不同土层中氮磷钾养分对红松针叶磷素的影响

王超逸，郭亚芬，崔晓阳

(东北林业大学 林学院，哈尔滨 150040)

红松(Pinuskoraiensis)是东北地区有代表性的土生树种，尤其在小兴安岭、长白山一带分布广泛，是当地主要的营林树种，并且也有着重要的经济价值。由于历史原因，原始红松林只在少数几个地区呈规模化存在。目前的红松以人工种植的混交林和纯林为主，因此在国内相关研究中，多数研究者主要集中于对同一地区红松以林分为差异点展开讨论，或者异地红松间以地域生境差异为出发点，比较红松各项指标的差异。前者常以时间为尺度，多则考察数年。数十年间，少则以季度、月份为单位关注红松生长的相对小环境[1-3]。后者由于地域跨度的问题，该类研究多关注于红松的较宏观问题，即在生长的相对大环境，因地域差异，红松表现出在形态上，生理生化上的适应性，并逐步丰富红松的遗传多样性[4-6]，此类研究也多因采样地域少，很难实现对异地红松共性的探讨。而本文在更多地域调查的基础上，尽量减小个别特殊地域环境对红松的影响，将研究的关注点设定于红松营养层面。又由于已有研究显示红松自身磷素水平以及土壤中磷素水平都会对红松的某些生理指标产生影响，因此进一步缩小研究范围至红松的磷素营养层面。在此研究方面，国内学者宋秀琴等报道红松幼树树高和土壤中速效磷含量呈负相关，但未涉及速效磷对成年红松的影响[7]；李国雷等的研究则表明红松苗的叶磷含量与苗高和地径均呈显著正相关，茎磷含量则与幼苗成活率、苗高和地径等成显著负相关，而单株的叶、茎和根磷贮量等均与3个指标存在正相关关系；而根磷含量则与前述3个指标无关[8]。由此可见磷素水平对幼年红松相关生长指标有明显影响。红松的针叶能更明显的表现成年红松近一两年的营养动态情况[9]。针叶中又以冠层上部的叶片最能代表红松营养状况，因此本文选择红松冠层上部针叶和林下土壤为研究对象，考察叶片营养动态与不同土壤层间养分含量的相关性。在三大主要矿质元素中，氮与钾的含量一般情况相对磷而言较为丰富，磷由于自身元素性质，易被土壤固定失活，因此磷含量容易成为成年红松生长的制约性因素。由此本研究主要侧重于多地域的不同土壤层磷含量对于成年红松不同年生针叶的影响状况。研究结果可为红松的营造、合理施肥提供科学依据。

1 研究区范围及研究方法

在黑龙江、吉林两省，沿张广才岭至长白山一线，在考虑红松生长地理环境多样性的前提下，选取样地15处，每处选取当地红松主要优势林分为采样目标。样地及林分的基本状况见表1。由于红松营养元素的季节性变化较大[10-11]，因此为保证不同地点红松生长期的可比性，以及考虑生长期的元素高峰时段，选取同年同月，即2012年8月沿预先设定好的路线依次在各样地采样。在样地林内选择3棵相邻红松采集针叶样品，并同时在3棵样树围成的三角区域内挖出3个剖面采集土样。综合考虑红松生长期、采样速度和往返各样地所需时间后，确定如下采样方案：针叶选取自冠层上部枝条，每棵样树按光照程度分别选取阳面阴面枝条各一，每枝条摘取1年生及2年生针叶，每样地12个样品，共计180个样品，用清水洗净叶面浮尘，阴干，放入信封带回实验室，在恒温箱中杀青，烘干。最后针叶用小型粉碎机处理，过0.25 mm筛后待用。因采样地点基本都是暗棕壤，所以统一以深度划分土壤层次，即每20 cm为一层，共采集3层，每样地9个样品，共计135个样品，然后分别装入收集袋内，在实验室内过1 mm筛待用。

