百山祖冷杉枝葉營養元素含量與適生立地土壤養分關系分析

劉亞群，韓素芳，張飛英，夏龍娟，張東北，樊民亮，汪和木，邵順流*

（1. 浙江省林業科學研究院，浙江省森林資源生物與化學利用重點實驗室，浙江 杭州 310023；2. 浙江省慶元縣試驗林場，浙江 慶元 323800；3. 浙江省林業種苗管理總站，浙江 杭州 310020）

百山祖冷杉枝葉營養元素含量與適生立地土壤養分關系分析

劉亞群1，韓素芳1，張飛英1，夏龍娟1，張東北2，樊民亮3，汪和木2，邵順流1*

（1. 浙江省林業科學研究院，浙江省森林資源生物與化學利用重點實驗室，浙江 杭州 310023；2. 浙江省慶元縣試驗林場，浙江 慶元 323800；3. 浙江省林業種苗管理總站，浙江 杭州 310020）

研究了百山祖冷杉（Abies beshanzuensis）分布區適生立地表層土壤養分及其與百山祖冷杉枝葉營養元素含量的相關性。結果表明，土壤pH5.11 ~ 6.42，土壤有機質含量、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量分別為119.075 0 g/kg、2.196 2 g/kg、15.016 3 mg/kg、136.215 2 mg/kg；百山祖冷杉對土壤N、P、K富集能力均較高，而對微量元素富集能力較弱，且枝部和針葉均未檢出Na元素；較高的土壤N含量，可相應顯著提高百山祖冷杉葉N、K含量水平，較高的土壤P含量，則顯著抑制百山祖冷杉葉對K和枝對N的積累水平，較高的土壤Cu含量顯著降低了Cu元素在葉器官中的積累，而顯著增加了枝條中Cu和Zn的積累水平，較高的土壤Fe含量則顯著促進了針葉中Fe元素和枝中Fe、Mn元素的積累水平。

百山祖冷杉；土壤；營養元素；相關關系

植物營養元素的測定是植物生理生態學研究的重要內容之一。植物營養元素含量與植物的種類及其生境條件密切相關，土壤養分含量的水平也對植物的生長發育及其體內營養元素具有重要的影響，在不同立地土壤條件下，營養元素含量在不同器官中存在差異[1]。因此，研究植物營養與其土壤養分關系對于了解植物生長規律、植物對其環境的適應以及掌握植物的生長動態都具有重要意義。

百山祖冷杉（Abies beshanzuensis）是我國特有的古老孑遺植物，現僅存3株，長勢較弱，幾乎失去自然繁殖和更新能力[2]。本文以自然分布區內生長狀況良好的百山祖冷杉實生幼樹栽培區為研究對象，試圖通過解析百山祖冷杉分布區適生立地土壤營養特性及百山祖冷杉子代枝葉營養吸收和積累特征，為了解百山祖冷杉對環境的適應性以及異地栽培、低海拔移栽等提供適生土壤選擇的理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料采集與預處理

采樣地位于慶元縣試驗林場交溪門林區，海拔920 m，選擇4株分屬于不同基因型的實生幼樹百山祖冷杉植株個體，該4植株系1993年種子繁殖，平均高近4 m。于2009年8月采集4株植株中部針葉、枝條樣品各300 g，將采集的樣品置80 ~ 90℃鼓風干燥箱中烘15 ~ 30 min，然后降至65℃，烘至恒重，經粉碎機粉碎，過40目篩后備用。

同時，在該栽植地內隨機選擇了4個土壤采集樣點，采樣點土壤屬于山地黃壤，采樣深度20 cm。將采集的土壤樣品放于木盤上自然風干，過100目、18目篩后備用。

1.2 儀器

SOLQQR969型原子吸收分光光度計（美國熱電公司），VELP DK20S型消化爐（意大利），VELP UDK159型凱氏定氮儀（意大利），BS224S賽多利斯電子天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司），MARSX型微波消解儀（美國CEM公司），Delta320型酸度計（梅特勒）；SP-752PC型紫外可見分光光度計（上海光譜）。

1.3 試劑

濃流酸（GR），濃硝酸（GR），高氯酸（GR），高純水，Fe、Ca、Mg、K、Na、Cu、Zn、Mn標準溶液（國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院）。

