范愛連,張禮宏,陳廷廷,陳宇輝,姜 琦,賈林巧,王 雪,陳光水,*

1 福建師范大學(xué)地理研究所, 福州 350007

2 福建師范大學(xué)濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福州 350007

近幾十年來,由于工農(nóng)業(yè)發(fā)展和化石燃料的大量燃燒導(dǎo)致N沉降在全球范圍增加[1],20世紀(jì)大氣N沉降增加約4倍[2],預(yù)計(jì)到21世紀(jì)末全球N沉降速率還將增加2.5倍[3],這些含N化合物通過干濕沉降進(jìn)入陸地生態(tài)系統(tǒng)并對(duì)其產(chǎn)生巨大影響[4]。在這一全球變化背景下,N沉降研究已成為國際上生態(tài)和環(huán)境研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一[5],模擬N沉降的N添加試驗(yàn)不斷開展[6]。

細(xì)根作為植物吸收養(yǎng)分和水分的重要器官,是根系中最活躍和最敏感的部分[7],在生態(tài)系統(tǒng)C 和養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用[8]。細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀作為細(xì)根最重要的功能性狀之一,對(duì)細(xì)根的代謝、分解、土壤微生物活性和土壤碳的輸入起著關(guān)鍵作用[7,9]。傳統(tǒng)細(xì)根研究通常將直徑小于某一定值(一般≤2 mm)的根系作為整體進(jìn)行研究。但以往實(shí)驗(yàn)表明,即使是細(xì)根,其化學(xué)元素含量,形態(tài)、功能、周轉(zhuǎn)等都存在高度異質(zhì)性[10- 11]。這是由于植物根系存在明顯的分支結(jié)構(gòu),不同序級(jí)的細(xì)根在根系統(tǒng)中有不同的功能[12]。因此,系統(tǒng)研究不同序級(jí)細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀,對(duì)認(rèn)識(shí)植物對(duì)養(yǎng)分資源的分配和利用,了解森林生態(tài)系統(tǒng)C和養(yǎng)分循環(huán)具有重要的意義。

目前,關(guān)于細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀對(duì)N添加的響應(yīng)雖有一定研究,但大多基于徑級(jí)定義的細(xì)根[13- 17],且其響應(yīng)方向和強(qiáng)度存在很大的不確定性。如史順增等[16]研究表明N添加降低了杉木(Cunninghamialanceolata)細(xì)根C濃度,但細(xì)根N濃度明顯增加；而Kochsiek 等[18]發(fā)現(xiàn),N添加后白云杉(Piceaglauca)細(xì)根C濃度升高。Li等[19]通過Meta分析發(fā)現(xiàn)N添加提高了細(xì)根N濃度,對(duì)細(xì)根C濃度無顯著影響。但亦有研究表明N添加并未顯著改變細(xì)根N濃度[15]。大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)N添加對(duì)細(xì)根P濃度影響不顯著[13,15,20],但郭潤泉等[17]發(fā)現(xiàn)N添加顯著降低了杉木(C.lanceolata)0—1 mm直徑的細(xì)根P濃度。相比較,目前基于序級(jí)的細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀對(duì)N添加響應(yīng)的研究較少。由于低級(jí)根根尖細(xì)胞分裂旺盛,代謝活躍,是吸收養(yǎng)分和水分的主要器官[21],因而低級(jí)細(xì)根對(duì)養(yǎng)分有效性的響應(yīng)可能比高級(jí)根更明顯。如于立忠等[22]研究發(fā)現(xiàn)施N肥顯著增加日本落葉松(Larixkaempferi)土壤表層 1級(jí)根N濃度,對(duì)其余序級(jí)細(xì)根 N濃度、各序級(jí)細(xì)根C、P濃度無顯著影響；苗宇等[23]研究表明施N肥對(duì)臺(tái)灣榿木(Alnusformosana)各級(jí)細(xì)根全C含量影響不顯著,但極顯著增加了土壤表層1級(jí)細(xì)根及亞表層1、2級(jí)細(xì)根全N含量,而對(duì)3—5級(jí)細(xì)根全N含量影響不顯著。Pregitzer等[24]對(duì)北美的9個(gè)樹種研究表明,施N肥使其中的3個(gè)樹種的1—3級(jí)細(xì)根的N濃度提高,而其余序級(jí)和其他樹種細(xì)根N濃度則沒有顯著變化。