表1 采样地及采样林分的基本状况

植物磷与速效氮磷钾养分的测定全部采用土壤农业化学常规分析方法[12]。针叶及土壤样品测定方法为单个样品进行三次平行测定，在误差允许范围内，取平均值为元素水平。数据处理时，对于样地红松针叶质量和针叶磷含量，由实验得出的该样地所有对应数据取均值代表，针叶磷贮量由针叶质量均值与针叶磷含量均值的乘积求得。针叶的质量、磷含量与磷贮量见表2。土壤中速效养分的含量见表3。针叶质量与土样矿质元素水平(见表4)，植物样中磷素水平与土样中速效氮、速效钾水平(见表5)均采用相关分析法，具体由表2和表3中的对应数据通过计算相关系数求得。植物样中磷与土样中速效磷水平采用SPSS19软件线性回归分析[13]，结果见表6。

2 结果与分析

2.1 针叶质量与土壤中矿质元素含量的关系

针叶是光合作用的主要场所，生成有机物质，而有机物质是针叶内部的主要成分，因此，针叶质量大小，可以在一定程度上反映红松自身同化作用的强弱。同时由于叶重大小，将决定针叶外在形状的大小，即较大的叶重，针叶将呈现扁而粗的形态，较小的叶重，针叶会相对变得窄小，形状差异对于蒸腾作用有很大影响[14]，因此叶重可以间接反映针叶对于不同气象，不同水热环境的应对。

表2 针叶的质量与磷素水平

注：表中字母a～o表明所测因子在0.05水平有显著差异

从表2可以看到，红松针叶质量都表现为2年生明显高于同地1年生针叶，这是由于时间积累效应，老叶自然储存较多的有机物质所致。而比较异地红松针叶，可以看到相互间均存在比较明显的差异，1年生针叶中横道河子的质量最小，孟家岗的质量最大；2年生针叶中大蒲柴河的质量最小，永庆的质量最大。叶磷含量表现为1年生针叶高于同地2年生针叶，这与磷素由老叶向新叶转移的规律是相符的。异地红松针叶磷含量也表现出比较明显的差异性。对于同地的叶磷贮量，可能1年生较高，也可能2年生较高，没有明显的年生优势，这与贮量同时受质量和含量影响有关。在针叶质量，叶磷含量与贮量的比较中，可发现老叶数值较高者，同地新叶一般也较高的趋势。

表3 各层土样中不同深度速效矿质元素的含量

注：表中字母a～o表明所测因子在0.05水平有显著差异

从表3中可看到，同地速效养分、氮磷钾都存在着随深度增加而减少的规律，氮素营养随深度递减较快，磷素各层间含量都较少，钾素在浅层土壤含量明显高于深层土壤，而较深的两土层递减比较平缓。三种养分中，氮素含量都较高，钾素次之，磷素明显低于前两者。各地间的氮素，钾素含量差异明显，而若干地域间磷素差异不明显。

从表4中可以看出，针叶的质量，不论1年生还是2年生都与土壤中各层矿质元素无显著关联，由此可以看出土壤中速效养分并不能给针叶质量以直接影响。有研究指出：针叶的质量应该是受到红松体内的元素水平与代谢状况等影响，而体内矿质元素水平受包括元素间协同与拮抗，植株生长周期等多重因素影响，并不只受到土壤中速效养分的唯一调控[15]，代谢状况也不直接受土壤中速效养分的快速调节，而是应该有一定的滞后性。

2.2 针叶中磷素水平与土壤中速效氮以及速效钾的关系

从表5中可以看到，针叶磷含量与磷贮量无论1年生还是2年生均与土壤中速效氮无相关性。

表4 针叶质量与矿质元素含量在不同深度下的相关性

注：*表示相关性达到显著水平(p<0.05)；**表示相关性达到极显著水平(p<0.01)

表5 植物样磷素水平与土样速效氮和速效钾在不同深度下的关系

注：*表示相关性达到显著水平(p<0.05)；**表示相关性达到极显著水平(p<0.01)

