 mmol L 高氮 N3 并保持 NO 3 NH 4 13 1 n n 总磷浓度设 2 个水平 为 0 1 mmol L 低 磷 P1 1 mmol L 中磷 P2 试验共 18 个处理 每个处理 5 个重复 本试验在中国科学院南京土壤研究所温室内的 3 个开顶式生长箱中进行 13 生长箱内大气 CO 2 浓度 第 6 期 陈雨娇等 CO 2 浓度与氮磷供应水平对黄瓜根系生长及各组织矿质养分含量的影响 1131 的控制使用自主设计的 CO 2 自动控制系统 CO 2 浓度 由红外检测仪 Ultramat 6 Siemens Munichn Germany 控制 精度能够控制在 50 mol mol 每 个生长箱内设置 1 个 CO 2 浓度 每两周将一个生长 箱内的水培罐随机更换到另一个生长箱中 并调整新 生长箱中 CO 2 浓度为原先植株的 CO 2 浓度处理值 以减小生长箱间的差异 同一个生长箱内氮 磷处理 的水培罐随机摆放 2017 年 3 月 27 日将黄瓜种子用 10 的次氯酸 钠消毒 15 min 完全清洗后置于 25 恒温培养室中 催芽 种子露白后播种于装有育苗基质的育苗穴盘 内 黄瓜苗长到两叶一心时 定植于容量为 1 L 的 PVC 栽培罐中 栽培罐中装有在山崎黄瓜营养液基 础上调整氮 磷浓度的营养液 并由鼓气泵每日向栽 培罐内间歇通气 每日 6 00 18 00 每小时通气 30 min 18 00 次日 6 00 每两小时通气 30 min 定植 后第二天开始进行 CO 2 施肥 中午当生长室中温度 高于 30 时停止 CO 2 施肥并打开生长室侧门通风 待温度回落之后关闭生长室继续 CO 2 施肥处理 每 日用配置的营养液补足各处理 每周更换一次营养 液 使用 0 1 mmol L 的 NaOH 或 0 05 mmol L 的 H 2 SO 4 调节营养液 pH 到 6 5 左右 本试验在 2017 年 3 5 月进行 每个栽培罐定植 一株幼苗 营养液物质组成见表 1 微量元素使用 Arnon 营养液通用配方 14 用量 mg L 为 Na 2 Fe EDTA 29 27 H 3 BO 3 2 86 MnSO 4 4H 2 O 2 03 ZnSO 4 7H 2 O 0 22 CuSO 4 5H 2 O 0 08 和 NH 4 6 Mo 7 O 24 4H 2 O 0 02 试验期间 C1 生长箱内温度为 24 8 5 9 湿度为 59 2 22 2 C2 生长箱内温度为 25 1 5 6 湿度为 58 6 21 8 C3 生长箱 内温度为 25 0 5 9 湿度为 54 7 20 9 在 CO 2 施肥处理 54 d 后采收全部黄瓜植株 表 1 各处理营养液中盐类化合物的含量 mmol L Table 1 Concentrations of salt compounds in nutrient solution under different treatments 处理 Ca NO 3 2 4H 2 O KNO 3 NH 4 NO 3 MgSO 4 7H 2 O K 2 SO 4 Ca H 2 PO 4 2 H 2 O CaSO 4 N1P1 1 50 0 25 2 00 3 00 0 05 1 50 N2P1 3 00 6 00 1 00 2 00 0 05 N3P1 6 00 6 00 1 50 2 00 0 05 N1P2 1 50 0 25 2 00 3 00 0 50 1 50 N2P2 3 00 6 00 1 00 2 00 0 50 N3P2 6 00 6 00 1 50 2 00 0 50 注 各处理营养液氮 磷元素物质的量浓度 N1 3 5 mmol L N2 14 mmol L N3 21 mmol L P1 0 1 mmol L P2 1 0 mmol L 营养液使用实验室分析纯试剂和去离子水配制 1 2 测定方法 黄瓜植株根 茎和叶全氮和全磷含量在样品用 H 2 SO 4 H 2 O 2 消化法消煮后 使用化学分析仪 Smartchem200 Alliance France 分别测定 根 茎和 叶中矿质元素 K Ca Mg Fe Mn Cu 和 Zn 含量 在样品用 HNO 3 HClO 4 法消煮后 使用 ICP AES 测 定 Iris Advantage Thermo Electron USA 黄瓜采摘后鲜根立即用 Epson perfection V700 