速生階段灰木蓮人工林營養元素積累及其分配格局1)

韋善華

(廣西高峰林場，南寧，530001)

何 斌

(廣西大學)

魏國余

(廣西高峰林場)

羅柳娟 覃祚玉 劉 莉 劉紅英

(廣西大學)

林木營養元素的含量、積累與分配特征是森林營養元素生物循環最重要的研究內容之一，對指導林業生產、調節和改善林木生長環境、提高森林的養分利用效率和生產力都有重要的意義［1－2］。灰木蓮(Manglietia glauca)屬木蘭科常綠闊葉樹種，原產于越南、印度尼西亞等東南亞國家，適生于南亞熱帶地區，是國家一級保護、瀕危植物。具有適應性較強，生長快，干形通直等特點，木材可作纖維紙漿、建筑裝飾和家具制作用材等，而且灰木蓮樹形優美花大而芳香花期長，對大氣污染有較強的抗性和滯塵作用［3－4］，是優良的城鄉園林綠化樹種。我國自20世紀60代以來，先后在廣東、海南、廣西、福建等省區進行引種，均表現出生長良好，能夠正常開花結果［4－6］，成為我國引種成功的外來珍貴優良樹種之一，具有廣闊的發展前景［7］。近幾年來，國內有關灰木蓮的研究也日益增多，但主要集中在灰木蓮的引種、苗木培育及生長表現等方面［5－10］，至今未見有關灰木蓮人工林的營養元素方面研究的報道。為此，本文通過對廣西南寧市速生階段(10年生)灰木蓮人工林營養元素質量分數、積累量及其分配特征進行研究，以揭示灰木蓮人工林營養元素累積特點，為灰木蓮人工林的經營管理特別是林地營養管理提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于廣西南寧市北郊，屬南亞熱帶季風氣候帶，年平均氣溫21.8℃，極端最高氣溫40℃，≥10℃年積溫約7 200℃，年平均降水量約1 350 mm，降水多集中在5—9月，相對濕度大約79%，年日照時數1 450～1 650 h。調查樣地均位于山坡中部，海拔高度約200 m，坡向為南坡，坡度25°～28°，土壤類型為砂頁巖發育形成的赤紅壤，土層厚度在70 cm以上。

試驗地前茬林分均為杉木(Cunninghamia lanceolata)純林，于2001年12月采伐，經煉山整地后，于2002年4月份用1年生灰木蓮實生苗定植。調查時灰木蓮人工林林相整齊，保留密度為1 416株/hm2，郁閉度 0.8，平均樹高 12.9 m，平均胸徑 14.5 cm。由于林分郁閉度較大，加上人為干擾較強等原因，林下灌木和草本很少，零星分布有杜莖山(Maesa japonica)、糙葉榕(Ficus irwasana)、毛桐(Mallotus barbatus)、鹽膚木(Rhus chinenswas)、鴨腳木(Schefflera octophylla)等灌木以及華南毛蕨(Cyclosorus parasiticus)、半邊旗(Pterwas semipinnata)、山菅蘭(Dianella ensifolia)、黃茅草(Nwerenga falla)、五節芒(Miscanthus floridulu)等草本植物，平均高度不足20 cm，覆蓋度不足1%，凋落物層較厚，以灰木蓮落葉為主，厚度可達3～5 cm。

2 研究方法

2.1 標準地的設置與樣木生物量測定

在林分中選擇代表性地段，設置400 m2(20 m×20 m)的標準地3塊，然后對標準地內的林木進行每木檢尺，分別測量樹高和胸徑，根據林木的徑級分布，按2 cm為一徑級，選取5株平均木，采用收獲法測定樣木的生物量，即將樣木伐倒后，地上部分采用Monsic分層切割法，每2 m為一區分段，分樹干、樹皮、活枝、枯枝、樹葉，地下部分(根系)采用全根挖掘法，按細根(根徑＜0.5 cm)、中根(根徑 0.5 ～2.0 cm)、粗根(根徑≥2.0 cm)和根蔸分別稱鮮質量［2］，并分別抽取樣品約200 g左右作室內分析。將各組分樣品置于烘箱內以80℃恒溫烘干到恒質量，求算出各組分的生物量及樣木的生物量。

2.2 凋落物測定

由于灰木蓮人工林的郁閉度較高，加上人為干擾大(主要是撫育除灌草)，林下草本層及灌木層的生物量極少，對整個林分的生物量影響甚微，故本研究不做探討。凋落物生物量測定的方法如下:在每個標準地內各設置5個面積為1 m×1 m小樣方。然后采用樣方收獲法，測定樣方內凋落物層生物量，同時取樣測定含水率和干質量，計算凋落物現存量。

