施氮對鎘脅迫下雜交相思樹生長及鎘吸收分配的影響

譚長強，何琴飛，秦玉燕，申文輝*，劉 秀，曹艷云

（1 廣西林業科學研究院，廣西南寧 530002；2 廣西優良用材林資源培育重點實驗室，廣西南寧 530002；3 廣西壯族自治區亞熱帶作物研究所，廣西南寧 530002）

施氮對鎘脅迫下雜交相思樹生長及鎘吸收分配的影響

譚長強1,2，何琴飛1,2，秦玉燕3，申文輝1,2*，劉 秀1,2，曹艷云1,2

（1 廣西林業科學研究院，廣西南寧 530002；2 廣西優良用材林資源培育重點實驗室，廣西南寧 530002；3 廣西壯族自治區亞熱帶作物研究所，廣西南寧 530002）

【目的】研究不同水平氮的供應對木本固氮植物雜交相思樹適應鎘環境脅迫及其生物修復能力的影響，可為有目的地進行相思樹栽培提供施肥依據。【方法】以雜交相思樹 (Acacia mangium×Acacia auriculiformis) 為試材進行了盆栽試驗。Cd2+設3個水平(0、30、60 mg/kg)，在Cd2+30 mg/kg的基礎上設施尿素2個水平(0.4、0.8 g/kg) ，共5個處理。研究了雜交相思幼苗的干物質、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鎘(Cd)的積累和分配規律。【結果】Cd2+脅迫顯著抑制了雜交相思幼苗根、莖、葉和總干物質的積累，限制了N、P、K等元素的吸收和積累；雜交相思Cd轉移系數為0.044～0.224，根Cd含量明顯高于莖和葉，并且根部Cd累積能力要大于地上部；但Cd2+60 mg/kg脅迫下，雜交相思通過向地上部分轉移Cd以更好地適應強脅迫環境。Cd2+30 mg/kg脅迫下，高氮 (0.8 g/kg) 較低氮 (0.4 g/kg) 更顯著地促進了莖、葉和植株總的P、K積累，而低氮更有效地增加了根的N、P、K積累量；高氮較低氮更顯著地提高了莖、葉干重以及干物質在莖葉中的分配比例，低氮則提高了根干重以及干物質在根中的分配比例和根冠比；Cd2+脅迫下施氮顯著促進了雜交相思對Cd的吸收和積累，提高了Cd轉移系數；低氮更顯著地促進了根、葉和總Cd的積累，高氮更顯著地促進了莖Cd的積累及Cd在莖、葉中的分配比例。【結論】Cd2+脅迫下雜交相思通過改變干物質及N、P、K、Cd積累和分配規律以及提高N、P和K利用率的方式，保證根系生長，以更好地適應脅迫環境。低Cd2+脅迫下 (30 mg/kg)，施氮可緩解雜交相思由鎘脅迫所引起的對N、K吸收的抑制，促進雜交相思各器官干物質以及N、P、K、Cd的積累。低施氮量 (尿素 0.4 g/kg) 促進相思樹生長的效果更佳，高施氮量 (尿素 0.8 g/kg) 促進Cd向地上部的運轉，提高其對Cd生物修復能力。

鎘脅迫；氮肥；雜交相思；干物質；養分利用

鎘(Cd)對植物的危害嚴重，被視為最具危害性的重金屬污染元素之一[1]。一定量鎘脅迫即會影響植物正常生理以及對礦質營養的吸收、轉運與分配[2]，抑制植物生長和光合作用[3]，改變生物量分配格局[4]，但影響程度與鎘處理的時間和濃度以及作物種類、生育時期相關。近年來，國內外對如何解除或緩解重金屬脅迫越來越重視。氮肥是農業生產中最為常用的肥料，也是植物生長發育中重要的營養元素，施氮有利于植物對鎘脅迫環境的適應[5–6]。

