氮素供给对甘草根系呼吸动态和生物量积累影响探究

1、氮素供给对甘草根系呼吸动态和生物量积累影响探究摘要探究不同氮素供给对甘草根系呼吸及生物量 积累的影响规律，揭示通过影响根系呼吸来调控甘草生物量 积累的途径。在6月至10月，每7d对控制环境条件下的 甘草播种苗施用氮(n)浓度为0, 0.5, 1, 2, 4, 8 mmol -l-1的全营养液，每月月底测定甘草不同级别根系呼吸速 率及生物量，分析甘草根系生物量与呼吸速率的相关性。研 究结果表明，氮素显著影响甘草根系呼吸速率和根系生物量 积累，通过相对抑制生长呼吸速率以提高生物量而使两者呈 负相关，并在8 mmol l-1氮浓度处理时有最佳的抑制甘草 根呼吸而提高根系生物量的效果。关键词甘草；系呼

2、吸；氮素；生物量；相关性甘草glycyrrhiza uralensis fish.的根及根茎是重要 的植物药，在世界范围内应用广泛，仅中国年消耗甘草量约 为5 000 t,过度的采挖导致甘草野生资源严重匮乏，致使 供需问题日趋严重1。多年来，为了有效提高人工栽培甘 草的产量，研究者在水分2、养分3、密度4等影响甘 草产量的因子方面做了积极探索研究，但其调控机制仍需进 一步阐明。根系呼吸是影响植物初级生产力的重要因素，根 系的净初级生产力占到植物总净初级生产力的50% 80%5。植物光合作用每天同化的碳有30%60%被呼吸作用 消耗掉，其中很大一部分(10%50%)是由根呼吸释放的， 而根呼吸所

3、消耗的碳主要为新根生长、维持生命活动以及吸 收养分提供能量6。根呼吸受土壤养分因素的影响较大， 所有营养元素中氮素(n)对根呼吸的影响最大7。目前关 于药用植物的根系呼吸及氮素对根系呼吸和生物量影响的 研究尚未见报道。甘草的根系既是药用部位，又是重要的营 养器官，对药材的产量和质量起着重要的决定作用。研究表 明，在甘草的生产实践中，肥水调控是较常用的人工管理方 式，而氮素对甘草的生物量有正效应8。故本文以甘草播 种苗为研究对象，研究甘草根系呼吸及生物量积累对氮素供 给的响应特点，揭示通过影响根系呼吸来调控甘草生物量积 累的途径，为提高人工栽培甘草的产量提供研究基础资料。1材料与方法1. 1试验

4、地概况试验地设于北京中医药大学中药学院药用植物栽培试 验区内，地理坐标为39° 55 n, 116° 28 e,海拔54.7m, 年平均气温11.8 °c, 1月份均温-4.3 °c, 7月份均温 25. 90 °c,年均地面温度13. 50 °c,年平均降雨量577 mm, 年平均蒸发量1 861 mm,年均相对湿度62%。1. 2试验材料及培育试验所用pvc管圆柱形，管口直径30 cm,管长80 cm。2011年4月份将pvc管填埋于试验园中，管口高出地面5 cm, 在管中填充砂壤土，土壤有机质0. 286%,碱解氮为35. 88

5、 mg kg-1,速效磷为 3. 0 mg kg-1,速效钾为 85. 18 mg kg-1, ph 7.87, cac03 2. 71%o试验用甘草种子来源于内蒙古伊克昭盟杭锦旗试验基 地，经北京中医药大学副教授孙志蓉鉴定为甘草g. uralensis fisch.种子。于2011年5月中旬播种,出苗后， 每根pvc管选留4株甘草苗，每周浇1次营养液，每管每次 1 l,浇灌营养液在上午8： 00-9： 00进行。营养液配方参 照hoagland营养液以及任军9营养液配方，试验中通过改 变营养液中nh4n03浓度设计5个浓度梯度，即营养液中总 n元素浓度分别为0.5, 1, 2, 4, 8 m

6、mol - l-1,对照组（ck 组）每周浇等量清水，进行正常管护。1. 3试验设计1.3.1根系呼吸的测定 根系呼吸采用离体根系法测 定。在6-10月的每月底，选择晴朗天气，9： 00-16： 00 取样测定。取样时，刨出pvc管，纵向劈开后，用喷壶淋浇 至土壤与根系分离，保持根系的完整性。后用蒸憎水清洗干 净，用湿纱布包裹并及时测定。将根系取出后，按主根为0 级根，支根为1级根进行分级，分级后，在根系切面涂抹凡 士林（防止产生创伤呼吸），然后放入li-7000叶室内，待 气体流动稳定后读数，测定根系释放的c02的浓度，并根据 c02通量按照测定样品的体积计算得到体积呼吸速率，不能 及时测定

