百山祖冷杉枝叶营养元素含量与适生立地土壤养分关系分析

刘亚群，韩素芳，张飞英，夏龙娟，张东北，樊民亮，汪和木，邵顺流*

（1. 浙江省林业科学研究院，浙江省森林资源生物与化学利用重点实验室，浙江 杭州 310023；2. 浙江省庆元县试验林场，浙江 庆元 323800；3. 浙江省林业种苗管理总站，浙江 杭州 310020）

百山祖冷杉枝叶营养元素含量与适生立地土壤养分关系分析

刘亚群1，韩素芳1，张飞英1，夏龙娟1，张东北2，樊民亮3，汪和木2，邵顺流1*

（1. 浙江省林业科学研究院，浙江省森林资源生物与化学利用重点实验室，浙江 杭州 310023；2. 浙江省庆元县试验林场，浙江 庆元 323800；3. 浙江省林业种苗管理总站，浙江 杭州 310020）

研究了百山祖冷杉（Abies beshanzuensis）分布区适生立地表层土壤养分及其与百山祖冷杉枝叶营养元素含量的相关性。结果表明，土壤pH5.11 ~ 6.42，土壤有机质含量、全氮含量、速效磷含量、速效钾含量分别为119.075 0 g/kg、2.196 2 g/kg、15.016 3 mg/kg、136.215 2 mg/kg；百山祖冷杉对土壤N、P、K富集能力均较高，而对微量元素富集能力较弱，且枝部和针叶均未检出Na元素；较高的土壤N含量，可相应显著提高百山祖冷杉叶N、K含量水平，较高的土壤P含量，则显著抑制百山祖冷杉叶对K和枝对N的积累水平，较高的土壤Cu含量显著降低了Cu元素在叶器官中的积累，而显著增加了枝条中Cu和Zn的积累水平，较高的土壤Fe含量则显著促进了针叶中Fe元素和枝中Fe、Mn元素的积累水平。

百山祖冷杉；土壤；营养元素；相关关系

植物营养元素的测定是植物生理生态学研究的重要内容之一。植物营养元素含量与植物的种类及其生境条件密切相关，土壤养分含量的水平也对植物的生长发育及其体内营养元素具有重要的影响，在不同立地土壤条件下，营养元素含量在不同器官中存在差异[1]。因此，研究植物营养与其土壤养分关系对于了解植物生长规律、植物对其环境的适应以及掌握植物的生长动态都具有重要意义。

百山祖冷杉（Abies beshanzuensis）是我国特有的古老孑遗植物，现仅存3株，长势较弱，几乎失去自然繁殖和更新能力[2]。本文以自然分布区内生长状况良好的百山祖冷杉实生幼树栽培区为研究对象，试图通过解析百山祖冷杉分布区适生立地土壤营养特性及百山祖冷杉子代枝叶营养吸收和积累特征，为了解百山祖冷杉对环境的适应性以及异地栽培、低海拔移栽等提供适生土壤选择的理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料采集与预处理

采样地位于庆元县试验林场交溪门林区，海拔920 m，选择4株分属于不同基因型的实生幼树百山祖冷杉植株个体，该4植株系1993年种子繁殖，平均高近4 m。于2009年8月采集4株植株中部针叶、枝条样品各300 g，将采集的样品置80 ~ 90℃鼓风干燥箱中烘15 ~ 30 min，然后降至65℃，烘至恒重，经粉碎机粉碎，过40目筛后备用。

同时，在该栽植地内随机选择了4个土壤采集样点，采样点土壤属于山地黄壤，采样深度20 cm。将采集的土壤样品放于木盘上自然风干，过100目、18目筛后备用。

1.2 仪器

SOLQQR969型原子吸收分光光度计（美国热电公司），VELP DK20S型消化炉（意大利），VELP UDK159型凯氏定氮仪（意大利），BS224S赛多利斯电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司），MARSX型微波消解仪（美国CEM公司），Delta320型酸度计（梅特勒）；SP-752PC型紫外可见分光光度计（上海光谱）。

1.3 试剂

浓流酸（GR），浓硝酸（GR），高氯酸（GR），高纯水，Fe、Ca、Mg、K、Na、Cu、Zn、Mn标准溶液（国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院）。

1.4 测定方法

1.4.1 枝、叶营养元素测定 称取0.500 0 g样品于消化管中，加浓硫酸8 mL，置于消化炉上，250℃加热20 min，再340℃加热10 min，稍冷却后，加5滴双氧水，再340℃加热10 min，至溶液变为透明，定容到100 mL容量瓶，供氮、磷、钾的测定。全氮用凯氏定氮法测定，全磷用钼锑抗比色法。全钾用火焰光度法。