木本植物，特別是一些生長迅速、生物量大的植物，已經顯示出用于土壤修復的價值[7–8]。菌根能夠促進植物對氮、磷、鉀以及其他營養物質和水分的吸收，從而增強植物抵抗環境壓力的能力[9–10]。因此，利用木本植物內生真菌與宿主植物的協同作用提高修復效率是一種極具潛力的修復方案。相思類樹種系含羞草科金合歡屬 (Acacia)，適應力強，耐貧瘠，是不可多得的具有根瘤固氮菌和兼具改良土壤的樹種。主要分布在熱帶、亞熱帶干旱、半干旱地區，我國引種種植主要在廣東、廣西、福建、云南、海南、浙江、臺灣等地。雜交相思 (Acacia mangium×Acacia auriculiformis) 為馬占相思與大葉相思的雜交種，樹干通直，適應能力強，是良好的短周期工業造紙、家居裝飾好材料，又是城市綠化、營造高效生態林優良樹種[11]。因此，研究其對鎘脅迫環境的適應性及施氮對該樹種的解毒機制，將為土壤環境鎘污染的治理提供更好的途徑和方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在廣西林業科學研究院苗圃進行，該地屬濕潤的亞熱帶季風氣候，全年降水天數在160 d左右，具有明顯的干濕季節，年平均降雨量1650 mm，主要集中在5～9 月份。供試土壤為紅壤，土壤pH值為4.73，有機質、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、全鎘含量分別為17.31 g/kg、0.542 g/kg、66.73 mg/kg、0.344 g/kg、1.26 mg/kg、7.08 g/kg、98.14 mg/kg、0.245 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗雜交相思苗木為6月齡生扦插營養袋苗，采用直徑為28 cm、高28 cm的塑料盆，每盆裝10 kg土，根據廣西土壤鎘污染情況[12]，設置5個處理，其中，3個Cd2+水平分別為0、30、60 mg/kg，記為CK、Cd1、Cd2；在Cd1基礎上設2個尿素施用水平分別為0.4 g/kg (N1) 和0.8 g/kg (N2)。每處理重復20次。土壤經風干、粉碎、過篩備用。Cd2+以CdCl2·2.5H2O (分析純) 水溶液的形式一次性加入土壤，并與其混合均勻在遮雨棚下均衡一周。于2016年2月20日取預先培養好的健壯植株 (生物量大致一致，苗高、地徑分別約為45.6 cm、3.25 mm)，每盆栽植一株，試驗期間保持土壤濕潤，并在盆下放置塑料托盤，澆水后，將盤內滲出水分倒回至盆中，以免鎘流失。按照常規方法進行松土、除草等。

1.3 測定方法

培養90天后，于5月20日每處理取3株，根、莖、葉分別烘干稱重，并分別粉碎裝自封袋，待測氮、磷、鉀。全氮采用凱氏定氮法，全磷采用釩鉬黃比色法，全鉀采用火焰光度法測定[13]。植物體內鎘含量的測定參照文獻[14]。

1.4 數據分析

根據試驗始末雜交相思各器官生物量計算不同濃度鎘、氮處理下植株生物量；根據試驗期間各器官生物量與氮、磷、鉀和Cd含量，計算各元素積累與分配特征，以及N/P、P/K和總的氮、磷、鉀利用效率。

N/P = 氮積累量/磷積累量；

P/K = 磷積累量/鉀積累量；

氮 (磷、鉀) 利用效率 = 植株生物量/氮 (磷、鉀)總累積量。

Cd轉移系數 (TF) 主要用來評價從植物根部轉移重金屬至地上部分的能力[7]。計算公式：

TF = 地上部分 (莖葉) 平均Cd含量/根部Cd含量。

生物富集系數 (BCF) 用于評價植物從土壤中積累重金屬的能力[7]。計算公式：

BCF = 根或地上部分 (莖葉) 平均Cd含量/土壤Cd含量。

數據運用Excel 2003及DPS 7.0軟件進行處理與分析，多重比較采用Duncan新復極差法，運用Origin軟件進行制圖。

2 結果與分析

2.1 施氮對鎘脅迫下雜交相思干物質積累與分配的影響

由表1可知，鎘脅迫顯著抑制雜交相思苗木根、莖、葉干物質積累。與CK相比，Cd1處理根、莖、葉及植株總的干重分別下降了56.6%、65.7%、62.0%和62.3%，Cd2處理分別下降了61.7%、68.4%、71.6%和69.2%。與CK相比，Cd1處理根和地上部分分配比例分別增加和下降了2.2個百分點，Cd2處理則為3.6個百分點；與CK相比，Cd1處理根冠比增加了3.1個百分點，Cd2處理則增加了5.2個百分點，說明鎘脅迫對雜交相思地上部干物質的影響較大。