80%以上的陸地植物與真菌有共生關(guān)系,其中內(nèi)生菌根(arbuscular mycorrhizas, AM)和外生菌根(ectomycorrhizas, ECM)是兩類最主要的菌根類型[25]。熱帶樹種的菌根類型以AM為主,而溫帶、寒帶樹種ECM較多[26]。盡管如此,不同類型的菌根樹種可以共存于同一氣候帶和生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)[27]。亞熱帶地區(qū)典型地帶性植被為常綠闊葉林,常綠闊葉林中不僅生長(zhǎng)著AM樹種,也生長(zhǎng)著ECM樹種。以往N添加試驗(yàn)大多選擇單一菌根樹種為研究對(duì)象,而不同菌根樹種細(xì)根功能性狀,特別是細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)有何差異目前仍不清楚。ECM 真菌與AM 真菌侵染根的方式明顯不同[28],且已有研究表明,ECM 樹種的根屬性變異比AM 樹種的小[29]。另外,AM真菌主要起到擴(kuò)大土壤體積占有和養(yǎng)分吸收面積的作用,在土壤無機(jī)N養(yǎng)分斑塊中AM真菌將迅速增殖,不但能夠增大對(duì)N的吸收,而且可能同時(shí)擴(kuò)大了對(duì)土壤P的吸收；而ECM 真菌因能產(chǎn)生水解酶、纖維素酶、蛋白酶等而可促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解[30],在有機(jī)養(yǎng)分斑塊中更占優(yōu)勢(shì)并促進(jìn)ECM真菌的增殖,但在無機(jī)N有效性高的養(yǎng)分斑塊中可能受到抑制[29]。因而AM和ECM 真菌對(duì)無機(jī)N斑塊的不同響應(yīng)可能影響細(xì)根對(duì)N、P的吸收,并導(dǎo)致細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀的差異。

為此,我們于2018年1月在福建省建甌萬木林自然保護(hù)區(qū)選擇ECM樹種羅浮栲(Castanopsisfaberi)和AM樹種木荷(Schimasuperba)為研究對(duì)象,采用根序法開展N添加試驗(yàn),研究不同根序以及不同菌根樹種細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)?；谥暗奈墨I(xiàn)分析,本文假設(shè)：(1)N添加對(duì)細(xì)根N濃度有顯著促進(jìn)作用,對(duì)細(xì)根C、P濃度影響不顯著；(2)不同序級(jí)細(xì)根的化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀可能表現(xiàn)出不同的塑性響應(yīng),總體上低級(jí)根的塑性響應(yīng)強(qiáng)于高級(jí)根；(3)AM樹種木荷細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)高于ECM樹種羅浮栲。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)樣地位于福建省建甌萬木林保護(hù)區(qū)(27°02′—27°03′ N,118°02′—118°09′ E)。處于武夷山南側(cè),戴云山西北部,地貌類型為東南低山丘陵,地帶性土壤為紅壤和黃壤,植被類型為中亞熱帶常綠闊葉林。氣候類型為中亞熱帶季風(fēng)氣候,年均溫18.8℃,年均降雨量1673 mm,多集中在4—6月,相對(duì)濕度80%,無霜期277 d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用根袋法進(jìn)行原位試驗(yàn),共設(shè)置2個(gè)處理,分別為對(duì)照(CT),N添加處理(N),每個(gè)處理5個(gè)重復(fù)。于2018年1月開始布設(shè)根袋。根袋的布設(shè)方法為：在羅浮栲(C.faberi)、木荷(S.superba)群落選取5棵長(zhǎng)勢(shì)相近的目標(biāo)樹種(羅浮栲平均胸徑為61.63 cm,木荷平均胸徑為46.68 cm)；于土壤表層找到目標(biāo)樹種的根(直徑約5 mm),剪除側(cè)根后把長(zhǎng)約20 cm的根段放入根袋中(根袋為30 cm×30 cm,60目的尼龍網(wǎng)袋,袋內(nèi)土壤約重3 kg),并在根袋上鋪一層60目尼龍網(wǎng)作為隔離層,并用枯枝落葉覆蓋。布設(shè)根袋2個(gè)月后(長(zhǎng)出新根),于2018年3月至2018年6月開始每月進(jìn)行一次施N處理,N肥采用硝酸銨,添加量為土壤背景值(土壤無機(jī)N)的4倍,即羅浮栲和木荷每次施肥量為107.16 mg、188.28 mg。在無雨天移開尼龍網(wǎng)隔離層,用噴霧瓶將N肥均勻噴灑在添加N肥的根袋上,對(duì)照根袋噴灑等量的自來水。