2.3 植物樣品營養元素分析

在測定生物量的同時按不同組分采集林分平均木樣品，粉碎過篩后作為化學分析樣品。N、P、K質量分數采用濃H2SO4－HClO4消化法消煮后，N用氨氣敏電極法測定［11］，P用鉬銻抗比色法測定，K用火焰光度計法測定;Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn 質量分數采用HClO4－HNO3消化法消煮，然后用原子吸收光譜法測定［12］。

3 結果與分析

3.1 營養元素質量分數

從表1可見，灰木蓮不同器官的營養元素質量分數相差較大。作為同化器官的樹葉，其生長周期較短，是合成有機物質的主要場所，也是代謝最活躍的器官，需要大量的營養元素向其輸送來滿足其生長和代謝的需要，所以樹葉的營養元素質量分數最高。而樹干主要以木質為主，是地上部分與地下部分水分運輸的重要場所，生理功能較弱，大多數養分已被消耗或轉移，所以元素質量分數最低。按各器官營養元素質量分數排序大致是:樹葉＞樹皮＞樹枝＞樹根＞樹干。而在根系各組分中，呈現出隨根系直徑的增加營養元素質量分數下降的趨勢，表明灰木蓮根系越小，其對各種營養元素的富集能力也最強。

表1 灰木蓮人工林營養元素質量分數 g·kg－1

灰木蓮不同器官的大量元素質量分數均以N為最高，其次是Ca或K，最低是P或Mg。微量元素質量分數則以Mn或Fe最高，其次是Zn，Cu最低。就不同營養元素在各器官中的分布而言，作為細胞壁主要構成元素之一的鈣，主要集中于樹葉、樹皮等器官和組織中，因此其在樹葉中的質量分數最高，其次是樹皮;Mg是葉綠素的主要構成元素，因而其樹葉中的質量分數最高;Fe對葉綠體的構造和葉綠素的合成有著極其重要的作用，而由于林地土壤為強酸性富鋁化土壤，土壤中游離態的Fe離子多，根系尤其是細根對其有很強的富集作用，因此，Fe元素在樹葉和根系中的質量分數均較高，而在除根蔸外的其它根系中含量甚至高于樹葉。

灰木蓮人工林凋落物營養元素質量分數與喬木層元素含量的排列次序基本一致，即:N＞Ca＞K＞Mg＞P＞Mn＞Fe＞Zn＞Cu。但與灰木蓮各器官相比，凋落物層各元素質量分數除低于樹葉、樹皮外，多數高于其他組分營養元素含量。表明灰木蓮人工林凋落物的營養元素比較豐富，在養分循環與利用中起著重要的作用，是灰木蓮人工林生態系統不可缺少的組成部分。

3.2 營養元素積累量及其分配

從表2可知，10年生灰木蓮人工林營養元素積累量為999.32 kg/hm2，其中喬木層營養元素積累量為858.55 kg/hm2，所積累的營養元素占整個林分的85.91%。由于林木各組分的生物量不同，各器官營養元素含量也存在一定的差異，因此，不同器官生物量的分配與營養元素積累的分配并不完全相互對應。按營養元素積累量排列順序為樹干＞樹葉＞樹皮＞樹根＞樹枝。從喬木層各種營養元素積累量看，大量元素以 N的積累量最多，為404.763 kg/hm2，占喬木層元素積累量的47.14%;K的積累量為180.71 kg/hm2，占喬木層元素積累量 21.05%，而Ca 的積累量為 163.26 kg/hm2，占 19.02%;Mg 積累量(44.59 kg/hm2)，P 的積累量(36.35 kg/hm2)分別僅為喬木層積累量的5.19%、4.23%。微量元素以Mn積累量(22.22 kg/hm2)最高，占喬木層元素積累量2.59%。

表2 灰木蓮人工林營養元素積累和分配 kg·hm－2

3.3 營養元素年凈積累量

營養元素年凈積累量是植物體內營養元素積累的速率，它取決于林分凈生產力的增長量及營養元素的含量。本文以林分年平均凈生產力作為凈生產力的估算指標，計算出灰木蓮林養分元素的年凈積累量。從表3可以看出，10年生灰木蓮人工林營養元素年凈積累量為85.83 kg/(hm2·a)，其中以樹干的年凈積累量最高，為27.73 kg/(hm2·a)，占林分年凈積累量的32.31%，樹葉、樹皮、樹根和樹枝的年凈積累量分別占喬木層年凈積累量的21.30%、17.37%、14.66% 和 14.36%。不同器官大量元素積累速率均以N最大，為40.47 kg/(hm2·a)，占大量元素年凈積累量的48.79%，P最小，為3.64 kg/(hm2·a)，僅占 4.39%;微量元素積累速率以Mn最達，為2.22 kg/(hm2·a)，占微量元素年凈積累量的 76.82%，Cu最小，為 0.04 kg/(hm2·a)，僅占1.36%。