從表1可以看出，在30 mg/kg鎘處理 (Cd1)下，施氮均顯著促進了雜交相思根、莖、葉干物質的積累，并且Cd1N1與Cd1N2處理之間也達到了顯著差異水平，其中根干物質積累量Cd1N1處理高于Cd1N2處理，與Cd1處理相比，Cd1N1處理增加了86.1%，Cd1N2處理只增加了33.0%；莖、葉及總干物質積累量則是Cd1N2處理高于Cd1N1處理，與Cd1處理相比，Cd1N2處理分別顯著增加了109.6%、74.2%和76.2%，Cd1N1處理分別只增加了50.8%、51.7%和57.3%。Cd1N1處理相對Cd1處理提高了根系干物質的比例和根冠比，降低了莖、葉干物重比例，此時根干重占比和根冠比分別增加3.1和4.6個百分點；Cd1N2處理相對Cd1處理降低了根的比例和根冠比，提高了地上部分的占比，此時根占比和根冠比分別比Cd1處理降低了4.1和5.7個百分點。說明施氮有利于鎘脅迫下雜交相思根、莖、葉及總干物質的積累，而低氮更有利于根干物質的積累。

2.2 施氮對鎘脅迫下雜交相思氮、磷、鉀積累與分配的影響

由表2可知，鎘脅迫顯著降低了雜交相思根、莖、葉和植株總的氮、磷、鉀積累量。土壤添加鎘濃度30 mg/kg時，與CK相比，根、莖、葉和植株總的氮積累量分別下降了58.6%、70.3%、67.0%和66.5%，根、莖、葉和植株總的磷積累量分別下降了60.6%、86.3%、62.3%和71.7%，根、莖、葉和植株總的鉀積累量分別下降了70.9%、82.3%、76.4%和77.9%。當土壤添加鎘濃度60 mg/kg時，與CK相比，根、莖、葉和植株總的氮積累量分別下降了64.4%、69.5%、156.8%和74.8%，根、莖、葉和植株總的磷積累量分別下降了69.6%、86.2%、72.2%和77.5%，根、莖、葉和植株總的鉀積累量分別下降了79.1%、88.9%、84.3%和85.4%。鎘脅迫增加了氮、磷、鉀在根中的分配比例，降低了氮、磷、鉀在地上部分的分配比例，當土壤鎘濃度達到30 mg/kg時，分別比CK顯著增加或降低2.9、5.1和2.6個百分點，當土壤鎘濃度達到60 mg/kg時，分別比CK顯著增加或降低4.9、4.5和3.5個百分點。

表1 不同鎘、氮處理雜交相思樹干物積累量及其在根莖葉中的分配Table 1 Dry matter accumulation and proportion of different parts of Acacia mangium × Acacia auriculiformis influenced by N apptication under Cd stress

表2 施氮對鎘脅迫下雜交相思 氮、磷、鉀含量、積累量及分配的影響Table 2 Influence of N application on the N, P and K contents, accumulation and distribution of Acacia mangium × Acacia auriculiformis under Cd stress

在鎘30 mg/kg處理 (Cd1) 下，施氮均顯著促進了雜交相思根、莖、葉及植株總的氮、磷、鉀的積累。Cd1N1處理比Cd1N2處理更有利于根中氮、磷、鉀的積累，與Cd1處理相比，Cd1N1處理分別提高95.9%、45.9%和87.3%，而Cd1N2處理分別僅提高54.3%、19.5%和38.5%。Cd1N2處理比Cd1N1處理更有利于莖、葉和總磷、鉀的積累。與Cd1處理相比，Cd1N2處理莖、葉和植株總的磷積累量以及莖、葉和植株總的鉀積累量分別增加78.8%、75.3%、66.1%和134.5%、98.9%、101.6%；Cd1N1處理分別增加了–2.5%、27.8%、25.1%和50.4%、61.8%、61.6%。Cd1N2處理與Cd1N1處理之間除葉的氮積累量無顯著差異外，其他各器官氮、磷、鉀積累量均達到了顯著差異水平。這表明低氮較高氮能更好地促進氮的吸收和積累，而高氮較低氮顯著促進了磷、鉀的吸收及由根向地上部的轉移。