这可能是由于红松林无论林分种类，林下土壤的氮含量相对丰富。红松具有主根不发达，而侧根发达的特点。20年以上红松主根可以伸展到40～60 cm的深度，即使在40～60 cm区间氮的含量也仍然相对其他元素较高，侧根倾向于水平发展，多数集中40 cm上下，而在这一深度氮的含量更高[16-18]。由此可看到红松根系在总体富氮的土壤环境下，无需选择性的在某一特定深度加强吸收氮素，而是在整个根系深度范围内均衡吸收氮素。

速效钾与速效氮不同，速效钾直接影响的是2年生的针叶，而对1年生叶无影响，且只有较浅土层中的钾素与多年生针叶具有明显关系。这种情况应该是由于相对氮素，钾素在土中含量较低，红松根系不能像吸收氮素那样，可以较自由的在各个深度获得钾素，又由于主要的吸收根系集中于10 cm左右的浅层土壤中，因此红松主要通过浅层土壤获得所需钾素营养。红松针叶内磷素一般从老叶向新叶转移，钾可以促进红松体内磷素的转化与转移，因此，2年生针叶受土壤中钾素供应更明显，而相关研究也显示出类似的结果[19-20]。

由于磷贮量不仅与针叶内磷含量有关，还与针叶的生物量有关，而针叶生物量与针叶质量成正相关，在针叶质量较少受土壤中速效矿质元素影响的情况下，磷贮量一般不与速效氮、速效磷相关。

2.3 针叶中磷水平与土壤中速效磷的关系

从表6中可以看出各土壤层中速效磷含量对于植物样中磷含量，无论1年生还是2年生都已经达到极显著影响的程度，而叶中磷贮量受土壤中磷含量影响程度明显弱于叶中磷含量。前一现象可能由于红松中磷素水平相对其他矿质元素的水平而言最低(见表3)，会很明显的受外界磷素供应状况的影响[21-22]。且因为本研究较多样本来自人工纯林，而人工纯林在20 cm以上的土壤中，速效磷供应水平弱于天然林及混交林，只有在较深的土壤层(25 cm以下)，随着pH降低，速效磷供应状况才会显著改善，所以红松需要从不同的土壤层吸收磷素营养[23-24]。并且由于红松主要通过细根与根毛完成对磷的吸收，在较深土壤层中，根毛更加发达，利于林的吸收，因此红松对磷的吸收不只通过速效磷含量较丰富的浅层土壤完成，同时也从较深土壤层中获得磷素[25-26]。磷贮量受土壤中速效磷素影响较小，应该也是由于针叶叶重不受土壤中速效养分影响有关，两方面影响因素叠加，最终反映为植物样磷素贮量与土样速效磷含量无关[27]。

表6 叶中磷水平与土壤中速效磷在不同深度下的回归关系

注：*表示相关性达到显著水平(p<0.05)；**表示相关性达到极显著水平(p<0.01)

3 结 论

红松针叶质量与土壤速效矿质元素的供应情况无直接明显关联，速效矿质养分可能是通过参与红松针叶的生理生化活动，间接产生对红松针叶叶重的影响。土壤层中的速效氮含量与针叶的磷含量无关，而相对的，浅层土壤中的速效钾含量会对多年生针叶磷含量产生影响。由于红松针叶中，磷素是含量最少的大量矿质元素，因此针叶中磷含量与各层土样速效磷含量都极显著相关，土壤中速效磷是制约针叶中磷含量的重要因素。由于针叶中养分贮藏量与针叶质量和养分含量两个因素都有关，且针叶质量不直接受土壤中速效矿质养分影响，所以针叶中磷元素贮藏量与土壤中速效养分含量没有明显相关关系[28]。综上所述，在实际施肥时应关注施肥深度和肥料种类的选择。对于前者，深施肥料，注意在不同深度的土壤层平衡施用，并按果实周期及时追肥；对于后者，多施磷肥，于收获前一年，可辅助施加一定的钾肥，或直接施用磷钾复合肥，有条件的可考虑施用有机肥，加速枯落叶层的养分归还，促进林地自身的元素循环。

【参 考 文 献】

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