表3 灰木蓮人工林營養元素年積累量 kg·hm－2·a－1

3.4 營養元素利用效率

營養元素利用效率反映了樹木(植物)對養分環境的適應和利用狀況，目前在森林養分研究中應用較多的是Chapin指數，即以植物生物量與植物養分貯量之比值作為養分利用效率［13］。考慮到目前國內未見有對林木微量元素利用效率的報道，故本文僅對灰木蓮進行N、P、K、Ca和Mg 5種大量元素利用效率的分析，同時與相近年齡的馬尾松［14］、杉木［15］和禿杉［16］相比較。從表 4可以看出，灰木蓮每生產1 t干物質所需5種大量元素為8.94 kg，而就不同元素的利用效率而言，以P、Mg最高，其次Ca和K，N最低，與馬尾松、杉木和禿杉林的研究結果基本一致。

表4 不同林分的營養元素利用效率比較

4 結論與討論

灰木蓮人工林各營養元素含量因器官不同而存在差異，樹葉的營養元素含量最高，樹干則最低。不同器官營養元素含量大致為樹葉＞樹皮＞細根＞中根＞粗根＞活枝＞枯枝＞根蔸＞樹干。灰木蓮各器官大量元素的含量均以N元素最高，其次是 Ca、K、Mg，P最低;微量元素含量則以Mn或Fe最高，其次是Zn，Cu最低，其中樹葉、樹枝中不同元素質量分數與黑木相思［2］、禿杉［16］和紅松人工林［14］基本一致，表現出不同樹種對營養元素的吸收和積累具有相似性。

10年生灰木蓮人工林營養元素積累量為999.32 kg/hm2，其中喬木層營養元素積累量為858.55 kg/hm2，不同器官按營養元素積累量大小排序為樹干＞樹葉＞樹皮＞樹根＞樹枝。從喬木層不同營養元素積累量看，以N的積累量最多，為404.763 kg/hm2，占喬木層元素積累量的47.14%，表明灰木蓮具有較強的N吸收能力，所以在林木生長的早期，適時合理地補充N肥，可能對促進林木的生長會有良好的效果;其他營養元素積累量次序為K＞Ca＞Mg＞P＞Mn＞Fe＞Zn＞Cu。

灰木蓮人工林凋落物層營養元素積累量為140.48 kg/hm2，其占林分營養元素積累量的比例(14.06%)不很高，但卻是改善林地土壤肥力性狀的基礎，由于灰木蓮人工凋落物主要是比較容易分解的灰木蓮落葉，難分解的樹枝等所占比例較小，因而有利于加快了林地土壤的養分循環，縮短營養元素的周轉時間。

10年生灰木蓮人工林喬木層營養元素年凈積累量為85.83 kg/(hm2·a)，每生產1 t干物質所需N、P、K、Ca和 Mg 5 種大量元素為 8.94 kg，明顯低于相近區域廣西武宣縣祿峰山林場8年生馬尾松人工林［14］和湖南會同 10 年生杉木人工林［15］，與相近區域的9年生禿杉人工林［16］基本一致，表明灰木蓮對這5種大量元素的利用效率較高。不同營養元素利用效率以P、Mg最高，其次Ca和K，N最低，這也進一步表明在灰木蓮營林過程中適當增施N肥，可能會對提高N的利用效率，促進林木生長起到積極作用。而從調查中發現，受林分密度較大、郁閉度高以及人為干擾(如撫育鏟草等)的影響，灰木蓮人工林林下植被發育程度較差，雖然林地現存凋落物量較大，養分回歸量也較大，但不利于維持和提高林下植物的多樣性，也不利于加快林地土壤的養分循環。因此，在灰木蓮人工林速生階段通過間伐適當降低林分密度，不但有利于增加林分的透光強度和營養空間，促進林木的生長發育，而且對提高林下植物的多樣性，加快林地土壤的養分循環，從而提高灰木蓮人工林的經濟效益和生態效益，實現珍稀名貴樹種的永續保存和高效利用都具有重要的作用。

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