2.3 施氮對鎘脅迫下雜交相思化學計量比及養分利用效率的影響

由圖1和表3 可知，鎘脅迫顯著影響了雜交相思根、莖、葉的N/P值、P/K值、氮利用率 (NUEN)、磷利用率 (NUEP) 和鉀利用率 (NUEK)。隨鎘脅迫濃度增加根和莖的N/P值、根和葉的P/K值以及NUEN、NUEP、NUEK均表現了不斷上升趨勢，葉的N/P值則表現了不斷下降趨勢。在30 mg/kg鎘處理下，施氮顯著提高了雜交相思根、莖、葉和植株總的N/P值，顯著降低了根、莖、葉及植株總的P/K值；Cd1N1處理更顯著地提高了雜交相思根、莖、葉和植株總的N/P值，降低了根、莖、葉及植株總的P/K，并且其莖、葉的N/P、P/K值與Cd1N2處理之間均達到了顯著差異水平。施氮還在一定層度上降低了NUEN、NUEK，提高了 NUEP。

圖1 施氮對鎘脅迫對雜交相思N/P和P/K的影響Fig. 1 Influence of N application on the N/P and P/K ratios of Acacia mangium × Acacia auriculiformis under Cd stress

表3 施氮對鎘脅迫下對雜交相思氮、磷、鉀利用率及Cd轉移系數和富集系數的影響Table 3 Influence of N application on the N, P and K use efficiencies, and Cd TF and BCF of Acacia mangium × Acacia auriculiformis under Cd stress

2.4 施氮對鎘脅迫下雜交相思Cd含量、積累與分配的影響

由表4可知，不同鎘脅迫水平下，雜交相思莖、葉Cd含量變化不大；Cd1處理根部Cd含量最高，與Cd2處理和CK的差異均達到了顯著水平。Cd2處理的根、莖和葉Cd含量分別比CK增加838.6%、120.4%和273.1%。雜交相思根和植株總的Cd積累量在Cd1處理時達到最高，分別比CK增加329.6%和149.8%，并且與CK達到顯著差異水平。葉Cd積累量Cd2處理與CK相當，無顯著差異。鎘脅迫顯著增加了Cd在雜交相思根中的分配比例，降低了Cd在莖葉中的分配比例。

30 mg/kg鎘處理下，施氮均顯著提高了雜交相思根、莖的Cd含量以及根、莖和植株總的Cd積累量。高氮比低氮更明顯地促進了根Cd含量及莖的Cd積累量。與Cd1處理相比，Cd1N2處理分別顯著增加了17.2%和236.5%，而Cd1N1處理也分別顯著增加13.7%和154.3%；低氮比高氮更明顯地增加了莖、葉Cd含量以及根、葉和植株總的Cd積累量，與Cd1處理相比，Cd1N1處理分別顯著增加了68.9%、15.9%、111.8%、75.4%和112.7%，而Cd1N2處理也分別顯著增加了60.8%、–16.6%、55.9%、45.0%和69.7%。其中葉的Cd含量以及根、葉和植株總的Cd積累量Cd1N2處理與Cd1N1處理之間達到了顯著差異水平。同時，施氮均降低了Cd在根中的分配比例，顯著增加了Cd在莖中的分配比例。而高氮比低氮更好地提高了Cd在莖中的分配比例，更好地降低了Cd在根中的分配比例。

表4 施氮對鎘脅迫下雜交相思Cd含量、積累量及分配的影響Table 4 Influence of N application on the Cd contents, accumulation and distribution of Acacia mangium × Acacia auriculiformis under Cd stress

