土 壤 Soils 2020 52 6 1129 1138 基金項目 國家自然科學(xué)基金項目 41877103 和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項 B 類 XDB15030300 資助 通訊作者 tianxj zqduan 作者簡介 陳雨嬌 1994 女 江蘇蘇州人 碩士研究生 主要從事植物營養(yǎng)和土壤生態(tài)研究 E mail chenyujiao2012 DOI 10 13758 ki tr 2020 06 005 陳雨嬌 李汛 田興軍 等 CO 2 濃度與氮磷供應(yīng)水平對黃瓜根系生長及各組織礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響 土壤 2020 52 6 1129 1138 CO 2 濃度與氮磷供應(yīng)水平對黃瓜根系生長及各組織礦質(zhì)養(yǎng)分 含量的影響 陳雨嬌 1 李 汛 2 田興軍 1 段增強(qiáng) 2 1 南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 南京 210023 2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室 中國科學(xué)院南京土壤研究所 南京 210008 摘 要 在開頂 式生長箱內(nèi) 以黃瓜為試驗材料 采用營養(yǎng)液培養(yǎng)方法 研究了不同氮 磷水平條件下大氣 CO 2 濃度對黃瓜 植株礦質(zhì)養(yǎng)分含量以及根系生長的影響 結(jié)果表明 黃瓜植株各部位 N 素含量隨供氮水平提高而增加 磷水平提高也能促 進(jìn)各部位 N 含量的提高 植株各部位 P 含量隨供磷水平的提高而升高 在相同磷水平下 缺氮會使各部位 P 含量升高 大 氣 CO 2 濃度升 高會使黃瓜植株各部位氮及特定部位的 P 含量降低 黃瓜根部的 Ca 含量 隨 CO 2 濃度的 升高而顯著降低 氮和 磷水平的升高極顯著地增加其含量 且 CO 2 濃度與供磷水平 供氮與供磷水平以及這三者之間存在明顯的交互作用 供氮 供磷水平的升高極顯著地提高了黃瓜葉片 Ca 的含量以及莖部 Mg 的含 量 且兩者存在明顯的交互作用 黃瓜總根長和總根 表面積隨 CO 2 濃度的增加有增大的趨勢 在缺磷條件下 總根長和總根表面積隨氮水平的提高而增大 而同一氮水平和 CO 2 濃度下 磷水平的降低會增加總根長和總根表面積 總體看來 大氣 CO 2 濃度的升高能促進(jìn)黃瓜根系的生長 但會使得黃 瓜植株某些部位 N P Ca Mg 等礦質(zhì)元素含量降低 而供氮 供磷水平的提高可以通過增強(qiáng)黃瓜的生長與活力促進(jìn)黃瓜 根系對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收 從而緩解由于 CO 2 濃度升高帶來的礦質(zhì)元素含量降低的風(fēng)險 由此 在對設(shè)施蔬菜 CO 2 施肥的同 時 也要注重適量提高合理配比下礦質(zhì)元素的供應(yīng) 關(guān)鍵詞 大氣 CO 2 濃度 氮水平 磷水平 礦質(zhì)養(yǎng)分含量 根系生長 中圖分類號 Q945 1 Q945 3 S627 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 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 世紀(jì) 90 年代以來 我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)迅速發(fā) 展 1 截至 2016 年 我國設(shè)施蔬菜播種面積 548 萬 hm 2 設(shè)施蔬菜產(chǎn)量 2 8 億 t 凈產(chǎn)值為 12 540 億元 以 20 的蔬菜播種面積 提供了 30 的蔬菜產(chǎn)量和 60 以 上的產(chǎn)值 既滿足了人們對蔬菜周年均衡供應(yīng)的需 求 也獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益 2 我國目前已經(jīng)成為 世界第一大設(shè)施蔬菜生產(chǎn)國 3 但相較于歐美 日本 等國家 我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)管理技術(shù)仍處于落后狀 態(tài) 冬季設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中為了保溫 