馬慧敏，圖 拉，高世華

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學職業(yè)技術學院，內(nèi)蒙古包頭 014109)

水曲柳(FraxinusmandshuricaRupr.)是我國東北地區(qū)重要的珍貴樹種，具有較高的經(jīng)濟和生態(tài)價值[1]，但是大規(guī)模的采伐利用，使得水曲柳天然林的數(shù)量急劇下降，為恢復水曲柳木材的供應能力，進行了大規(guī)模的人工造林，但由于缺乏系統(tǒng)的培育技術體系，集約化程度不高，導致培育周期長、效率低，限制了水曲柳人工林的培育[2]。因此通過合理的技術措施培育健康的水曲柳幼苗對生產(chǎn)和生態(tài)有重要的研究意義。

水分是植物物質(zhì)組成和養(yǎng)分運輸?shù)闹匾镔|(zhì)，決定著植物的生長代謝[3]。氮素是植物生長必需的營養(yǎng)元素之一，氮素的營養(yǎng)狀況直接影響植物的生長[4]。水分和氮素對植物生長至關重要，雖然2個吸收代謝過程是相互獨立的，但是也存在相互聯(lián)系。一方面，植物通過吸收氮素，促進根系生長和空間結(jié)構(gòu)的形成，利于對水分的吸收[5]；另一方面，氮素通過水分進行質(zhì)流、截獲或擴散的方式在根系表面停留從而被根系吸收[6]。因此，合理的水氮配制，有利于養(yǎng)分的遷移和根系對養(yǎng)分的吸收[7]。研究表明，協(xié)調(diào)好水氮關系有利于改善葉片光合特性，促進植物生長[8]。于景麟等研究表明，缺水影響毛白楊對氮素的吸收和利用，而缺氮同樣降低水分的利用效率，水和氮在植物生長中相互制約又相互促進[9]。

劉小剛等研究表明，缺水條件下，使用氮肥能夠促進植株根系的吸收運輸能力，增加植株體滲透物質(zhì)的積累，提高植株對干旱的抵抗能力，改善植株水分狀況，從而提高光合速率[10]。也有研究認為，水氮可通過影響植株葉片氣孔開度、葉片色素等因素，提高作物光合能力，促進植株的生長[11]。閆承宏等研究表明，水分和氮素能夠提高柳枝稷葉片葉綠素含量和光合效率，顯著增加植株的物質(zhì)積累量，且水分對植株的效應大于水氮耦合[12]。然而目前關于水曲柳的研究，主要集中在水分或氮肥的單因素方面[13-15]，鮮有研究水曲柳生長水肥間的關系，缺乏針對性。而水分和養(yǎng)分單因素對苗木生理的影響與水肥互作不一致，因此，水分和養(yǎng)分協(xié)同作用于植株的生長生理特性和光合特性是一個值得探討的問題。本試驗旨在進一步了解水曲柳幼苗需水、需氮特性，分析其交互效應，探索水曲柳幼苗在水分虧缺和不同供氮量下的氮代謝和光合特性的變化特征，為明確水曲柳苗木對不同環(huán)境的適應性提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年4—8月在試驗基地的溫室內(nèi)進行。選用1年生水曲柳樹苗，挑選株高、基徑、根系大小一致(平均苗高為32 cm，平均地徑為1.0 cm)，具有飽滿頂芽，無機械損傷的苗木，栽植前用清水沖去根系表面的泥土，栽植到裝有蛭石的塑料桶中進行緩苗，桶的直徑為30.0 cm，高為26.5 cm。苗木定植后每3 d澆1次Hoagland營養(yǎng)液，每次 200 mL/桶，培養(yǎng)1個月后用于試驗。試驗用土壤取自疏林草地，按照壤土 ∶沙子為2 ∶1的比例配制，土壤pH值為6.8，有機質(zhì)6.75 g/kg，堿解氮 6.57 mg/kg，速效磷3.64 mg/kg，速效鉀 45.82 mg/kg。試驗所用氮、磷、鉀肥分別為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)和氯化鉀(含K2O 60%)。