2.5 施氮對鎘脅迫下雜交相思Cd轉移系數 (TF)和生物富集系數 (BCF) 的影響

由表3可知，鎘脅迫均顯著降低了雜交相思Cd轉移系數 (TF) 和根、莖葉生物富集系數 (BCF)，并且根BCF、莖葉BCF呈現不斷降低趨勢。30 mg/kg鎘脅迫處理下，施氮均提高了雜交相思TF和根、莖葉BCF，但TF除Cd1N1與Cd1之間達到顯著差異外，其他處理與Cd1之間并無顯著差異。

3 討論

3.1 鎘脅迫影響雜交相思樹的生長和氮磷鉀養分吸收

植物在受到鎘污染之后，首先反映在生長量的變化[15]，即根、莖、葉等正常生長發育都會受到影響。本研究表明，鎘脅迫顯著抑制了雜交相思根、莖、葉和總干物質的積累，并且隨著鎘脅迫濃度的增加，這種抑制作用不斷增強。這與前人研究結果，植物在一定程度的鎘脅迫下均表現出生長受阻的現象相一致[7,16]。

鎘的存在常常改變土壤的生態過程，影響土壤養分的有效性和植物對土壤養分的吸收利用，進而形成Cd與養分同時限制植物生長的惡性循環，而植物可通過改變資源分配與利用方式等以應對環境的變化[4,17]。本試驗結果表明，鎘脅迫促進了干物質向雜交相思根的積累，提高了其根冠比。說明在一定程度范圍內的鎘脅迫下，雜交相思可通過保證根系生長的方式，更好地適應鎘脅迫環境。這與吳福忠等[4]研究的關于桂花在鎘脅迫條件下增加地下部分生物量比例以及根莖比，可以更好地獲取有限的土壤資源，以維持更好的生長相吻合。而與郭智等[18]關于超富集植物龍葵 (Solauum uigrum) 冠/根 (T/R) 比的結論相悖，該研究認為，鎘脅迫使根系發育受到的抑制程度高于地上部，而使T/R比有所增高，而這樣更有利于植物進行光合作用，促進植物干物質的積累。以上研究結果的不同，可能與植物種類對鎘脅迫環境的響應機制的不同有關。

植物的N/P和P/K是確定植物受限元素的重要指標，是環境和植物共同作用的結果，決定了植物的生長策略和適應特征[19]。植物葉片保持穩定的N/P是正常生長發育的基礎，當植物組織N/P小于14時，植物生長受氮限制；大于16時，受磷限制；而當在14～16之間時，受氮和磷的共同限制[20]。大量研究表明，植物在逆境脅迫下會通過提高利用效率的形式來適應脅迫環境[17,21]。本研究表明，雜交相思除了葉外，根和莖的N/P均低于14，而值得注意的是葉的N/P在鎘60 mg/kg處理也低于鎘30 mg/kg處理，而根和葉的P/K值不斷上升。同時，鎘脅迫顯著影響了雜交相思各器官的氮利用率(NUEN)、磷利用率 (NUEP) 和鉀利用率 (NUEK)。因此，可以推斷鎘脅迫下，雜交相思對氮、磷、鉀的吸收受到不同程度的限制，促使其通過提高NUEN、NUEP和NUEK的形式來適應鎘脅迫環境。