1.4.1 金属元素测定 称取0.200 0 g土样于微波消解仪中消解。消解方法：加入5 mL浓硝酸，1 mL盐酸，2 mL氢氟酸，与样品混合均匀。程序升温：800W功率下，5 min升至120℃，保持5 min，然后8 min内升至170℃，保持10 min，后在5 min内升至185℃，保持15 min。消解完毕，待消解罐降至近室温，取出消解罐，置于赶酸装置中，待赶酸完全，取下加10 mL水，摇匀，转移溶液至50 mL容量瓶中，用水定容，得澄清、透明消解溶液备用。采用火焰原子吸收法对金属离子进行测定。

1.4.2 土壤营养元素测定 称取1.000 0 g土壤样品于消化管中，加入浓硫酸10 mL，加催化剂2粒（硒和硫酸钾混合液）置于消化炉上，420℃加热1 h，用水定容到100 mL容量瓶供土壤全氮、全磷测定。全氮用凯氏定氮法测定，全磷用钼锑抗比色法，水解性氮用碱解—扩散法，速效钾用1 mol/L乙酸铵浸提—火焰光度法，有机质用重铬酸钾氧化—外加热法，酸碱度用电位测定法。

1.5 数据处理

利用DPS数据处理系统[4]对所测定的原始数据进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤营养成分含量

由表1测定结果表明，百山祖冷杉分布区内实生树适宜生长林地土壤pH值在5.11 ~ 6.42，而其平均有机质含量、全氮含量、速效磷含量、速效钾含量分别为119.075 0 g/kg、2.196 2 g/kg、15.016 3 mg/kg、136.215 2 mg/kg，已达到绿色与有机果品生产土壤肥力国家标准要求[5]（NY/T391-2000）的I类土壤肥力标准。

表1 土壤基本营养成分含量和pH值Table 1 Nutrient concentration and pH

而从表2对土壤中量和微量元素测定结果表明，其中Na、Fe、Mg含量较高，7个营养元素含量大小排序依次为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

2.2百山祖冷杉枝叶营养元素含量

由表3百山祖冷杉枝叶营养元素测定结果的平均值表明，叶部营养中的N、K、Ca、Mn元素含量较枝部高，而枝部营养中的P、Mg、Cu、Fe、Zn元素含量较叶部高，且在试验设定的标样0.00 ~ 0.40 mg/kg精度范围内，枝部和叶部均未检出钠元素。不同营养元素平均含量大小在枝中的排序为N、K、P、Ca、Mg、Zn、Fe、Mn、Cu，在叶中的排序为N、K、P、Ca、Mg、Mn、Zn、Fe、Cu。在代表植物对土壤营养元素的吸收富集能力即某元素在植物体内的含量与土壤中该元素含量比值的富集系数[6]方面，百山祖冷杉对土壤中的大量元素N、P、K富集能力均较高，其富集系数分别达66.61、65.77和33.04，其次为中量元素Ca，其富集系数为7.36，其余元素富集系数均小于0.59。

表3 枝叶营养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 百山祖冷杉枝叶营养元素含量与土壤养分相关性

2.3.1 针叶营养元素含量与土壤养分相关性

2.3.1.1 大量元素 表4对百山祖冷杉针叶N、P、K含量与土壤N、P、K含量的相关分析结果表明，土壤N含量分别与百山祖冷杉针叶N、K含量呈显著正相关，而与针叶P含量呈负相关；土壤P含量水平与针叶P含量呈正相关，而与针叶N、K含量呈负相关，其中与针叶K含量负相关达显著水平；此外，土壤K含量与针叶P含量水平呈负相关，而与针叶中的N、K含量呈正相关。

表4 叶大量元素含量与土壤养分相关系数Table 4 Correlation coefficient of macro element content in leaf and soil nutrients

2.3.1.2 中量元素 从检测的土壤和针叶Ca、Mg中量元素相关分析结果表明（表5），土壤Ca、Mg含量与针叶相应元素含量水平均呈负相关，但未达显著水平。

2.3.1.3 微量元素 因针叶中未检出Na元素而在剔除该元素后对4种所测定微量元素的相关分析结果表明（表6），土壤Cu含量与针叶Mn含量呈正相关，所以与叶Cu、Fe、Zn含量呈负相关，且与叶Cu含量负相关达显著水平；土壤Mn含量分别与针叶Cu、Zn含量呈正相关，而与针叶Mn、Fe含量呈负相关；此外，土壤Fe、Zn含量则与所检测的4个微量元素均呈正相关，其中，土壤Fe含量与针叶Fe含量相关显著。