往往到接近中午 外界氣溫較高時才揭棚通風(fēng) 而通風(fēng)前相對封閉的環(huán) 境容易導(dǎo)致 CO 2 匱乏 設(shè)施內(nèi)大氣 CO 2 濃度往往會 降低到不足蔬菜進(jìn)行光合作用效率最高時所需的 10 而此時的光照和溫度都是最有利于光合作用 的 因此過低的大氣 CO 2 濃度極大地限制了作物的 光合作用效率 嚴(yán)重影響其生長發(fā)育 4 在相對密閉 的設(shè)施條件下進(jìn)行 CO 2 施肥可以一定程度提高蔬菜 的光合作用 增加蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì) 黃瓜是世界性的重要蔬菜 也是我國設(shè)施蔬菜的 主栽品種之一 其營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)價值都較高 5 一 般設(shè)施大棚中的大氣 CO 2 濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于黃瓜光合作 用的 CO 2 飽和點 成為黃瓜生長和產(chǎn)量形成的主要 限制因子之一 此外 對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收與利用 直 接影響黃瓜的生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的形成 6 在所有 必需礦質(zhì)元素中 氮是限制植物生長和形成產(chǎn)量的首 要因素 對改善作物品質(zhì)有明顯作用 磷是植物生長 發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素 它既是植物體內(nèi)許多重要 有機(jī)化合物的組分 同時又以多種方式參與植物體內(nèi) 各種代謝過程 并且對于作物高產(chǎn)及保持品種的優(yōu)良 特性具有明顯作用 7 因此 氮素與磷素是設(shè)施蔬菜 生長中最為重要的兩種礦質(zhì)元素 隨著設(shè)施生產(chǎn)中 CO 2 施肥的普及與相關(guān)研究的 深入 單純的 CO 2 施肥也暴露出一些問題 首先是 作物組織中的氮 磷等營養(yǎng)元素含量的降低 使得果 實營養(yǎng)價值降低 而纖維素含量的升高 使得口感變 差 8 其次是 CO 2 施肥增產(chǎn)的持久性問題 許多研究 表明 隨著 CO 2 施肥時間的延長 其對作物的增產(chǎn) 效果逐漸減弱 9 這些問題都與植物體內(nèi)碳素與氮 磷等礦質(zhì)營養(yǎng)元素的比例失衡有關(guān) 10 為了解決 CO 2 施肥條件下礦質(zhì)元素的缺乏和植株體內(nèi)碳與氮 磷等 礦質(zhì)元素的比例失調(diào)問題 最簡便有效的方法就是額 外施加礦質(zhì)肥料 然而礦質(zhì)肥料的施用如何與 CO 2 氣肥匹配 兩者如何影響作物生長 是否存在交互作 用等問題的研究相對較少 此外 許多研究指出 作 物生長在高濃度 CO 2 條件下 其根系結(jié)構(gòu)和形態(tài)會 發(fā)生很多的改變 11 眾所周知 植物根系形態(tài)的改變 對養(yǎng)分吸收會帶來明顯的影響 12 針 對這些問 題 本試驗以 黃瓜 為試驗材 料 研究 大氣 CO 2 濃度升高以及不同供氮 供磷條件下黃瓜根 系形態(tài)的變化 以闡明 CO 2 氣肥與氮 磷供應(yīng)水平對 黃瓜植株根 莖 葉各部位礦質(zhì)元素含量的影響機(jī)制 為 CO 2 施肥條件下礦質(zhì)元素供應(yīng)配比的調(diào)整提供依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗設(shè)計 供試作物為黃瓜 Cucumis sativus L 津綠 3 號 天津黃瓜研究所培育 種子購買于天津市綠豐園藝新技 術(shù)開發(fā)有限公司 CO 2 設(shè) 3 個濃度水平 為 400 mol mol 對照 大氣 CO 2 濃度 C1 625 mol mol C2 1 200 mol mol C3 水培營養(yǎng)液總氮濃度設(shè) 3 個水 平 為 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 總磷濃度設(shè) 2 個水平 為 0 1 mmol L 低 磷 P1 1 mmol L 中磷 P2 試驗共 18 個處理 每個處理 5 個重復(fù) 