1.4 測定方法

1.4.1 枝、葉營養元素測定 稱取0.500 0 g樣品于消化管中，加濃硫酸8 mL，置于消化爐上，250℃加熱20 min，再340℃加熱10 min，稍冷卻后，加5滴雙氧水，再340℃加熱10 min，至溶液變為透明，定容到100 mL容量瓶，供氮、磷、鉀的測定。全氮用凱氏定氮法測定，全磷用鉬銻抗比色法。全鉀用火焰光度法。

1.4.1 金屬元素測定 稱取0.200 0 g土樣于微波消解儀中消解。消解方法：加入5 mL濃硝酸，1 mL鹽酸，2 mL氫氟酸，與樣品混合均勻。程序升溫：800W功率下，5 min升至120℃，保持5 min，然后8 min內升至170℃，保持10 min，后在5 min內升至185℃，保持15 min。消解完畢，待消解罐降至近室溫，取出消解罐，置于趕酸裝置中，待趕酸完全，取下加10 mL水，搖勻，轉移溶液至50 mL容量瓶中，用水定容，得澄清、透明消解溶液備用。采用火焰原子吸收法對金屬離子進行測定。

1.4.2 土壤營養元素測定 稱取1.000 0 g土壤樣品于消化管中，加入濃硫酸10 mL，加催化劑2粒（硒和硫酸鉀混合液）置于消化爐上，420℃加熱1 h，用水定容到100 mL容量瓶供土壤全氮、全磷測定。全氮用凱氏定氮法測定，全磷用鉬銻抗比色法，水解性氮用堿解—擴散法，速效鉀用1 mol/L乙酸銨浸提—火焰光度法，有機質用重鉻酸鉀氧化—外加熱法，酸堿度用電位測定法。

1.5 數據處理

利用DPS數據處理系統[4]對所測定的原始數據進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 土壤營養成分含量

由表1測定結果表明，百山祖冷杉分布區內實生樹適宜生長林地土壤pH值在5.11 ~ 6.42，而其平均有機質含量、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量分別為119.075 0 g/kg、2.196 2 g/kg、15.016 3 mg/kg、136.215 2 mg/kg，已達到綠色與有機果品生產土壤肥力國家標準要求[5]（NY/T391-2000）的I類土壤肥力標準。

表1 土壤基本營養成分含量和pH值Table 1 Nutrient concentration and pH

而從表2對土壤中量和微量元素測定結果表明，其中Na、Fe、Mg含量較高，7個營養元素含量大小排序依次為Mg、Na、Fe、Zn、Ca、Mn和Cu。

表2 土壤中量和微量元素含量Table 2 Secondary and minor element in the soil mg/kg

2.2百山祖冷杉枝葉營養元素含量

由表3百山祖冷杉枝葉營養元素測定結果的平均值表明，葉部營養中的N、K、Ca、Mn元素含量較枝部高，而枝部營養中的P、Mg、Cu、Fe、Zn元素含量較葉部高，且在試驗設定的標樣0.00 ~ 0.40 mg/kg精度范圍內，枝部和葉部均未檢出鈉元素。不同營養元素平均含量大小在枝中的排序為N、K、P、Ca、Mg、Zn、Fe、Mn、Cu，在葉中的排序為N、K、P、Ca、Mg、Mn、Zn、Fe、Cu。在代表植物對土壤營養元素的吸收富集能力即某元素在植物體內的含量與土壤中該元素含量比值的富集系數[6]方面，百山祖冷杉對土壤中的大量元素N、P、K富集能力均較高，其富集系數分別達66.61、65.77和33.04，其次為中量元素Ca，其富集系數為7.36，其余元素富集系數均小于0.59。

表3 枝葉營養元素含量及其元素富集能力Table 3 Nutrient concentration in branch and leaf and bioconcentration factor mg/kg

2.3 百山祖冷杉枝葉營養元素含量與土壤養分相關性

2.3.1 針葉營養元素含量與土壤養分相關性

2.3.1.1 大量元素 表4對百山祖冷杉針葉N、P、K含量與土壤N、P、K含量的相關分析結果表明，土壤N含量分別與百山祖冷杉針葉N、K含量呈顯著正相關，而與針葉P含量呈負相關；土壤P含量水平與針葉P含量呈正相關，而與針葉N、K含量呈負相關，其中與針葉K含量負相關達顯著水平；此外，土壤K含量與針葉P含量水平呈負相關，而與針葉中的N、K含量呈正相關。