1.2 試驗設計

試驗采用完全隨機設計，設置高氮24 g/桶(N1)、中氮12 g/桶 (N2)和低氮0.5 g/桶(N3)等3個施肥水平，充分灌溉(W1，土壤含水量為田間持水量的 70%～80%)、輕度虧水灌溉(W2，土壤含水量為田間持水量的 50%～60%)和重度虧水灌溉(W3，土壤含水量為田間持水量的30%～40%)等3個灌溉水平，共9個處理。每個處理同時施入P2O59 g/桶，K2O 9 g/桶，和各處理的氮肥一起摻混均勻，將配制好的土壤填入直徑為30.0 cm，高為 26.5 cm 的桶中，每桶填裝干土12 kg，隨后澆透水1次，放置3 d，將預處理后的苗木取出，移栽到桶中，每個處理重復 9 次。待所有苗木在桶中定植培養(yǎng)1個月后，進行灌水處理，土壤含水量采用EM-50(美國，Decagon公司)和稱質(zhì)量法互相結(jié)合的方式來進行控水，定期補充水分。處理40 d后取樣進行測定。

1.3 測定指標與方法

1.3.2 可溶性糖和可溶性蛋白含量的測定 可溶性蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍法[19]測定，可溶性糖含量采用蒽酮試劑法[19]測定。

1.3.3 葉綠素含量的測定 光合色素含量測定采用乙醇提取法，按照公式計算葉綠素a、葉綠素b的含量[20]。

1.3.4 光合參數(shù)的測定 在水曲柳幼苗處理后 40 d，使用Li-6400 便攜式光合測定系統(tǒng)(LI-COR，Inc，USA)，在晴天上午，測定凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Cr)、蒸騰速率(Tr)和胞間二氧化碳濃度(Ci)等光合參數(shù)。測量重復3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0 和Microsoft Excel 2010 軟件分析試驗所得數(shù)據(jù)和作圖，采用新復極差多重比較法(Duncan’s)進行差異顯著性檢驗(α=0.05)，并對數(shù)據(jù)進行雙因素方差分析(two-way ANOVA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥互作對水曲柳NR活性的影響

NR是氮代謝過程中的關鍵酶和限速酶，由圖1可知，水分和氮肥對水曲柳NR活性有顯著影響，在同一施氮量處理下，隨虧水程度的增加呈逐漸下降的變化趨勢，在N2W1處理時達到最大值，顯著高于其他處理。在高氮處理下，N1W1處理分別比N1W2和N1W3高7.44%和12.06%，差異顯著；在中氮和低氮處理下，處理間差異均顯著。在同一水分處理下，NR活性隨施氮量的減少呈先升高后降低的變化趨勢，在充分灌水處理下，N2W2>N2W3>N2W1，處理間差異均顯著，在輕度虧水和重度虧水處理下，變化趨勢和充分灌水相似，處理間差異均顯著。

2.2 水肥互作對水曲柳GS活性的影響

由圖2可知，水分和氮肥對水曲柳GS活性有顯著影響。在高氮和低氮處理下，隨虧水程度的增加，GS活性呈下降的趨勢，N1W1處理分別比N1W2和N1W3高9.46%和15.27%，差異顯著。在低氮處理下，N3W1和N3W2處理分別比N3W3高14.57%和8.73%，差異顯著。在中氮處理下，隨虧水程度的增加呈先升高后降低的趨勢，N2W2分別比N2W1和N2W3高11.02%和11.29%。在充分灌溉處理下，隨氮肥用量的減少，GS活性呈逐漸升高的趨勢，N2W1和N3W1比N1W1高15.76%和21.76%。在輕度虧水和重度虧水處理下，隨氮肥用量的減少，GS活性呈先升高后降低的變化趨勢。N2W2處理的GS活性最高，顯著高于其他處理。

2.3 水肥互作對水曲柳葉片可溶性糖含量的影響

由圖3可知，可溶性糖含量在同一氮肥處理下，隨虧水度的增加呈先升高后降低的趨勢，在高氮處理下，N1W2分別比N1W1和N1W3高30.41%和28.92%，差異顯著；在中氮處理下，N2W2分別比N2W1和N2W3高22.06%和25.07%；在低氮處理下，N3W2分別比N3W1和N3W3高13.01%和11.89%。在同一灌水量處理下，可溶性糖含量隨氮肥用量的減少呈逐漸下降的趨勢，在充足灌水處理下，N1W1分別比N2W1和N3W1高13.18%和22.20%，差異顯著。在輕度虧水處理下，表現(xiàn)為N1W2>N2W2>N3W2，處理間差異均顯著。在重度虧水處理下，N1W3分別比N2W3和N3W3高21.91%和41.02%。