本試驗在中國科學(xué)院南京土壤研究所溫室內(nèi)的 3 個開頂式生長箱中進(jìn)行 13 生長箱內(nèi)大氣 CO 2 濃度 第 6 期 陳雨嬌等 CO 2 濃度與氮磷供應(yīng)水平對黃瓜根系生長及各組織礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響 1131 的控制使用自主設(shè)計的 CO 2 自動控制系統(tǒng) CO 2 濃度 由紅外檢測儀 Ultramat 6 Siemens Munichn Germany 控制 精度能夠控制在 50 mol mol 每 個生長箱內(nèi)設(shè)置 1 個 CO 2 濃度 每兩周將一個生長 箱內(nèi)的水培罐隨機(jī)更換到另一個生長箱中 并調(diào)整新 生長箱中 CO 2 濃度為原先植株的 CO 2 濃度處理值 以減小生長箱間的差異 同一個生長箱內(nèi)氮 磷處理 的水培罐隨機(jī)擺放 2017 年 3 月 27 日將黃瓜種子用 10 的次氯酸 鈉消毒 15 min 完全清洗后置于 25 恒溫培養(yǎng)室中 催芽 種子露白后播種于裝有育苗基質(zhì)的育苗穴盤 內(nèi) 黃瓜苗長到兩葉一心時 定植于容量為 1 L 的 PVC 栽培罐中 栽培罐中裝有在山崎黃瓜營養(yǎng)液基 礎(chǔ)上調(diào)整氮 磷濃度的營養(yǎng)液 并由鼓氣泵每日向栽 培罐內(nèi)間歇通氣 每日 6 00 18 00 每小時通氣 30 min 18 00 次日 6 00 每兩小時通氣 30 min 定植 后第二天開始進(jìn)行 CO 2 施肥 中午當(dāng)生長室中溫度 高于 30 時停止 CO 2 施肥并打開生長室側(cè)門通風(fēng) 待溫度回落之后關(guān)閉生長室繼續(xù) CO 2 施肥處理 每 日用配置的營養(yǎng)液補(bǔ)足各處理 每周更換一次營養(yǎng) 液 使用 0 1 mmol L 的 NaOH 或 0 05 mmol L 的 H 2 SO 4 調(diào)節(jié)營養(yǎng)液 pH 到 6 5 左右 本試驗在 2017 年 3 5 月進(jìn)行 每個栽培罐定植 一株幼苗 營養(yǎng)液物質(zhì)組成見表 1 微量元素使用 Arnon 營養(yǎng)液通用配方 14 用量 mg L 為 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 試驗期間 C1 生長箱內(nèi)溫度為 24 8 5 9 濕度為 59 2 22 2 C2 生長箱內(nèi)溫度為 25 1 5 6 濕度為 58 6 21 8 C3 生長箱 內(nèi)溫度為 25 0 5 9 濕度為 54 7 20 9 在 CO 2 施肥處理 54 d 后采收全部黃瓜植株 表 1 各處理營養(yǎng)液中鹽類化合物的含量 mmol L Table 1 Concentrations of salt compounds in nutrient solution under different treatments 處理 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 各處理營養(yǎng)液氮 磷元素物質(zhì)的量濃度 N1 3 5 mmol L N2 14 mmol L N3 21 mmol L P1 0 1 mmol L P2 1 0 mmol L 營養(yǎng)液使用實驗室分析純試劑和去離子水配制 1 2 測定方法 黃瓜植株根 莖和葉全氮和全磷含量在樣品用 H 2 SO 4 H 2 O 2 消化法消煮后 使用化學(xué)分析儀 Smartchem200 Alliance France 分別測定 根 莖和 葉中礦質(zhì)元素 K Ca Mg Fe Mn Cu 和 Zn 含量 在樣品用 HNO 3 HClO 4 法消煮后 使用 ICP AES 測 定 Iris Advantage Thermo Electron USA 黃瓜采摘后鮮根立即用 Epson perfection V700 根系掃描儀 Epson Nagano Japan 進(jìn)行掃描 之后 掃描的圖像用 WinRHIZO Pro software Version 2013 Regent Co Ltd Quebec Canada 進(jìn)行分析 得出總根長和總根表面積 根系平均直徑可用總表面 積 根系長度 得到 1 3 數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)用 Microsoft Excel 16 21 和 R 語言 