表4 葉大量元素含量與土壤養分相關系數Table 4 Correlation coefficient of macro element content in leaf and soil nutrients

2.3.1.2 中量元素 從檢測的土壤和針葉Ca、Mg中量元素相關分析結果表明（表5），土壤Ca、Mg含量與針葉相應元素含量水平均呈負相關，但未達顯著水平。

2.3.1.3 微量元素 因針葉中未檢出Na元素而在剔除該元素后對4種所測定微量元素的相關分析結果表明（表6），土壤Cu含量與針葉Mn含量呈正相關，所以與葉Cu、Fe、Zn含量呈負相關，且與葉Cu含量負相關達顯著水平；土壤Mn含量分別與針葉Cu、Zn含量呈正相關，而與針葉Mn、Fe含量呈負相關；此外，土壤Fe、Zn含量則與所檢測的4個微量元素均呈正相關，其中，土壤Fe含量與針葉Fe含量相關顯著。

2.3.2 枝營養元素含量與土壤養分相關性

2.3.2.1 大量元素 表7對百山祖冷杉枝和土壤N、P、K含量相關分析結果表明，土壤N含量分別與枝N含量呈負相關，而與枝P、K含量呈顯著正相關；土壤P含量與枝N、P、K含量均呈負相關，其中與枝N含量負相關達顯著水平；此外，土壤K含量與枝P、K含量水平呈負相關，而與枝N含量呈正相關。

2.3.3.2 中量元素 對土壤和枝Ca、Mg元素相關分析結果表明（表8），土壤Ca含量與枝Ca、Mg含量呈負相關；土壤Mg含量與枝Ca含量呈負相關，而與枝Mg含量呈正相關，但均未達顯著水平。

2.3.2.3 微量元素 剔除Na元素后對4種所測定微量元素的相關分析結果表明（表9），土壤Cu含量與枝Cu、Mn、Fe、Zn含量呈正相關，且與枝Cu含量相關達顯著水平，與枝Zn含量相關達極顯著水平；土壤Mn含量與枝Cu、Mn、Fe、Zn含量均呈正相關；土壤Fe含量則與所檢測的4個微量元素均呈正相關，且與枝Fe、Mn含量相關顯著；此外，土壤Zn含量與枝Zn、Fe、Zn含量呈正相關，而與枝Mn含量為負相關。

表5 針葉中量元素含量與土壤養分相關系數Table 5 Correlation coefficient of secondary element content in leaf and soil nutrients

表6 針葉微量元素含量與土壤養分相關系數Table 6 Correlation coefficient of micro element content in leaf and soil nutrients

表7 枝大量元素含量與土壤養分相關系數Table 7 Correlation coefficient of macro element content in branch and soil nutrients

表8 枝中量元素含量與土壤養分相關系數Table 8 Correlation coefficient of secondary element content in branch and soil nutrients

表9 枝微量元素含量與土壤養分相關系數Table 9 Correlation coefficient of minor element content in branch and soil nutrients

3 結論與討論

植物營養元素含量是植物在一定生境條件下吸收元素的能力體現，也是植物與環境之間相互作用的結果。植物生長過程中各器官所起的作用不同，對營養元素的需要量也不相同，各器官營養元素的含量也存在著差異[7~8]。本研究結果表明，在土壤方面，百山祖冷杉分布區內實生樹適宜生長林地土壤屬弱酸性，主要指標達到了綠色與有機果品生產土壤肥力國家標準要求（NY/T391-2000）的I類土壤肥力標準，同時Na、Fe、Mg含量較高。在百山祖冷杉對土壤營養富集能力方面，則表現為對大量元素N、P、K富集能力均較高，其次為中量元素Ca，而對微量元素富集能力較弱。同時，對百山祖冷杉枝葉營養元素測定結果表明，葉部營養成分含量總體高于枝部，其中葉部營養中的N、K、Ca、Mn元素含量較枝部高，且枝部和針葉均未檢出Na，其原因尚待進一步研究。