2.4 水肥互作對水曲柳葉片可溶性蛋白含量的影響

由圖4可知，可溶性蛋白含量在高氮處理下，隨虧水程度的增加，呈逐漸增加的變化趨勢，N1W2和N1W3分別比N1W1高19.39%和25.86%，差異顯著。在中氮和低氮處理下，隨虧水程度的增加呈先升高后降低的變化趨勢，在中氮處理下，表現(xiàn)為N2W2>N2W3>N2W1，處理間差異均顯著，N2W2和N2W3分別比N2W1高28.61%和11.59%。N1W3處理可溶性蛋白含量最高。在同一灌水量處理下，隨氮肥施用量的減少，可溶性蛋白含量呈逐漸降低的趨勢。

2.5 水曲柳NR、GS、可溶性蛋白和可溶性糖方差分析

由表1可知，氮肥和水分對水曲柳葉片NR、GS、可溶性糖和可溶性蛋白產(chǎn)生極顯著影響，兩者的交互作用對NR活性影響不顯著，對可溶性糖影響達顯著水平，對GS和可溶性糖含量的影響達極顯著水平。

表1 水曲柳NR、GS、可溶性蛋白和可溶性糖方差分析

2.6 水肥互作對水曲柳光合色素的影響

葉綠素是植物進行光合作用的基礎。由表2可知，在同一氮肥處理下，葉綠素a含量隨虧水程度的增加呈逐漸降低的變化趨勢，在高氮處理下，N1W1和N1W2分別比N1W3高18.55%和7.41%，差異顯著；在中氮處理下，N2W1分別比N2W2和N2W3高7.59%和19.94%；在低氮處理下，N3W1分別比N3W2和N3W3高5.99%和19.18%。在同灌水量處理下，葉綠素a含量隨氮肥用量的增加呈逐漸降低的趨勢，在充足灌水處理下，N1W1分別比N2W1和N3W1高6.71%和18.14%。在輕度虧水處理下，N1W2和N2W2比N3W2高4.32%和13.26%。在重度虧水處理下，N1W3和N2W3比N3W3高3.70%和16.86%。葉綠素b含量、葉綠素a+b含量變化趨勢和葉綠素a相似。氮肥用量、水分及水氮互作對葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量的影響均達到極顯著水平。

2.7 水肥互作對水曲柳葉片光合參數(shù)的影響

光合作用決定植物質(zhì)積累，光合參數(shù)反映光合作用的強弱。由表3可知，水肥調(diào)控對水曲柳光合特性有顯著的影響，凈光合速率在同一氮肥處理下，隨虧水程度的增加呈逐漸下降的趨勢。在高氮處理下，N1W1和N1W2分別比N1W3高23.79%和17.15%，差異顯著；在中氮處理下，N2W1和N2W2分別比N2W3高26.18%和15.20%；在低氮處理下，N3W1和N3W2分別比N3W3高30.80%和10.41%。在同一水分處理下，凈光合速率隨氮肥用量的減少而降低。N1W1處理的凈光合速率最高。氣孔導度在同一氮肥處理下呈逐漸降低的趨勢，在同一水分處理下呈先升高后降低的變化趨勢，N2W1處理的氣孔導度最大，顯著高于其他各處理。氣孔導度在同一氮肥處理下呈逐漸降低的變化趨勢，在高氮處理下，N1W1顯著高于N1W3(高6.82%)。在中氮處理下，N2W1分別比N2W2和N2W3高4.75%和9.08%，差異顯著。在低氮處理下，N3W1分別比N3W2和N3W3高5.80%和12.91%，差異顯著。在同一水分處理下呈先升高后降低的變化趨勢。在充分灌水處理下，N2W1分別比N1W1和N3W1高18.13%和12.34%，差異顯著。在輕度虧水處理下，N2W2分別比N1W2和N3W2高出17.11%和14.24%。在重度虧水處理下，N2W3分別比N1W3和N3W3高15.53%和12.91%。N2W1處理的氣孔導度最大，顯著高于其他各處理。胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率的變化趨勢和凈光合速率相似。氮肥對凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率有顯著的影響，水分對氣孔導度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率有顯著的影響，水氮互作對蒸騰速率影響顯著，對其他光合參數(shù)影響不顯著。