1.3 根樣獲取與指標(biāo)測(cè)定

于2018年7月開始收取根袋,將根袋取回實(shí)驗(yàn)室,從根袋中取出完整的根,根據(jù)Pregitzer 等[24]分級(jí)法對(duì)細(xì)根按根序進(jìn)行分級(jí)。將分序級(jí)的細(xì)根樣品放入65℃烘箱中烘干至恒重,用球磨儀將烘干后的細(xì)根磨碎,每個(gè)樣品取8—10 mg用錫杯包樣并記錄重量,之后樣品用元素分析儀(vario EL III Element Analyzer, Germany)測(cè)定1、2、3和4序級(jí)細(xì)根中C、N濃度；稱取100 mg左右磨碎后細(xì)根樣品用HClO4-H2SO4消煮脫硅定容到100 mL,靜置24 h,取上清液,用連續(xù)流動(dòng)分析儀(skalar san++, HOL)測(cè)定細(xì)根P濃度。

參考Valladares等[31]的方法,計(jì)算可塑性,即N可塑性響應(yīng)(%)=(N處理-對(duì)照)/對(duì)照×100。

1.4 土壤取樣與指標(biāo)測(cè)定

在布設(shè)根袋時(shí)分別采集根袋附近表層0—10 cm土壤,測(cè)定土壤背景指標(biāo),所選樣地羅浮栲和木荷表層土壤的理化性質(zhì)如表1 所示。在收取根袋后,將根袋里的根取出,去除雜根后,將土壤混合均勻取樣,測(cè)定其根袋土壤指標(biāo)。土壤理化性質(zhì)測(cè)定方法：pH采用電位法測(cè)定,水土比為2.5∶1；礦質(zhì)N、速效磷和土壤全磷分別采用KCl浸提,M3浸提,HClO4-H2SO4消煮后,用連續(xù)流動(dòng)分析儀(skalar san++, Skalar)測(cè)定。采用德國ELEMENTAR Varietal III元素分析儀測(cè)定土壤全C和全N。

表1 所選樣地表層土壤基本理化性質(zhì)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析檢驗(yàn)N添加對(duì)根袋土壤理化性質(zhì)的影響；采用混合線性模型檢驗(yàn)樹種、施N和序級(jí)對(duì)細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀的影響,并用混合線性模型檢驗(yàn)同一序級(jí)下施N和樹種對(duì)細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀的影響；采用Bonferroni檢驗(yàn)比較同一序級(jí)下不同樹種和處理組合間的差異；采用單因素方差分析檢驗(yàn)比較同一序級(jí)不同樹種細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀差異、同一樹種不同序級(jí)間細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀對(duì)N的可塑性響應(yīng)差異以及同一序級(jí)不同菌根樹種細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)差異。利用Excel 2003和SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,將P=0.05、P=0.01作為顯著性、極顯著性水平標(biāo)準(zhǔn),利用Origin 9.0軟件制作相關(guān)圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 N添加對(duì)不同菌根樹種土壤理化性質(zhì)的影響

由表2可知,N添加顯著降低了羅浮栲、木荷根袋土壤的pH(P<0.05),顯著增加了根袋土壤銨態(tài)N和硝態(tài)N的含量(P<0.05),但N添加對(duì)兩種菌根樹種土壤速效P含量均無顯著影響(P>0.05)。且施N前后,羅浮栲根袋土壤銨態(tài)N含量均高于木荷根袋。