3 5 0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析 獲得試驗 CO 2 氮 磷處理的主效應(yīng)和交互作用 2 結(jié)果分析 2 1 黃瓜植株各組織氮 磷元素含量對大氣 CO 2 濃度與氮磷供應(yīng)水平的響應(yīng) 2 1 1 氮元素含量的響應(yīng) 圖 1 表明 在相同大氣 CO 2 濃度以及相同供磷條件下 黃瓜植株葉片 莖部 和根系的 N 含量都隨著氮素供應(yīng)水平的提高呈增加 的趨勢 并且在 N3 水平下 植株各部分的 N 含量基 本都明顯高于 N1 N2 水平 而在相同供氮與供磷水 平下 CO 2 濃度升高會使得植株中 N 含量相對下降 特別是根部在 P2 處理下 N 含量隨 CO 2 濃度升高下 降趨勢表現(xiàn)的更為明顯 在 CO 2 濃度和供氮水平相 同條件下 相較于 P1 水平 P2 水平會顯著提高植株 各部位的 N 含量 對于 N 含量在黃瓜植株內(nèi)的分布 而言 葉片和莖部明顯高于根部 2 1 2 磷元素含量的響應(yīng) 從圖 2 可以看出 在 CO 2 濃度和供氮水平相同條件下 植株各部位的 P 含 1132 土 壤 第 52 卷 柱圖上方不同小寫字母表示處理間差異在 P 0 05 水平顯著 下同 圖 1 不同 CO 2 濃度及氮磷供應(yīng)水平下黃瓜植株各組織 N 元素含量 Fig 1 N concentrations in different cucumber organs under different CO 2 concentrations N and P supply levels 圖 2 不同 CO 2 濃度及氮磷供應(yīng)水平下黃瓜植株各組織 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 陳雨嬌等 CO 2 濃度與氮磷供應(yīng)水平對黃瓜根系生長及各組織礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響 1133 量在 P2 條件下顯著高于 P1 條件 在相同 CO 2 濃度 和供磷條件下 黃瓜植株葉片 莖部和根系的 P 含量 隨氮素供應(yīng)水平的增加有一定的降低趨勢 其中莖部 P 含量下降趨勢最明顯 總體上 N1 水平下植株各部 位 P 含量最高 在相同供氮 磷條件下 CO 2 濃度升 高會引起植株 P 含量有減少的趨勢 但大部分條件下 差異并不顯著 此外 對于 P 含量的分布而言 莖部 的 P 含量相對來說略高于葉片和根系的含量 2 2 大氣 CO 2 濃度與氮磷供應(yīng)水平對黃瓜植株各 組織其他礦質(zhì)元素含量的影響 從表 2 表 3 可以看出 對于黃瓜根系 CO 2 施 肥濃度對 N Ca 和 Cu 的含量有極顯著影響 CO 2 濃度升高極顯著降低了 N Ca 含量 顯著增加了 Cu 含量 Fe 含量顯著降低 對其余元素含量沒有顯著 表 2 黃瓜植株各組織中其他礦質(zhì)元素含量 Table 2 Other mineral nutrient concentrations in cucumber leaves 植株組織 處理 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 葉片 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 莖部 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 續(xù)表 2 植株組織 處理 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 表中數(shù)據(jù)為平均值 同列不同小寫字母表示同一部位處理間差異在 P0 05 和 分別表示顯著性水平為 P 0 05 P 0 01 和 P 0 001 和 分別表示隨 CO 2 濃度 供氮或磷水平升高而升高和降低 下同 影響 供氮水平對 N P K 和 Ca 含量都有極顯著 影響 顯著增加了 N K 及 Ca 含量 P 含量顯著 減少 供磷水平對 N P K Ca Mn 和 Zn 含量 有極顯著影響 顯著增加了 N P Ca 和 Mn 含量 第 6 期 陳雨嬌等 CO 2 濃度與氮磷供應(yīng)水平對黃瓜根系生長及各組織礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響 1135 K Zn 含量顯著降低 CO 2 施肥與磷水平對 N 含量 有極顯著的交互作用 對 Ca 和 Zn 含量有顯著的交 