7、呼吸的根系置湿纱布内短时间保存，各重复6次。 全部操作在装有空调的实验室进行，空调温度设定为当日10 cm地表温度。1.3.2根系扫描 将测定完呼吸值的根系，采用epson expressin 10000xl扫描仪获取形态结构图像，并用专业的 根系形态学和结构分析应用系统winrhizo软件，对根系体 积等指标进行测定分析。扫描时尽可能平放根系，避免根系 相互重叠。1.3.3根系生物量测定 各级别的根系测定呼吸通量后 置于80 £烘箱，烘至恒重后进行称量。1.3.4数据分析采用spss 19.0数据统计分析软件进 行。2结果2. 1不同施n浓度甘草根系呼吸动态变化对6-10月采集的不

8、同施n浓度甘草播种苗的不同级别 根系样品进行测定，计算根系体积呼吸速率，得到的数据分 析见图1, 2o由图1, 2可以看出，甘草播种苗在不同n浓度处理下, 0级根及1级根体积呼吸速率随时间变化规律不一致。各浓 度甘草0级根除ck组呈峰型曲线，在7月份出现峰值外， 其他施n组甘草0级根的体积呼吸速率基本均随时间变化呈 下降趋势(p 在观测期内，甘草播种苗1级根呼吸速 率均高于0级根，本文研究结果与任军等在林木研究中的结 论一致9 o2.2不同施n浓度甘草根系生物量动态变化对6月至10月份采集的不同施n浓度甘草播种苗的不 同级别根系样品烘至恒重后称量，得到不同级别甘草生物量 数据见表2, 3o6-

9、10月，不同施n浓度甘草播种苗的不同级别根系生 物量测定结果见表2, 3o各浓度处理下的甘草0级根、1级 根生物量在不同月份具有明显的差异(p参考文献1 阎永红.不同来源甘草的质量特征及评价研究d. 北京：北京中医药大学，2006： 10.2 曹君迈，祁金涛，崔建宁，等.甘草对水分亏缺的适应机制研究j.安徽农业科学，2009, 269 (16)：202.3 张燕，王继永，刘勇，等.氮肥对乌拉尔甘草生长 及有效成分的影响j.北京林业大学学报，2005, 27 (3)： 57.4 孙志蓉，翟明普，王文全，等.密度对甘草苗生长 及甘草酸含量的影响j.中国中药杂志，2007, 32 (21)： 222

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12、部位及c/n比变化规 律研究j干旱地区农业研究，2005, 23 (1)： 129.11 ostertag r. effects of nitrogen and phosphorus availability on fineroot dynamics in hawaiian montane forestsj. ecology, 2001, 82： 485.12 burton a j, pregitzer k s, zogg g p, et al. latitudinal varia. tion in sugar maple fine root respirationj. can j for r

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16、fflux and root respiration at three sites in a mixed pine and spruce forest: seasonal and diurnal vairiationj can j forest res, 2001, 31 (5)： 786.20 陈光水，杨玉盛，王小国，等.格氏榜天然林与人工林根系呼吸季节动态及影响因素j.生态学报，2005, 25 (8)： 1941.21姜丽芬，石福臣，王化田，等.东北地区落叶松人工林的根系呼吸j.植物生理学通讯， 2004, 40 (1)： 27.22 nadelhoffer k j. the poten

17、tial effects ofnitrogen deposition on fine-root production in forest ecosystemsj. new phytol,2000, 147:131.23 eissenstat d m. building roots in a changingenvironment： implications for root longevityj new phytologist,2000, 147： 33.24 bouma t j, devisser r, janssen j h j a, et al. respiration energy r

18、equirements and rate of protein turnover in vivo determined by the use of an inhibitor of protein synthesis and probe to assess its effectjphysiol plant, 1994, 92： 585.25 ryan m g. foliar maintenance respiration of sub-alpine and boreal trees and shrubs in relation to nitrogen contentj plant cell en

19、viron, 1995,18(7)： 765.effect of nitrogen supply on biomass accumulating and root respirationdynamic changing of glycyrrhiza uralensisguo pei-junl, wu guo-fengl*, liu wen-lan2, fan yu-lingl , niu guang-lil , wu guang-mingl , sun zhi-rong2(1. fenhuangshan mine hopital of jincheng anthracite company,

20、jincheng 048007, china；2. beijing university of chinese medicine, beijing 100102, china)abstract this paper aimed to study the effect nitrogen supplying on biomass accumulation and root respiration dynamic change of glycyrrhiza uralensis and reveal the metabolic pathway of root respiration impact the biomass accumulating of g. uralensis. six groups of one-year-old g uralensis were fertilized with total nutrition containing various nitrogen concentration (0, 0.5, 1, 2, 4, 8 mmol lt) every week. at the end