表2 根袋土壤理化性質(zhì)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

2.2 N添加對(duì)不同菌根樹種細(xì)根化學(xué)性狀的影響

由表3可知,施N、根序?qū)?xì)根C濃度具有極顯著的影響(P<0.01),而樹種與根序的交互作用以及三者(樹種、施N和根序)的交互作用對(duì)細(xì)根C濃度具有顯著影響(P<0.05)。施N和樹種的交互作用對(duì)3序級(jí)細(xì)根C濃度有顯著影響(P<0.05)(圖1)；但進(jìn)一步進(jìn)行兩兩比較發(fā)現(xiàn),不同樹種與處理組合間的差異不顯著。而除3序級(jí)外,施N和樹種的交互作用對(duì)不同根序細(xì)根C濃度影響不顯著；但施N對(duì)細(xì)根2序級(jí)細(xì)根C濃度有極顯著影響(P<0.01),對(duì)1、4序級(jí)有顯著影響(P<0.05),1、2、4序級(jí)細(xì)根C濃度分別增加了14.8%、11.5%、10.8%；樹種對(duì)1序級(jí)細(xì)根C濃度有顯著影響(P<0.05),木荷比羅浮栲高17.1%。

由表3可知,施N和根序?qū)?xì)根N濃度具有極顯著的影響(P<0.01),施N使細(xì)根N濃度提高了15.1%(圖1)。根序、樹種和根序的交互作用對(duì)細(xì)根P濃度具有極顯著的影響(P<0.01),羅浮栲與木荷的細(xì)根P濃度在1序級(jí)存在顯著性差異(P<0.05),在其他序級(jí)差異性不顯著(P>0.05)(圖1)。根序以及樹種和根序的交互作用對(duì)細(xì)根C/N具有極顯著的影響(P<0.01),羅浮栲與木荷C/N在1序級(jí)存在極顯著性差異(P<0.01),在其他序級(jí)差異性不顯著(P>0.05)(圖1)。施N以及根序?qū)?xì)根N/P具有極顯著的影響(P<0.01),施N使細(xì)根N/P提高了16.7%(圖1)。

根序、樹種和根序的交互作用對(duì)細(xì)根C/P具有極顯著的影響(P<0.01),而三者(樹種、施N和根序)的交互作用對(duì)細(xì)根C/P亦具有顯著影響(P<0.05),而施N對(duì)細(xì)根C/P的影響亦達(dá)到邊緣顯著水平(P=0.055)(表3)。施N、樹種及其交互作用對(duì)1序級(jí)細(xì)根C/P有顯著影響(P<0.05)；與對(duì)照相比,羅浮栲施N處理1序級(jí)細(xì)根C/P顯著提高。施N、樹種及其交互作用對(duì)3序級(jí)細(xì)根C/P亦有顯著影響；但進(jìn)一步進(jìn)行兩兩比較發(fā)現(xiàn),不同樹種與處理組合間的差異不顯著(圖1)。

表3 樹種、施N和根序及其交互作用對(duì)細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀影響

圖1 不同菌根樹種細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

由圖1還可以看出,隨著根序級(jí)的增加,羅浮栲與木荷細(xì)根C濃度、C/N、C/P明顯增加,N濃度與P濃度明顯下降,而細(xì)根的N/P基本保持穩(wěn)定。

2.3 不同菌根樹種細(xì)根化學(xué)性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)

由混合線性模型結(jié)果可知(表3),對(duì)于細(xì)根C濃度和C/P,樹種、施N和根序三者的交互作用有顯著影響,因此對(duì)細(xì)根C濃度以及細(xì)根C/P分樹種和根序分別計(jì)算塑性響應(yīng)值。結(jié)果表明羅浮栲以及木荷的細(xì)根C濃度以及細(xì)根C/P比對(duì)N添加的可塑性響應(yīng)在各序級(jí)間差異性不顯著(P>0.05),且不同菌根樹種間,細(xì)根C濃度以及細(xì)根C/P比只有在3序級(jí)存在顯著性差異(P<0.05)。

從表3可知,對(duì)于細(xì)根N濃度和N/P,只有施N的主效應(yīng)顯著,而其余含施N的交互作用項(xiàng)均不顯著,故只對(duì)施N的主效應(yīng)計(jì)算塑性響應(yīng)值。結(jié)果表明,細(xì)根N濃度和N/P比對(duì)N添加的可塑性響應(yīng)值分別為14.21%和14.79%(表4)。

表4 羅浮栲和木荷細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀對(duì)N添加的可塑性響應(yīng)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