植物根系對Cd有顯著的截留作用，起到解毒害的作用，這已為眾多的研究所證實[22–23]。本研究也證實了雜交相思根Cd含量明顯高于莖和葉。高鎘 (60 mg/kg) 脅迫下雜交相思根Cd含量以及積累量均明顯比低鎘 (30 mg/kg) 脅迫下要低，并且高鎘脅迫促使Cd在莖葉中的分配比例增加，而降低在根中的分配比例。說明高鎘脅迫下，雜交相思通過向地上部分轉移Cd來適應強脅迫環境。這印證了前人研究結果，植物對重金屬的另一種耐受機制是將重金屬運輸到地上部[24]。而重金屬轉移系數 (TF) 是地上部重金屬含量與根部重金屬含量之比，可用來表征植株向地上部運轉重金屬的能力，其值越大，表示重金屬在植物中的遷移能力越強[14]。本研究得出雜交相思TF在0.044～0.224之間，鎘脅迫明顯降低了TF值。這比顧翠花等[7]研究的4個樹種山礬、山茶、繡線菊、桑樹的TF (0.35～0.75之間) 均要低，說明Cd在雜交相思體內的遷移能力較低。而木本植物對重金屬吸收富集能力的種間差異可能與樹種本身的解剖構造相關。據測定，同是速生樹種，散孔材樹木的富集量比環孔材的樹木要大得多。其次，也與樹木生長速度、生理上代謝強度的大小有關[25]。植物對重金屬的積累是植物體內吸收與分配的結果，通常用富集系數 (BCF) 來說明植物對Cd的吸收、累積能力[14]。本研究得出，雜交相思根及地上部分BCF隨著鎘脅迫濃度的增加而下降，但根BCF均高于地上部分，這也說明了雜交相思根部Cd累積能力大于地上部。

3.2 鎘脅迫下施氮對雜交相思的影響

脅迫條件下，人為補充氮素不僅可促進植物的生長，同時將會改變植物對礦質元素的吸收和利用[8]。張帆等[26]指出在高濃度鎘脅迫下，葉綠素生物合成受阻，受阻位點可能位于UrogenIII到CoprogenIII之間，而施氮可緩解Cd對楊樹葉綠素合成的抑制。同時，氮有助于葉綠素含量的平衡，促進鎘脅迫下類囊體膜蛋白復合體的組裝和穩定，增強水的光解和電子傳遞的速率[27–28]。曹瑩等[6]研究也得出了類似的結論：鎘脅迫下，小麥施用銨態氮可提高葉片氣孔導度 (Gs)、胞間二氧化碳含量 (Ci) 、蒸騰速率(Tr)、凈光合速率 (Pn)、葉綠素含量、Hill反應活力和葉綠體Ca2+/Mg2+-ATPase活性。楊容孑等[29]研究表明，鎘脅迫下不同形態氮均能在一定程度上提高硝酸還原酶 (NR) 和谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性。這些研究均表明，鎘脅迫下施氮可促進植物的碳同化能力和新陳代謝速率，緩解鎘脅迫對其生長的抑制，從而提高植物對物質積累的能力。本研究表明，30 mg/kg鎘脅迫下，施氮均在一定程度上促進了雜交相思各器官干物質的積累以及氮、磷、鉀的積累。低氮 (0.4 g/kg) 更能促進根氮、磷、鉀以及干物質的積累，提高干物質在根中的分配比例和根冠比。高氮(0.8 g/kg) 則更有利于莖、葉及植株總的磷、鉀、干物質的積累；高氮顯著降低了氮、磷、鉀在根中的分配比例，而增加了在莖中的分配比例。施氮還顯著提高了雜交相思根、莖、葉和植株總的N/P值(16.16～35.12之間)，而顯著降低了P/K值、NUEN和NUEK，一定程度上提高了NUEP。說明施氮可緩解雜交相思由鎘脅迫所引起的對氮、鉀吸收的限制，而轉為受磷的限制。這與Koerselman等[20]研究的結果相一致，即植物組織N/P大于16時，植物生長主要受磷限制。