土壤—植物系統是森林生態系統的兩個重要組成部分，具有密切的相互關系，其中，土壤的物理、化學特性決定著地上植物群落的種類組成、種間關系、群落動態、營養物質的分配格局以及植物的養分利用策略等[9]。因此，土壤養分狀況對植物的生長具有重要的影響。了解土壤養分與植物營養元素含量的相互關系對于進一步掌握植物生長動態和生長限制因子具有重要意義。本研究結果表明，在大量元素方面，較高的土壤N含量，可相應顯著提高百山祖冷杉葉N、K含量水平，較高的土壤P含量，則顯著抑制百山祖冷杉葉對K和枝對N的積累水平。在中量元素方面，土壤Ca、Mg含量與百山祖冷杉枝葉相應元素含量水平相關未達顯著水平，但總體表現為元素積累的抑制效應。在微量元素方面，較高的土壤Cu含量顯著降低了Cu元素在葉器官中的積累，相反地，顯著增加了枝條中Cu和Zn的積累水平，而較高的土壤Fe含量則顯著促進了葉器官中Fe元素和枝器官中Fe、Mn元素的積累水平。此外，各營養元素之間雖存在一定的促進或抑制積累效應，但作用效果不顯著。

[1] 何斌，溫遠光，梁宏溫，等. 英羅港紅樹植物群落不同演替階段植物元素分布及其與土壤肥力的關系[J]. 植物生態學報，2002，26（5）：518-524.

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[5] 陳順偉，江龍表，潘圖平，等.圖說板栗生態栽培技術[M]. 杭州：浙江科學技術出版社，2008.

[6] 林鵬. 紅樹林研究論文集（第四冊）[M]. 廈門：廈門大學出版社，2000.

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[8] 陳金林，俞春元. 杉木、馬尾松、甜櫧等林分下土壤養分狀況研究[J]. 林業科學研究，1998，11（6）：586-591.

[9] 吳家森，周國模，徐秋芳. 不同年份毛竹營養元素的空間分布及與土壤養分的關系[J]. 林業科學，2005，41（3）：171-173.

Relation between Nutrient Concentration in Branch and Leaf of Abies benshanzuensis and Site Soil Nutrients

LIU Ya-qun1，HAN Su-fang1，ZHANG Fei-ying1，XIA Long-juan1，ZHANG Dong-bei2，
FAN Min-liang3，WANG He-mu2，SHAO Shun-liu1
（1. Key Laboratory of Forest Resources Utilization of Zhejiang，Zhejiang Forestry Academy, Hanghzou 310023, China;
2. Qingyuan Forest Farm of Zhejiang, Qingyuan 323800, China; 3. Zhejiang Forestry Seed and Seedling Administration, Hangzhou 310020, China）

Analysis was made on relation between nutrient concentration in branch and leaf of Abies benshanzuensis and soil nutrients of surface layer in Zhejiang Fengyangshan-baishanzu National Nature Reserve. The result demonstrated that site soil pH was 5.11-6.42, organic matter, total nitrogen, rapidly available phosphorus and rapidly available potassium content was respectively 119.075 0g/kg, 2.196 2g/kg, 15.016 3mg/kg and 136.215 2 mg/kg. The test also indicated that A. benshanzuensis had high accumulation ability of N, P and K, but low of minor elements. There was no any Na content in branch and leaf. Higher N content in the soil could increase N and K content in leaf, but higher P content in the soil decreased K content in leaf and N content in branch, higher Cu content in the soil decreased Cu content in leaf but increased Cu and Zn content in branch, higher Fe content in the soil could promote Fe content in leaf and branch, and Mn in branch.

Abies benshanzuensis; soil; nutrient element; relationship

S718.5

A

1001-3776（2012）02-0001-05

2011-11-30；

2012-02-11

浙江省科技廳公益技術應用研究項目（2010C32074）；浙江省科技廳重點科技創新團隊項目（2011R09035-01）；浙江省林業廳科學技術推廣項目“百山祖冷杉遺傳活力恢復機制及關鍵技術研究”

劉亞群（1963-），女，山東萊蕪人，工程師，從事林業土壤、植物分析工作；*通訊作者。