從表3可知,對(duì)于細(xì)根P濃度和C/N,含施N項(xiàng)影響均不顯著,故對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)不計(jì)算可塑性響應(yīng)值。

3 討論

3.1 細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀隨根序變化規(guī)律

細(xì)根化學(xué)特征隨根序的變化規(guī)律主要由植物的遺傳因素決定,能在不同樹種、不同氣候類型中表現(xiàn)相似的變化規(guī)律。例如,Pregitzer 等[24]研究北美9個(gè)樹種發(fā)現(xiàn),位于分支根系末端的低級(jí)根具有直徑細(xì)、N濃度高、C濃度低的特點(diǎn),而高級(jí)根則相反。同樣,許旸等[32]通過對(duì)海南島4個(gè)熱帶闊葉樹種前5級(jí)細(xì)根研究發(fā)現(xiàn)細(xì)根組織N濃度隨著根序的升高而降低,組織C濃度整體上隨著根序的升高而增加,而C/N隨著根序的升高而增加。本研究中,羅浮栲和木荷對(duì)照與施N處理的細(xì)根N、P濃度隨著序級(jí)的增加而明顯降低,C濃度、C/N和C/P隨著序級(jí)升高而增加(圖1),這與前人的研究結(jié)果一致[32- 33]。從根系解剖結(jié)構(gòu)上看,1序級(jí)作為根系統(tǒng)的最先端,主要由初生組織構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)中主要的細(xì)胞類型為皮層細(xì)胞,隨著根序的增加,皮層細(xì)胞的比例減少,木質(zhì)部增加。隨后,高級(jí)根皮層細(xì)胞消失,由次生組織構(gòu)成,整體代謝低,但抵御脅迫能力強(qiáng)[34],具備較高養(yǎng)分運(yùn)輸功能[11],在形態(tài)構(gòu)成上需要投入較高的C,因此高級(jí)根的C濃度相對(duì)較高。研究表明植物代謝旺盛的部位(如葉片、根尖等),其N、P濃度最高[35]。1序級(jí)作為整個(gè)根系中生理活動(dòng)最旺盛的部分,根尖細(xì)胞分裂迅速,組織內(nèi)酶和RNA投入高,對(duì)N、P需求較大,同時(shí)它位于整個(gè)根系的最先端,與土壤接觸面積最大,承擔(dān)著養(yǎng)分與水分的吸收作用,因此N、P濃度最高[36]。本研究中N/P隨根序變化相對(duì)穩(wěn)定,這與細(xì)根N、P濃度隨根序表現(xiàn)出一致的趨勢(shì)有關(guān)。

3.2 N添加對(duì)細(xì)根C、N、P濃度的影響

本研究結(jié)果顯示,施N對(duì)細(xì)根C、N濃度有極顯著的影響(P<0.01),對(duì)細(xì)根P濃度影響不顯著(P>0.05,表3),部分支持假設(shè)一。本研究結(jié)果中施N后細(xì)根C濃度明顯增加(圖1),該結(jié)果與郭潤泉等[17]研究發(fā)現(xiàn)高N添加后期顯著提高了細(xì)根C濃度,陳冠陶等[33]研究中高N添加對(duì)扁刺栲(C.platyacantha)2、4和5序級(jí)細(xì)根C濃度有明顯促進(jìn)的結(jié)果相似。其原因可能與施N導(dǎo)致土壤pH顯著降低有關(guān)(表2)。研究表明N添加引起的土壤酸化,會(huì)導(dǎo)致根外皮層細(xì)胞中大量的酚類物質(zhì)沉淀,加速外層細(xì)胞的木質(zhì)化或栓質(zhì)化[37],導(dǎo)致細(xì)根C濃度升高。但也有研究發(fā)現(xiàn)不同的結(jié)果,如于立忠等[22]研究發(fā)現(xiàn)施N肥對(duì)日本落葉松(L.kaempferi)各級(jí)根序全碳濃度沒有顯著影響,苗宇等[23]通過對(duì)臺(tái)灣榿木(A.formosana)細(xì)根的研究發(fā)現(xiàn),施N后細(xì)根各序級(jí)根C濃度都一定程度降低,但影響不顯著,而史順增等[16]研究表明施N導(dǎo)致杉木(C.lanceolata)細(xì)根C濃度顯著降低。這種差異一方面可能與不同樹種的生長(zhǎng)特性以及不同樹種細(xì)根的C分配策略有關(guān),另一方面可能與不同養(yǎng)分添加試驗(yàn)中土壤pH值和養(yǎng)分有效性的響應(yīng)差異有關(guān)。

