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互作植物间氮营养介导关系研究


互作植物间氮素营养介导关系的研究方法? 齐孟文? 中国农业大学? 1.目的意义 在混交或套作的森林或农林系统,不同植物间,尤其是固氮和非固氮植物之 间,常存在氮素营养的相互转移的现象,形成营养上依存的共生关系,这种相互 关系的研究,是生产管理与生态系统结构与功能研究的重要方面。植物氮可以通 过 凋 零 物 周 转 ( Paschke et al.,1989 ) 和 根 际 相 互

作 用 (Bormann and De Bell,1981)发生转移,菌根(Mycorrhiza)的存在能促进N的根际转移(Van Kessel et al.,1985;Arnebrant et al.,1993)。 N转移的研究,常用15N标记树的方法, 包 括 茎 注 射 (Swanston and Myrold,1998), 叶 面 施 肥 (Gonzalez Prieto et al.,1995)等进行。 2.计量关系 1)书写符号 角标: fix ,固氮; non - fix ,非固氮; soil ,土壤; r ,根; ? ,转移到; ? , 转移来; N ,全 N 产量; N fix(?non -fix),或百分比 Pfix(? non -fix),固氮植物转移给非 固氮植物的 N 量; N non -fix(?fix),或百分比 Pnon -fix(?fix)非固氮植物转移给固氮植物 的 N 量; E , E = E 处理 - E 对照 15N原子百分超。 2)计算公式 Roggy J.C. 2004, N 通过根际由固氮植物(A.subcordata)向非固氮植物(P. avium)的转移。一对固氮和非固氮的植株移栽到 125L 的盆中,通过叶面喷施

K 15 NO 3 ( 15 N 丰度为 15% , 0.01mgN ? ml -1 )标记固氮植株,每周 3 次。在 9 月
份,收获植株,样本分为叶、茎和根,测定 15 N 丰度。 依赖产量的表达式 N 由固氮植物转移给非固氮植物的比例,通过分析收获后的植物材料,按如 下公式计算(Ledgard et al.,1985)

Pfix ( ?non ?fix ) = N non ?fix ? E non ?fix /( N fix ? E fix + N non ?fix ? E non ?fix ) (1)
固氮植物转移给非固氮植物的 N

N fix ( ? non ?fix ) = N fix Pfix (? non ?fix ) /(1 ? Pfix (? non ?fix ) )
非固氮植物中转移 N 所占的比例

(2)

Pnon ?fix ( ?fix ) = N fix ( ? non ?fix ) / N non ?fix

(3)

方程(1)表示转移到非固氮植物的标记 N 在收获植物的全部标记 N 中所占的 比例,如果由叶片吸收的标记 N 完全保留在植物中,没有向土壤的转移及其它损 失,那么方程(1)给出的是标记转 N 移到非固氮植物的比例。 如果有明显的土壤转 移发生,方程(1)应改写为:

Pfix (? non ?fix ) = N non ?fix ? E non ?fix /( N fix ? E fix + N non ?fix ? E non ?fix + N soil ? E soil ) (4)

不依赖产量的表达式 因为 N non ?fix ? E non ?fix << N fix ? E fix ,方程(1)可以近似为:

Pfix ( ?non ?fix ) = N non ?fix ? E non ?fix / N fix ? E fix
方程(5)代入(2) ,并作近似,有

(5)

N fix (? non ?fix ) = N non ?fix ? E non ?fix / E fix
方程(6)代入(3) ,有

(6)

Pnon ?fix ( ?fix ) = E non ?fix / E fix

(7)

Giller et al.(1991)认为,收获时植物根中氮的可以代表被转移 N 的 15 N 丰 度,则方程(7)可按下式计算:

Pnon ?fix ( ?fix ) = E non ?fix / E fix ( r )

(8)

3.计算示例, 来自 3 个盆栽实验(Ledgard et al. 1985;Giller et al. 1991),计算结果见下表。

Ledgard et al. 1985: 按依赖产量的表达式,公式(1)-(3) :
N non -leg ? E non -leg Pleg(?non-leg) = (N leg ? E leg + N non -leg ? E non-leg)

=

34 × 0.0108 + 9 × 0.0075 = 0.0222 126 × 0.1408 + 27 × 0.0529 + 34 × 0.0108 + 9 × 0.0075

N leg(?non-leg) = N leg ? Pleg(?non-leg)
= 126 + 27) 0.0222 ( ×

Pnon-leg(?leg) = N leg(?non-leg)/ N non-leg

= 3.3966 /(34 + 8) = 0.079
按不依赖产量的表达式, 公式(7) :

Pnon-leg(?leg) = E non-leg / E leg =

0.0101 = 0.081 0.1251

参考文献 1.Chalk P.M. Estimating nitrogen transfer by foliar 15N-labelling in legume-non-legume associations. Bio Fertil. Soils,1997,24:3239-242 2.Mugendi D.N. Nitrogen recovery by alley –cropped maize and trees from 15N-labeled tree biomass in the sub-humid highlands of keneya. Bio Fertil. Soils,2000,31:97-101


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