根系扫描仪 Epson Nagano Japan 进行扫描 之后 扫描的图像用 WinRHIZO Pro software Version 2013 Regent Co Ltd Quebec Canada 进行分析 得出总根长和总根表面积 根系平均直径可用总表面 积 根系长度 得到 1 3 数据分析 试验数据用 Microsoft Excel 16 21 和 R 语言 3 5 0 统计软件进行方差分析 获得试验 CO 2 氮 磷处理的主效应和交互作用 2 结果分析 2 1 黄瓜植株各组织氮 磷元素含量对大气 CO 2 浓度与氮磷供应水平的响应 2 1 1 氮元素含量的响应 图 1 表明 在相同大气 CO 2 浓度以及相同供磷条件下 黄瓜植株叶片 茎部 和根系的 N 含量都随着氮素供应水平的提高呈增加 的趋势 并且在 N3 水平下 植株各部分的 N 含量基 本都明显高于 N1 N2 水平 而在相同供氮与供磷水 平下 CO 2 浓度升高会使得植株中 N 含量相对下降 特别是根部在 P2 处理下 N 含量随 CO 2 浓度升高下 降趋势表现的更为明显 在 CO 2 浓度和供氮水平相 同条件下 相较于 P1 水平 P2 水平会显著提高植株 各部位的 N 含量 对于 N 含量在黄瓜植株内的分布 而言 叶片和茎部明显高于根部 2 1 2 磷元素含量的响应 从图 2 可以看出 在 CO 2 浓度和供氮水平相同条件下 植株各部位的 P 含 1132 土 壤 第 52 卷 柱图上方不同小写字母表示处理间差异在 P 0 05 水平显著 下同 图 1 不同 CO 2 浓度及氮磷供应水平下黄瓜植株各组织 N 元素含量 Fig 1 N concentrations in different cucumber organs under different CO 2 concentrations N and P supply levels 图 2 不同 CO 2 浓度及氮磷供应水平下黄瓜植株各组织 P 元素含量 Fig 2 P concentrations in different cucumber organs under different CO 2 concentrations N and P supply levels 第 6 期 陈雨娇等 CO 2 浓度与氮磷供应水平对黄瓜根系生长及各组织矿质养分含量的影响 1133 量在 P2 条件下显著高于 P1 条件 在相同 CO 2 浓度 和供磷条件下 黄瓜植株叶片 茎部和根系的 P 含量 随氮素供应水平的增加有一定的降低趋势 其中茎部 P 含量下降趋势最明显 总体上 N1 水平下植株各部 位 P 含量最高 在相同供氮 磷条件下 CO 2 浓度升 高会引起植株 P 含量有减少的趋势 但大部分条件下 差异并不显著 此外 对于 P 含量的分布而言 茎部 的 P 含量相对来说略高于叶片和根系的含量 2 2 大气 CO 2 浓度与氮磷供应水平对黄瓜植株各 组织其他矿质元素含量的影响 从表 2 表 3 可以看出 对于黄瓜根系 CO 2 施 肥浓度对 N Ca 和 Cu 的含量有极显著影响 CO 2 浓度升高极显著降低了 N Ca 含量 显著增加了 Cu 含量 Fe 含量显著降低 对其余元素含量没有显著 表 2 黄瓜植株各组织中其他矿质元素含量 Table 2 Other mineral nutrient concentrations in cucumber leaves 植株组织 处理 K Ca Mg Fe Mn Cu Zn C1N1P1 40 8 ab 31 8 e 11 9 def 0 097 a 0 180 cdef 0 033 bc 0 120 b C1N2P1 42 4 ab 37 2 de 13 2 bcde 0 091 a 0 176 cdef 0 029 bc 0 100 b C1N3P1 34 9 b 44 1 cde 8 4 f 0 055 a 0 126 f 0 024 bc 0 081 b C1N1P2 41 5 ab 54 4 bcd 15 2 bcd 0 060 a 0 250 abc 0 047 bc 0 135 ab C1N2P2 49 5 a 76 8 a 21 7 a 0 093 a 0 371 a 0 036 bc 0 104 b C1N3P2 42 6 ab 83 1 a 12 6 cdef 0 060 a 0 158 def 0 010 c 0 148 ab