本研究中,施N顯著提高了細(xì)根N濃度(P<0.01,表3,圖1),該結(jié)果與已有研究結(jié)果相似[10,33]。土壤養(yǎng)分的有效性決定著細(xì)根養(yǎng)分的分配格局,N添加能迅速提高土壤 N 可利用性,從而使細(xì)根N吸收增加,并使N在細(xì)根組織中的濃度提高并暫時(shí)儲(chǔ)存[38]。研究表明細(xì)根 N 濃度與其呼吸速率和壽命有密切關(guān)系,細(xì)根N 濃度的提高可能預(yù)示著更快的周轉(zhuǎn)速率和更強(qiáng)的代謝過程[39],因此隨著細(xì)根N濃度增加其壽命可能縮短,細(xì)根周轉(zhuǎn)加快,以加速土壤碳N循環(huán)過程。

有研究表明,施N對(duì)各序級(jí)細(xì)根P 濃度的影響較小,但施磷肥能顯著提高1序級(jí)細(xì)根P濃度[22,40]。本研究發(fā)現(xiàn)施N對(duì)細(xì)根P濃度影響不顯著(表3),這與之前一些研究結(jié)果一致[22,40]。磷在土壤中易被固定,遷移性小,而亞熱帶土壤磷有效性極低,更易被固定[41],植物在無外源磷添加情況下,難以有效增加對(duì)磷的吸收,因而影響較小。

3.3 不同序級(jí)細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀對(duì)N添加的響應(yīng)差異

本研究中,細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀對(duì)N添加的響應(yīng)在各序級(jí)間差異不顯著(P>0.05,表3、表4),因而拒絕假設(shè)二。具體而言,施N使細(xì)根1、2、4序級(jí)細(xì)根C濃度分別增加了14.8%、11.5%、10.8%,但各序級(jí)間差異并不顯著(P>0.05)。其原因可能是施N后對(duì)不同序級(jí)細(xì)根的木質(zhì)化或栓質(zhì)化或酚類物質(zhì)的沉積的促進(jìn)作用程度相似,含C量較高的單寧酸、木質(zhì)素、纖維素在各級(jí)細(xì)根中都積累。施N對(duì)各序級(jí)細(xì)根N濃度均有極顯著影響(P<0.01),但各序級(jí)對(duì)N添加的響應(yīng)無顯著性差異(P>0.05)。該結(jié)果與Guo等[10]對(duì)長(zhǎng)葉松(Pinuspalustris)的研究結(jié)果相似,他們發(fā)現(xiàn)施N肥均提高了1—5級(jí)細(xì)根的N濃度,但不同序級(jí)N濃度的相對(duì)變化沒有顯著差異。本研究中所有序級(jí)細(xì)根N濃度對(duì)施N肥均表現(xiàn)較強(qiáng)的正塑性響應(yīng),這可能與兩個(gè)樹種對(duì)N素均具有強(qiáng)烈需求有關(guān)。在施N后細(xì)根對(duì)N迅速吸收,并在各序級(jí)得以累積,因而導(dǎo)致各序級(jí)細(xì)根N濃度對(duì)N添加的響應(yīng)差異不顯著。C、N 均大部分被作為構(gòu)建元素,具有較穩(wěn)定的 C、N化學(xué)計(jì)量學(xué)關(guān)系[36],本研究施N導(dǎo)致各序級(jí)細(xì)根C濃度(3序級(jí)除外)、N濃度都增加,從而維持一個(gè)較穩(wěn)定的C/N,這可能也是各序級(jí)C/N比對(duì)N添加的響應(yīng)差異不顯著的原因之一。對(duì)于細(xì)根N/P比和C/P比,由于細(xì)根C、N濃度對(duì)N添加的響應(yīng)在各序級(jí)間差異性不顯著(P>0.05),而施N對(duì)細(xì)根P濃度無顯著影響(P>0.05),因而各序級(jí)細(xì)根N/P比和C/P比對(duì)N添加的響應(yīng)差異不顯著。