2.3.2 枝营养元素含量与土壤养分相关性

2.3.2.1 大量元素 表7对百山祖冷杉枝和土壤N、P、K含量相关分析结果表明，土壤N含量分别与枝N含量呈负相关，而与枝P、K含量呈显著正相关；土壤P含量与枝N、P、K含量均呈负相关，其中与枝N含量负相关达显著水平；此外，土壤K含量与枝P、K含量水平呈负相关，而与枝N含量呈正相关。

2.3.3.2 中量元素 对土壤和枝Ca、Mg元素相关分析结果表明（表8），土壤Ca含量与枝Ca、Mg含量呈负相关；土壤Mg含量与枝Ca含量呈负相关，而与枝Mg含量呈正相关，但均未达显著水平。

2.3.2.3 微量元素 剔除Na元素后对4种所测定微量元素的相关分析结果表明（表9），土壤Cu含量与枝Cu、Mn、Fe、Zn含量呈正相关，且与枝Cu含量相关达显著水平，与枝Zn含量相关达极显著水平；土壤Mn含量与枝Cu、Mn、Fe、Zn含量均呈正相关；土壤Fe含量则与所检测的4个微量元素均呈正相关，且与枝Fe、Mn含量相关显著；此外，土壤Zn含量与枝Zn、Fe、Zn含量呈正相关，而与枝Mn含量为负相关。

表5 针叶中量元素含量与土壤养分相关系数Table 5 Correlation coefficient of secondary element content in leaf and soil nutrients

表6 针叶微量元素含量与土壤养分相关系数Table 6 Correlation coefficient of micro element content in leaf and soil nutrients

表7 枝大量元素含量与土壤养分相关系数Table 7 Correlation coefficient of macro element content in branch and soil nutrients

表8 枝中量元素含量与土壤养分相关系数Table 8 Correlation coefficient of secondary element content in branch and soil nutrients

表9 枝微量元素含量与土壤养分相关系数Table 9 Correlation coefficient of minor element content in branch and soil nutrients

3 结论与讨论

植物营养元素含量是植物在一定生境条件下吸收元素的能力体现，也是植物与环境之间相互作用的结果。植物生长过程中各器官所起的作用不同，对营养元素的需要量也不相同，各器官营养元素的含量也存在着差异[7~8]。本研究结果表明，在土壤方面，百山祖冷杉分布区内实生树适宜生长林地土壤属弱酸性，主要指标达到了绿色与有机果品生产土壤肥力国家标准要求（NY/T391-2000）的I类土壤肥力标准，同时Na、Fe、Mg含量较高。在百山祖冷杉对土壤营养富集能力方面，则表现为对大量元素N、P、K富集能力均较高，其次为中量元素Ca，而对微量元素富集能力较弱。同时，对百山祖冷杉枝叶营养元素测定结果表明，叶部营养成分含量总体高于枝部，其中叶部营养中的N、K、Ca、Mn元素含量较枝部高，且枝部和针叶均未检出Na，其原因尚待进一步研究。

土壤—植物系统是森林生态系统的两个重要组成部分，具有密切的相互关系，其中，土壤的物理、化学特性决定着地上植物群落的种类组成、种间关系、群落动态、营养物质的分配格局以及植物的养分利用策略等[9]。因此，土壤养分状况对植物的生长具有重要的影响。了解土壤养分与植物营养元素含量的相互关系对于进一步掌握植物生长动态和生长限制因子具有重要意义。本研究结果表明，在大量元素方面，较高的土壤N含量，可相应显著提高百山祖冷杉叶N、K含量水平，较高的土壤P含量，则显著抑制百山祖冷杉叶对K和枝对N的积累水平。在中量元素方面，土壤Ca、Mg含量与百山祖冷杉枝叶相应元素含量水平相关未达显著水平，但总体表现为元素积累的抑制效应。在微量元素方面，较高的土壤Cu含量显著降低了Cu元素在叶器官中的积累，相反地，显著增加了枝条中Cu和Zn的积累水平，而较高的土壤Fe含量则显著促进了叶器官中Fe元素和枝器官中Fe、Mn元素的积累水平。此外，各营养元素之间虽存在一定的促进或抑制积累效应，但作用效果不显著。

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[9] 吴家森，周国模，徐秋芳. 不同年份毛竹营养元素的空间分布及与土壤养分的关系[J]. 林业科学，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

浙江省科技厅公益技术应用研究项目（2010C32074）；浙江省科技厅重点科技创新团队项目（2011R09035-01）；浙江省林业厅科学技术推广项目“百山祖冷杉遗传活力恢复机制及关键技术研究”

刘亚群（1963-），女，山东莱芜人，工程师，从事林业土壤、植物分析工作；*通讯作者。