C2N1P1 39 7 ab 42 5 cde 15 3 bcd 0 060 a 0 245 bc 0 026 bc 0 145 ab C2N2P1 37 9 b 42 4 cde 14 2 bcde 0 120 a 0 178 cdef 0 024 bc 0 150 ab C2N3P1 35 6 b 49 9 bcde 10 6 df 0 116 a 0 144 ef 0 041 bc 0 098 b C2N1P2 39 3 ab 51 0 bcde 16 6 bc 0 074 a 0 265 ab 0 041 bc 0 131 ab C2N2P2 38 1 b 54 2 bcde 17 5 b 0 074 a 0 198 bcdef 0 015 bc 0 084 b C2N3P2 37 5 b 75 1 a 13 5 bcde 0 068 a 0 157 def 0 030 bc 0 082 b C3N1P1 42 4 ab 36 6 de 13 6 bcde 0 077 a 0 226 bcd 0 035 bc 0 206 a C3N2P1 40 2 ab 40 3 cde 13 6 bcde 0 095 a 0 203 bcde 0 053 b 0 127 ab C3N3P1 37 8 b 52 2 bcd 10 6 df 0 080 a 0 160 def 0 032 bc 0 129 ab C3N1P2 36 7 b 36 5 de 12 3 cdef 0 062 a 0 209 bcde 0 104 a 0 140 ab C3N2P2 40 5 ab 57 3 bc 16 6 bc 0 094 a 0 201 bcdef 0 025 bc 0 188 b 叶片 C3N3P2 42 9 ab 68 4 ab 12 8 cde 0 089 a 0 154 def 0 038 bc 0 188 b C1N1P1 68 3 abc 12 5 h 2 9 cde 0 028 a 0 061 cde 0 0025 abcd 0 045 ab C1N2P1 88 0 a 18 5 efgh 3 7 abcde 0 029 a 0 073 bcd 0 0024 abcd 0 065 ab C1N3P1 60 0 bc 24 8 cdef 3 2 abcde 0 023 a 0 055 de 0 0022 abcd 0 051 ab C1N1P2 69 5 abc 22 5 defg 3 7 abcde 0 014 a 0 106 a 0 0029 abcd 0 066 ab C1N2P2 81 5 ab 19 2 efgh 4 3 ab 0 020 a 0 063 cde 0 0031 abc 0 040 ab C1N3P2 76 2 abc 38 9 a 4 456 a 0 015 a 0 079 de 0 0032 a 0 074 a C2N1P1 77 4 ab 19 5 efgh 3 7 abcde 0 023 a 0 088 abc 0 0031 ab 0 061 ab C2N2P1 66 3 bc 17 7 efgh 3 1 bcde 0 017 a 0 068 cde 0 0022 abcd 0 045 ab C2N3P1 55 7 c 26 2 bcde 3 2 abcde 0 019 a 0 049 de 0 0019 d 0 043 ab C2N1P2 62 8 bc 14 9 gh 2 5 e 0 024 a 0 061 cde 0 0028 abcd 0 041 ab C2N2P2 77 9 ab 20 1 efgh 3 8 abcd 0 019 a 0 053 de 0 0028 abcd 0 038 b C2N3P2 79 6 ab 33 2 abc 4 0 abcd 0 017 a 0 039 e 0 0022 abcd 0 033 b C3N1P1 63 6 bc 16 3 fgh 3 2 abcde 0 034 a 0 096 ab 0 0032 a 0 072 a C3N2P1 74 3 abc 21 4 defgh 3 5 abcde 0 030 a 0 077 abcd 0 0023 abcd 0 057 ab C3N3P1 60 6 bc 30 0 bcd 3 4 abcde 0 024 a 0 060 cde 0 0021 cd 0 055 ab C3N1P2 64 7 bc 14 