同位素示踪在木本植物学中的应用

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1、第15章.同位素示踪在木本植物学中的应用中国农业大学齐孟文植物营养学研究1.氮素营养学研究在陆地生态系统中，氮素营养经常是植物生长的限制性因子（Cole，1981；VitousekandHowarth，1991），植物氮的经济使用在植物生产与生存过程中具有关健作用（Chapinetal.，1990），为了提高经济性林木的果品生产能力，同时防止硝态氮对地下水的污染，必需不断改进氮肥的有效使用与管理，提高氮肥利用的效率，这将是农业科学需要面对和解决的一项长期任务（DirceuMattosetal.，2003），1

2、5N示踪作为直接进行氮肥利用率测定的方法，已经成为氮肥使用与管理研究的重要手段。与一年生草本植物不同，多年生生草本和木本植物在氮素供应过量时可以将其储存起来，并在植株对土壤氮的吸收受到限制时重新调用并用于植物生长（Millard，1996；Bausenweinetal.，2001），N的储存主要发生在秋季，以皮及木质蛋白质和氨基酸（Wetzeletal.，1989；Sagisaka，1993；Stepienatetal.，1994）的型式储存于根和茎(Millard，1996)，调用主要发生于无性苗木生根发育

3、初期（Burdettetal.，1984；vandenDriessche，1985；Burdett,1990）以及越冬树木早春生长期，此时土壤温度低根系吸收慢（Chapinetal.，1986；Atkin，1996），除此之外，植物生长过程中氮素装卸及源--库关系调控，又是林木和果品生产实现优质高产的生理基础，目前认为15N（富集或贫化）示踪是定量N的储存与调用以及源--库关系的最准确的方法（MillardandNeilsen，1989；Dengetal.,1989）。在植被混杂的森林生态系统，氮素营养可通过

4、植物凋零物或根际作用在混杂树种间的相互转移，氮素营养的这种依存关系影向着生态系统的构成和演化，同位素示踪为氮素营养转移提供直接测定的方法（RoggyJ.C.etal.,2004）。森林系统中的全球氮素循环的重要部分，15N示踪研究是阐明氮循环与周转的基本方法，如用于研究大气氮在森林植被上的沉淀（Schulze，1989）以及林间凋零物N在土壤中周转等。1.1改进氮肥肥效的研究目的意义改进高氮肥使用效率(useefficiency),即植物对氮的回收率(recovery),不但可以提高果木生产的产出率，而且可以

5、防止农业施肥可能对地下水造成污染，对影响氮肥使用效率的因子，如肥料类型、施肥方式、施肥时间等其它因子与肥效关系开展研究，是提高肥料使用与管理水平需要解决的长期课题。15N示踪，因能将肥料氮素与土壤的氮素相互区分，提供了一种唯一的能够直接测定肥料利用的方法。实验设计指标变量体系：植物的N肥利用率，生物学性状，经济产量以及氮素平衡等；因子变量体系：单矿质肥料因子，包括：肥料种类，如15NH4-N，15NO3-N，（15NH2）2CO-N；肥料剂型，如颗粒肥料，复混肥料，复合肥料，液体肥料；施肥方式，如根部土壤施肥

6、，叶面施肥；施肥时期，如不同生育期施肥；矿质肥料与有机肥料、土壤水分、气象与环境等其它因素的交互作用因子。标记肥料15N丰度的选择，可按如下公式估算：式中，W～施肥量或植物生物产量，N～含氮量(%)，a～原子百分超，R～肥料利用率，f、p～肥料或植物。对于肥料实验，一般取15N丰度为5%-10%。计量公式在样品15N丰度分析测量基础上，以植物各器官作样本单位进行的计算。相关公式如下：植物某一器官（i）中的氮素来自肥料的百分比为式中，和分别植物器官（i）和标记肥的15N原子百分超，，其中，和分别是标记植物和非标

7、记参考植物相应器官的15N丰度。器官（i）吸收的肥料氮量为式中，是器官（i）的生物量和含氮量。对整株植物，和分别可以表示为对各器官的氮含量的加权平均，即植株对肥料氮的利用率（useefficiency）或肥料氮的回收率（recovery）为参考文献：1.Tosell,M.LeafuptakeandsubsequentpartitioningofureaNasaffectedbytheconcentrationandvolumeofspraysolutionandbytheshootleafpositionin

8、appletrees.Journalofhorticulturalscienceandbiotechnology,2004,79:1,97-1002.Aguirre,P.B.Appletreerootstockandfertilizerapplicationtimingaffectnitrogenuptake.Americansocietyforhorticulturalscience,2001,3