此外,施N的持續(xù)時(shí)間可能也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。如郭潤泉等[17]發(fā)現(xiàn),高N添加對(duì)0—1 mm徑級(jí)細(xì)根C、N、P濃度的影響因不同取樣時(shí)間而異,高N添加第一年顯著降低了細(xì)根C濃度,增加了細(xì)根N濃度,但對(duì)細(xì)根P濃度無影響,而第二年顯著增加了細(xì)根C濃度,細(xì)根P濃度顯著降低。目前,不同施N持續(xù)時(shí)間對(duì)不同序級(jí)細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀的影響的研究較為少見,但Chen等[42]通過對(duì)苦竹(Pleioblastusamarus)為期7年的N添加研究發(fā)現(xiàn),施N處理和根序無交互作用,且(1+2)、3、4、5級(jí)根對(duì)N添加的響應(yīng)方向相同。本研究為短期N添加試驗(yàn),不同序級(jí)細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀對(duì)長(zhǎng)期N添加的響應(yīng)是否存在差異,有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.4 不同菌根樹種細(xì)根化學(xué)計(jì)量性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)差異

除3級(jí)根的C濃度和C/P對(duì)N添加的塑性響應(yīng)在兩樹種間存在差異外,本研究表明ECM樹種羅浮栲與AM樹種木荷細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)差異不顯著(P>0.05),因而拒絕假設(shè)三。Pregitzer等[24]對(duì)北美的9個(gè)樹種(其中6個(gè)ECM樹種,3個(gè)AM)的研究也表明,施N肥后僅在一個(gè)AM樹種和兩個(gè)ECM樹種的1—3序級(jí)細(xì)根的N濃度表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)作用；ECM和AM樹種之間細(xì)根N濃度的響應(yīng)并沒有表現(xiàn)出系統(tǒng)性的差異。這表明菌根類型可能不是施N后細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀響應(yīng)差異的關(guān)鍵因素。相反,立地的土壤N有效性和施肥前的細(xì)根養(yǎng)分濃度可能是影響細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀響應(yīng)差異的重要因素[10]。本研究施N肥前羅浮栲和木荷細(xì)根N濃度并沒有顯著差異(圖1),這可能是施N肥后細(xì)根N濃度的響應(yīng)在兩個(gè)樹種間沒有表現(xiàn)出差異的重要原因。另外,由于施N肥對(duì)兩個(gè)樹種的細(xì)根P濃度均無顯著影響(表3),故而兩樹種間在細(xì)根P濃度的響應(yīng)上沒有表現(xiàn)出顯著差異。本研究中對(duì)不同菌根類型樹種僅各選擇1種進(jìn)行研究,尚不能充分體現(xiàn)外生菌根樹種與內(nèi)生菌根樹種的差異,今后應(yīng)擴(kuò)大樹種的研究范圍。另外,施N后菌根菌的變化對(duì)于土壤養(yǎng)分的獲取具有重要的影響,今后的研究應(yīng)結(jié)合菌根侵染率和菌絲增殖的數(shù)據(jù)來進(jìn)一步分析細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀的變化。

4 結(jié)論

通過對(duì)亞熱帶常綠闊葉林兩種不同菌根類型樹種進(jìn)行N添加發(fā)現(xiàn)根序?qū)?xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀有顯著影響,隨著根序的增加,羅浮栲與木荷細(xì)根C濃度、C/N、C/P明顯增加,N濃度與P濃度明顯下降；N添加對(duì)細(xì)根C、N濃度有極顯著的促進(jìn)作用,但對(duì)細(xì)根P濃度影響不顯著,從而導(dǎo)致細(xì)根C/P和N/P增加；低序級(jí)與高序級(jí)細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)無顯著差異；外生菌根樹種羅浮栲和內(nèi)生菌根樹種木荷細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀對(duì)N添加的塑性響應(yīng)無顯著差異。由于細(xì)根化學(xué)計(jì)量特征可能只能部分反映養(yǎng)分獲取動(dòng)態(tài),今后應(yīng)將細(xì)根化學(xué)計(jì)量學(xué)性狀與細(xì)根形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)、細(xì)根生理等結(jié)合起來,全面闡明細(xì)根養(yǎng)分獲取機(jī)制。