4 gh 2 7 de 0 022 a 0 073 bcd 0 0022 bcd 0 052 ab C3N2P2 75 2 abc 19 5 efgh 4 4 a 0 020 a 0 053 de 0 0029 abcd 0 038 b 茎部 C3N3P2 70 5 abc 34 3 ab 4 0 abc 0 017 a 0 048 de 0 0022 abc 0 051 ab 1134 土 壤 第 52 卷 续表 2 植株组织 处理 K Ca Mg Fe Mn Cu Zn C1N1P1 47 9 abcd 16 0 c 5 2 c 0 714 bc 0 163 c 0 0124 ab 0 128 abcd C1N2P1 52 1 abc 17 6 c 5 7 c 0 783 b 0 171 bc 0 0104 ab 0 162 a C1N3P1 36 3 bcdef 16 1 c 5 9 bc 0 423 bc 0 135 c 0 0084 b 0 123 abcd C1N1P2 56 7 a 15 9 c 5 1 c 0 315 c 0 347 abc 0 0131 ab 0 141 ab C1N2P2 9 7 g 34 7 a 6 3 abc 1 328 a 0 517 a 0 0096 ab 0 062 e C1N3P2 5 8 cdef 32 3 ab 5 2 c 0 640 bc 0 326 abc 0 0112 ab 0 137 ab C2N1P1 55 9 a 16 6 c 5 4 c 0 616 bc 0 288 bc 0 0085 b 0 111 bcd C2N2P1 48 3 abcd 17 4 c 6 2 bc 0 515 bc 0 267 bc 0 00089 b 0 138 ab C2N3P1 44 1 abcde 19 6 c 6 6 abc 0 460 bc 0 225 bc 0 0083 b 0 023 abcd C2N1P2 53 7 ab 16 5 c 5 0 c 0 326 c 0 244 bc 0 0065 b 0 101 bcde C2N2P2 34 2 def 23 9 abc 6 7 abc 0 622 bc 0 411 ab 0 0089 b 0 093 cde C2N3P2 33 7 def 26 1 abc 7 6 ab 0 533 bc 0 287 abc 0 0077 b 0 110 bcd C3N1P1 44 4 abcde 15 4 c 4 8 c 0 551 bc 0 220 bc 0 0158 a 0 128 abcd C3N2P1 42 6 abcde 16 3 c 5 7 c 0 738 bc 0 184 bc 0 0083 b 0 117 bcd C3N3P1 34 5 cdef 18 7 c 5 9 bc 0 621 bc 0 155 c 0 0075 b 0 115 bcd C3N1P2 41 8 abcde 17 5 c 5 7 c 0 325 c 0 319 abc 0 0077 b 0 130 abc C3N2P2 29 7 ef 23 1 bc 6 9 abc 0 610 bc 0 358 abc 0 0082 b 0 108 bcd 根系 C3N3P2 19 5 fg 34 9 a 8 6 a 0 594 bc 0 416 ab 0 0074 b 0 084 de 注 表中数据为平均值 同列不同小写字母表示同一部位处理间差异在 P0 05 和 分别表示显著性水平为 P 0 05 P 0 01 和 P 0 001 和 分别表示随 CO 2 浓度 供氮或磷水平升高而升高和降低 下同 影响 供氮水平对 N P K 和 Ca 含量都有极显著 影响 显著增加了 N K 及 Ca 含量 P 含量显著 减少 供磷水平对 N P K Ca Mn 和 Zn 含量 有极显著影响 显著增加了 N P Ca 和 Mn 含量 第 6 期 陈雨娇等 CO 2 浓度与氮磷供应水平对黄瓜根系生长及各组织矿质养分含量的影响 1135 K Zn 含量显著降低 CO 2 施肥与磷水平对 N 含量 有极显著的交互作用 对 Ca 和 Zn 含量有显著的交 互作用 供氮和供磷水平对 P Ca Fe 含量有极显 著的交互作用 对 Cu 含量有显著的交互作用 CO 2 供氮 供磷三者之间的仅对 Ca 含量有极显著的交 互作用 对于黄瓜茎部 CO 2 施肥仅对 P 含量有极显著影 