植物對土壤Cd的吸收受土壤Cd含量及有效量、土壤pH、有機質及其他二價陽離子等多種因素的影響[30]。不同氮肥可改變土壤pH，從而影響土壤Cd的有效性，進而影響植物對Cd的吸收[31]。Grant等[32]、李艷梅等[33]研究表明，施氮在促進生長的同時，在一定程度上也促進了植株對Cd的吸收和累積。翟晶等[8]研究表明，施氮促進了楊樹 (Poplar) 葉片中Cd含量，加強了對Cd的富集作用。而李繼光等[34]研究表明低氮促進了東南景天 (Sedum alfredii) 地上部分對Cd的積累，而高氮則表現為根部高于地上部分。易蔓等[35]研究表明，施氮不僅可改變煙草中Cd含量和積累量，同時也改變了TF。本研究結果表明，30 mg/kg鎘脅迫下，施氮均促進了雜交相思各器官干物質以及根和莖Cd含量的提高，同時也促進了各器官對Cd的積累；而低氮更能促進根、葉和植株總的Cd積累量，高氮更能促進莖部Cd的積累量。施氮均降低了Cd在雜交相思根中的分配比例，提高了在莖中的分配比例。低氮顯著改變了雜交相思的TF，但對根以及莖葉BCF并無顯著影響。研究結果與前人存在一定相似也存在不同，不同的原因可能是因為植株體內Cd含量除了與外源Cd濃度有關外，還與植物因素如種類、品種、植物部位[7,36]有關，而培養介質、施肥種類[37–38]、施肥水平和土壤溶液中不同離子之間的相互作用也影響著植物對土壤中Cd的吸收和累積。

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Effect of nitrogen application on seedling growth and cadminm uptake and distribution in Acacia mangium × Acacia auriculiformis under cadmium stress

TAN Zhang-qiang1,2, HE Qin-fei1,2, QIN Yu-yan3, SHEN Wen-hui1,2*, LIU Xiu1,2, CAO Yan-yun1,2
(1 Guangxi Academy of Forestry, Nanning 530002, China; 2 Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, China; 3 Guangxi Subtropical Crops Research Institute, Nanning 530002, China)

【Objectives】The adaptation and bioremediation capability ofAcacia mangium×Acacia auriculiformiswere studied under different nitrogen and cadmium stress levels for providing support for scientific fertilization of the target cultivation ofAcacia mangium×Acacia auriculiformis.【Methods】A pot experiment was carried out with two cadmium stress levels of Cd2+30 and 60 mg/kg and two urea levels of 0.4 and 0.8 g/kg soil. The accumulation and distribution of dry matter, N, P, K and Cd in shoots and roots of the trees were analyzed.【Results】The cadmium stress significantly inhibited dry matter accumulation in roots, stems and leaves ofAcacia mangium×Acacia auriculiformis, and also reduced the N, P and K absorption and accumulation.The Cd transfer coefficients of the plant were from 0.044 to 0.224 when treated with different Cd concentrations.The concentrations of Cd in roots were significantly higher than those in stems and leaves, and the accumulation ability of Cd in roots was higher than that in shoots. In order to adapt to the environment better, theAcacia mangium×Acacia auriculiformistransferred more Cd from roots to shoots under the high Cd stress. Under the Cd2+stress of 30 mg/kg, the high N increased P and K contents and accumulations in shoots, while the low N increased P and K contents in roots. The high N was more efficient in accumulation and distribution of dry matter in shoots, while the low N showed the same performance in roots. The nitrogen fertilization promoted the absorption and accumulation of Cd in the plants and improved the Cd transfer coefficients when treated with different Cd concentrations. The low nitrogen significantly promoted the Cd accumulation in roots, leaves and plants, and the high nitrogen significantly promoted the Cd accumulation in stems and the allocation proportion of Cd in stems and leaves.【Conclusions】Nitrogen fertilization could alleviate the limitation of N and K absorption ofAcacia mangium×Acacia auriculiformisin 30 mg/kg Cd concentration and promote accumulation of dry matter, N, P, K and Cd. The low nitrogen is good for better growth of the plant, and the high nitrogen performs better in promoting the transferring of Cd to the aboveground ofAcacia mangium×Acaciaauriculiformis, which is required for the ability of the Cd bioremediation.

cadmium stress; nitrogen fertilizer;Acacia mangium×Acacia auriculiformis; dry matter; nutrient use

2017–01–09 接受日期：2017–05–02

廣西優良用材林資源培育重點實驗室自主課題（15-A-02-02）；廣西林科院基本科研業務費項目（林科 201601號）；廣西林業科技項目（桂林科研 [2015] 18號）資助。

譚長強（1987—），男，廣西桂林人，工程師，碩士，主要從事森林培育和森林生態研究。E-mail：315990730@qq.com

* 通信作者 E-mail：shenwenhui2003@163.com