互作用 供氮和供磷水平對 P Ca Fe 含量有極顯 著的交互作用 對 Cu 含量有顯著的交互作用 CO 2 供氮 供磷三者之間的僅對 Ca 含量有極顯著的交 互作用 對于黃瓜莖部 CO 2 施肥僅對 P 含量有極顯著影 響 供氮水平對 N P Ca Mg 及 Mn 含量皆有極 顯著影響 極顯著增加 Ca 和 Mg 的含量 減少 Mn 的含量 供磷水平對 N P Ca Mg 和 Cu 含量有極 顯著的增加作用 使 K 含量顯著增加 Mn 含量顯著 降低 CO 2 施肥與供氮水平 CO 2 施肥與供磷水平對 所測的元素含量都沒有顯著的交互作用 供氮和磷水 平對 K 和 Mg 含量有極顯著的交互作用 對 Cu 含量 有顯著的交互作用 三者之間對所測元素皆沒有顯著 交互作用 對于黃瓜葉片 CO 2 施肥顯著減少了 N 含量 顯著增加了 Fe 含量 極顯著增加 Cu 和 Zn 含量 供 氮水平對 N P Ca Mg Mn Cu 和 Zn 含量有極 顯著影響 極顯著增加 Ca 的含量 降低了 Mg Mn Cu 和 Zn 的含量 供磷水平僅對 N P 含量有顯著影 響 CO 2 施肥與氮水平對所測的元素皆沒有顯著交互 作用 CO 2 和磷水平對 Ca 和 Mn 含量有極顯著的交 互作用 供氮和供磷水平對 Cu 含量有極顯著交互作 用 對 Ca 含量有顯著的交互作用 三者之間僅對 Zn 含量有顯著的交互作用 2 3 黃瓜根系生長對大氣 CO 2 濃度與氮磷供 應(yīng)水 平的響應(yīng) 由圖 3 可見 在 P1 條件和相同 CO 2 施肥條件下 總根長和總根表面積隨著供氮水平的提高而呈明顯 增加趨勢 而在 P2 條件下 無明顯的變化趨勢 在 氮水平和磷水平相同條件下 隨著 CO 2 濃度的增加 總根長與總根表面積有一定的增大趨勢 在相同 CO 2 施肥和供氮條件下 P1 條件下的總根長和總表面積 明顯大于 P2 條件下 尤其是在 N2 和 N3 條件下 從 圖 3 看出 CO 2 施肥與不同供氮 磷水平下對根平均 直徑大小的影響趨勢并不是很明顯 從表 4 可知 CO 2 施肥對 3 個根系形貌參數(shù)都沒 有顯著影響 供氮水平和供磷水平對總根長和總根表 面積都有極顯著影響 CO 2 分別與供氮水平和供磷水 平對 3 個根系形貌參數(shù)都沒有顯著的交互作用 供氮 水平和供磷水平對總根表面積和根平均直徑的影響 有較強(qiáng)的交互作用 CO 2 施肥和供氮 磷三者之間僅 對總根長的影響有顯著交互作用 圖 3 不同 CO 2 濃度及氮磷供應(yīng)水平下黃瓜的總根長 總根表面積和根系平均直徑 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 大氣 CO 2 濃度及氮 磷供應(yīng)水平對黃瓜根系生長影響的方差分析 Table 4 ANOVA of effects of CO 2 N and P levels on root growths of cucumbers 生長指標(biāo) CO 2 供氮 供磷 CO 2 供氮 CO 2 供磷 供氮 供磷 CO 2 供氮 供磷 總根長 ns ns ns ns 總根表面積 ns ns ns ns 根平均直徑 ns ns ns ns ns ns 3 討論 在高濃度 CO 2 條件下生長的植物 植株體內(nèi)元 素含量通常低于在正常濃度 CO 2 條件下生長的植物 這一現(xiàn)象的生理機(jī)制有多種解釋 15 其中最有代表 性的假說是由于非結(jié)構(gòu)性碳水化合物積累而引起的 稀釋效應(yīng) 16 稀釋作用理論認(rèn)為 CO 2 施肥促進(jìn)植物 固碳 造成更多碳水化合物的積累 從而相對稀釋植物 組織內(nèi)的元素濃度 在對 CO 2 施肥影響植物養(yǎng)分代謝 機(jī)理還未深刻認(rèn)知的情況下 稀釋作用確實可以在很多 情況下很好解釋礦質(zhì)元素含量下降的原因 17 前人研究表明 不同氮肥用量處理下 CO 2 濃度 增高都能使作物地上部分 N 含量降低 其降低的幅 度隨著氮肥用量的增加而減小 而根系 N 含量受到 氮肥水平和土壤水分狀況的復(fù)雜影響 植株總 N 含 量也有明顯下降 低氮處理時下降幅度更為顯著 18 本試驗中 在相同供氮 供磷水平下 隨著 CO 2 濃度的增加 黃瓜植株各部位的 N 含量有下降的現(xiàn) 象 且 CO 2 濃度對不同部位產(chǎn)生不同的效果 而在 相同供氮 磷水平下 隨著 CO 2 濃度的增加 黃瓜 各部位 P 含量也呈下降趨勢 CO 2 濃度的升高往往降 低植物體部分營養(yǎng)元素含量 但也有不同的研究結(jié) 果 有研究報道在 CO 2 施肥