响 供氮水平对 N P Ca Mg 及 Mn 含量皆有极 显著影响 极显著增加 Ca 和 Mg 的含量 减少 Mn 的含量 供磷水平对 N P Ca Mg 和 Cu 含量有极 显著的增加作用 使 K 含量显著增加 Mn 含量显著 降低 CO 2 施肥与供氮水平 CO 2 施肥与供磷水平对 所测的元素含量都没有显著的交互作用 供氮和磷水 平对 K 和 Mg 含量有极显著的交互作用 对 Cu 含量 有显著的交互作用 三者之间对所测元素皆没有显著 交互作用 对于黄瓜叶片 CO 2 施肥显著减少了 N 含量 显著增加了 Fe 含量 极显著增加 Cu 和 Zn 含量 供 氮水平对 N P Ca Mg Mn Cu 和 Zn 含量有极 显著影响 极显著增加 Ca 的含量 降低了 Mg Mn Cu 和 Zn 的含量 供磷水平仅对 N P 含量有显著影 响 CO 2 施肥与氮水平对所测的元素皆没有显著交互 作用 CO 2 和磷水平对 Ca 和 Mn 含量有极显著的交 互作用 供氮和供磷水平对 Cu 含量有极显著交互作 用 对 Ca 含量有显著的交互作用 三者之间仅对 Zn 含量有显著的交互作用 2 3 黄瓜根系生长对大气 CO 2 浓度与氮磷供 应水 平的响应 由图 3 可见 在 P1 条件和相同 CO 2 施肥条件下 总根长和总根表面积随着供氮水平的提高而呈明显 增加趋势 而在 P2 条件下 无明显的变化趋势 在 氮水平和磷水平相同条件下 随着 CO 2 浓度的增加 总根长与总根表面积有一定的增大趋势 在相同 CO 2 施肥和供氮条件下 P1 条件下的总根长和总表面积 明显大于 P2 条件下 尤其是在 N2 和 N3 条件下 从 图 3 看出 CO 2 施肥与不同供氮 磷水平下对根平均 直径大小的影响趋势并不是很明显 从表 4 可知 CO 2 施肥对 3 个根系形貌参数都没 有显著影响 供氮水平和供磷水平对总根长和总根表 面积都有极显著影响 CO 2 分别与供氮水平和供磷水 平对 3 个根系形貌参数都没有显著的交互作用 供氮 水平和供磷水平对总根表面积和根平均直径的影响 有较强的交互作用 CO 2 施肥和供氮 磷三者之间仅 对总根长的影响有显著交互作用 图 3 不同 CO 2 浓度及氮磷供应水平下黄瓜的总根长 总根表面积和根系平均直径 Fig 3 Total lengths total surface areas and root average diameters of cucumbers under different CO 2 concentrations N and P supply levels 1136 土 壤 第 52 卷 表 4 大气 CO 2 浓度及氮 磷供应水平对黄瓜根系生长影响的方差分析 Table 4 ANOVA of effects of CO 2 N and P levels on root growths of cucumbers 生长指标 CO 2 供氮 供磷 CO 2 供氮 CO 2 供磷 供氮 供磷 CO 2 供氮 供磷 总根长 ns ns ns ns 总根表面积 ns ns ns ns 根平均直径 ns ns ns ns ns ns 3 讨论 在高浓度 CO 2 条件下生长的植物 植株体内元 素含量通常低于在正常浓度 CO 2 条件下生长的植物 这一现象的生理机制有多种解释 15 其中最有代表 性的假说是由于非结构性碳水化合物积累而引起的 稀释效应 16 稀释作用理论认为 CO 2 施肥促进植物 固碳 造成更多碳水化合物的积累 从而相对稀释植物 组织内的元素浓度 在对 CO 2 施肥影响植物养分代谢 机理还未深刻认知的情况下 稀释作用确实可以在很多 情况下很好解释矿质元素含量下降的原因 17 前人研究表明 不同氮肥用量处理下 CO 2 浓度 增高都能使作物地上部分 N 含量降低 其降低的幅 度随着氮肥用量的增加而减小 而根系 N 含量受到 氮肥水平和土壤水分状况的复杂影响 植株总 N 含 量也有明显下降 低氮处理时下降幅度更为显著 18 本试验中 在相同供氮 供磷水平下 随着 CO 2 浓度的增加 黄瓜植株各部位的 N 含量有下降的现 象 且 CO 2 浓度对不同部位产生不同的效果 而在 相同供氮 磷水平下 随着 CO 2 浓度的增加 黄瓜 各部位 P 含量也呈下降趋势 CO 2 浓度的升高往往降 低植物体部分营养元素含量 但也有不同的研究结 果 有研究报道在 CO 2 施肥
展开阅读全文