表2 水肥互作下水曲柳光合色素含量

3 討論

氮肥和水分是影響氮代謝水平的重要因素，在植物的生命活動中有重要的作用[21]。有研究認為適量施用氮肥可提高植物NR和GS活性[22]。水分脅迫下植株生長受到抑制，根系氮代謝酶活性降低，正常的生理代謝受到影響[23]。于坤等研究表明，水分適宜時增加施氮可提高植株葉片氮含量并保持葉片 NR、GS的高活性[24]。本研究表明，NR活性隨虧水程度的增加呈逐漸下降的趨勢，隨施氮量的減少呈先升高后降低的變化趨勢。GS活性在高氮和低氮處理下，隨虧水程度的增加呈下降的趨勢，在中氮處理下，隨虧水程度的增加呈先升高后降低的變化趨勢；在充分灌溉處理下，隨氮肥用量的減少呈逐漸升高的趨勢，施氮量和水分對GS的互作效應達極顯著水平，說明植株GS變化受到施氮量和水分的共同影響。在輕度虧水和重度虧水處理下呈先升高后降低的變化趨勢，說明灌水量影響氮代謝酶活性，適量氮肥可促進氮代謝關鍵酶活性的增加，而氮肥用量過多則會產(chǎn)生抑制作用。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)其調(diào)節(jié)作用有利于植物在逆境環(huán)境中維持細胞滲透調(diào)節(jié)，緩解細胞質(zhì)的壓力，增強細胞保水能力，從而滿足正常生長所需水分和促進根部吸水[25]。本研究表明，可溶性糖和可溶性蛋白含量隨施氮量的減少呈逐漸降低的趨勢。輕度的虧水可提高水曲柳葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量，說明適度的水分虧缺可以促進滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成，提高自身的耐旱性。而重度虧水可溶性糖和可溶性蛋白含量下降。可能是由于水分過低植株代謝紊亂，水解作用增強，使蛋白質(zhì)含量下降。在重度缺水下高氮處理的葉片可溶性糖含量最高，則說明增施氮肥是水分過低時提高水曲柳葉片可溶性糖含量的有效措施。

光合作用決定作物物質(zhì)積累，水分和氮素都是光合作用的重要部分[26]，水分和氮素通過合理的分配和協(xié)調(diào)，能夠協(xié)調(diào)氣孔的運動、物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和光合產(chǎn)物的分配[27]，使其更好地適應生存環(huán)境[28]，在某種意義上，水氮協(xié)調(diào)可促進光合作用，加快碳、氮代謝運轉(zhuǎn)[24]。葉綠素是光合作用的基礎，是實現(xiàn)光合作用功能的關鍵[29-31]。本研究表明，水氮運籌對水曲柳光合特性具有調(diào)控作用，葉綠素含量和凈光合速率隨灌水量和氮肥用量的減少呈逐漸降低的變化趨勢，高氮充分灌溉處理的葉綠素含量最高，說明充足的氮肥和水分是保證葉綠素含量的重要保障。在輕度虧水下，高氮處理的葉綠素a和葉綠素a+b含量與充足灌水高氮處理時差異不顯著，說明，在輕度虧水下保持氮肥的供應能夠維持較高的葉綠素含量，但是當虧水程度繼續(xù)增加，則差異較為顯著。凈光合速率隨氮肥和虧水程度的增加呈降低的趨勢，高氮處理下氣孔導度低于中氮處理，說明氮素含量超出一定閾值影響光合作用，而凈光合速率在高氮水平下較高，可能是由于較高含量的葉綠素提高了光反應中心的活性，保持較高的光合水平。在輕度虧水處理下，高氮處理胞間二氧化碳濃度、氣孔導度和蒸騰速率均和充足灌水高氮處理沒有顯著差異。說明，在輕度虧水時，保證氮肥的供應，仍然能夠保證水曲柳葉片正常的光合水平，保證植株的正常生長，可能是由于充足的氮肥能夠促進根系生長，改善根系分布，提高對土壤水分的吸收能力，從而緩解了干旱造成的脅迫。

4 結(jié)論

水分和氮素都是影響水曲柳正常生長的關鍵因素，顯著影響水曲柳的氮代謝和光合特性，且水分和氮素間存在互作效應。水曲柳的氮代謝酶活性在輕度虧水高氮處理達到最大值，葉綠素含量和光合參數(shù)均在充足灌水高氮處理時達到最大值，說明氮代謝和光合作用對水分和氮素的適應性存在差異，在輕度虧水處理下，保證氮肥的供應，仍然能夠保證水曲柳葉片正常的光合水平，保證植株的正常生長。