东北林区红松土壤及针叶中钙、镁、硫质量分数1)

赵瑛琳 郭亚芬 崔晓阳

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

东北林区红松土壤及针叶中钙、镁、硫质量分数1)

赵瑛琳 郭亚芬 崔晓阳

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

以不同地区的红松为研究对象，测定了针叶中Ca2+、Mg2+、S及土壤中交换性Ca2+、Mg2+、有效S的质量分数，并结合海拔、纬度、坡度等地形因子进行相关性分析。研究结果表明：红松针叶营养中Ca2+质量分数最大，Mg2+和S的质量分数相差不大；红松林下土壤中交换性Ca2+、Mg2+、有效S的质量分数比较高，并不需要施肥，质量分数由大到小顺序为Ca2+、Mg2+、S。土壤交换性Ca2+质量分数与针叶Ca2+质量分数不相关，土壤交换性Mg2+质量分数与针叶Mg2+质量分数极显著正相关，土壤有效S质量分数与针叶S质量分数不相关。针叶中的Mg2+与纬度极显著正相关，与海拔极显著负相关；Ca2+与坡度极显著正相关；S与坡度显著正相关。

红松针叶；红松林土壤；植物营养元素；土壤营养元素

An experiment was conducted to select different placesPinuskoraiensisin the latitude to analyze the leaf and soil Ca2+, Mg2+, S element determination. Combining with the relevant analysis of their elevation, latitude and slope, the content of Ca2+in leaf was the highest, Mg2+in leaf was similar with S in leaf. Comparison of the size of the soil nutrient content was Ca2+﹥Mg2+﹥S. The contents of Ca2+, Mg2+, S were rich without fertilization. Ca2+content in soil and in leaf had no significant correlation. Mg2+in soil and in leaf showed a highly significant correlation. S in leaf and in soil had no significant correlation. Mg2+in leaf was remarkably related with latitude, and had the remarkable negative correlation with elevation. Ca2+and S in leaf was remarkably related with slope.

红松(Pinuskoraiensis)是松科(Pinaceae)松属(pinus)的常绿乔木，是我国东北地区特有的珍贵用材树种，也是目前东北分布较广的主要造林绿化树种之一。红松仅分布在北至俄罗斯远东沿海的丘陵地区、南到朝鲜的中南部及日本的本州中部、四国山地。我国东北是红松在世界上分布的中心地带，自然分布区大致与长白山、小兴安岭山系所蔓延的范围相一致[1]。钙是植物必需营养元素之一，能提高植物的产量和品质[2-3]，有研究表明，钙元素能提高植物抗病性[4]，钙还能提高植物的抗逆性，如，耐盐[5]，耐干旱[6]，耐高温[7]、低温[8]、减轻铝毒[9-10]等。镁是叶绿素的重要成分，能够促进叶绿素的形成，从而有利于光合作用的进行，同时对植物的产量和品质具有重要意义[11-12]。硫是植物的重要营养元素，在植物生长发育及代谢过程中都起着重要的作用[13]，硫在植物光合作用中也起到十分重要的作用[14]。同时硫对植物的产量和品质也有影响[15-17]。根据针叶及林下土壤钙、镁、硫质量分数的研究结果，可以为合理施肥提供依据。

有研究指出，植物营养元素的质量分数受海拔、纬度等地形因子的影响，不过绝大多数的研究都是有关碳、氮、磷、钾等元素的[18-19]，关于不同地区红松针叶及其林下土壤中钙、镁、硫质量分数的探讨较少。本文结合地形因子，从该角度对红松营养特点进行研究，旨在为不同地区红松植物营养元素质量分数变化方面的相关研究提供参考。

1 研究区概况

在黑龙江、吉林两省，沿张广才岭至长白山一线(126°59′03″～130°46′07″E，41°26′02″～46°22′28″N)，选区15处样地，每处选取红松主要优势木林分为采样目标。样地及林分的基本状况见图1和表1。

由于红松营养元素的季节性变化较大[20-21]，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。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：每个样地林内选择3株相邻红松采集针叶样品，并同时在3株样树围成的三角区域内挖出3个剖面采集土样。针叶选取自冠层上部枝条，每株样树按光照程度分别选取阳面阴面枝条各一，每个枝条摘取1年生及2年生针叶，同时在林缘随机选择一棵红松采集1年生和2年生针叶，每个样地14个样品，共计210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。土壤样品采集以深度划分层次，即每20 cm为一层，共采集3层，每个样地9个样品，共计135个样品，分别装入收集袋内，在采样途中，尽量阴干土样，全部土样采集完毕后，在实验室内过1.00 mm筛后待用。本试验只采用表层土(20 cm)。

图1 采样地分布图

表1 采样地及采样林分的基本状况

植物中的Ca2+、Mg2+、S及土壤中交换性Ca2+、交换性Mg2+、有效S养分的测定全部采用土壤农业化学常规分析方法[22]。针叶样品是采用硝酸——高氯酸消化法得到浸提液，再用EDTA络合滴定法测定针叶中的Ca2+和Mg2+的质量分数，用硫酸钡比浊法测定针叶中S的质量分数。土壤样品的交换性Ca2+和Mg2+的质量分数是采用醋酸铵浸提，EDTA络合滴定法测定，土壤有效S的质量分数是采用磷酸盐浸提，硫酸钡比浊法测定。数据的处理采用Microsoft office excel和SPSS两种软件对所获得的数据进行分析处理。红松针叶及土壤营养质量分数分析见表2和3。针叶与土壤营养对比分析见表4—表6。针叶与土壤营养的相关性分析见表7。不同地区红松针叶与地形因子的相关性分析见表8。

2 结果与分析

2.1 红松土壤及针叶营养元素特征

2.1.1 红松土壤营养元素特征

土壤营养元素的测定是为了更好地研究和讨论不同样地红松体内各营养元素质量分数的比较情况，土壤养分的质量分数对植物体内养分含量有一定的影响。本试验对红松土壤钙、镁、硫的质量分数进行了测定，结果如表2所示。

交换性Ca2+、交换性Mg2+、有效S质量分数变化范围分别是541.01～5 951.64、105.30～1 653.00、7.61～22.11 mg·kg-1。土壤营养质量分数由大到小为Ca2+、Mg2+、S。3种营养元素质量分数比较丰富，施肥时不需要额外施加钙镁硫肥。

根据K-S检验可看出，林地土壤中的交换性Ca2+、有效S服从正态分布(P>0.05)，而交换性Mg2+不服从正态分布。Ca2+、有效S质量分数分布的偏度值大于0，为正偏态，且偏离程度较小。Mg2+的峰度值大于0，质量分数值较为集中，Ca2+、有效S的峰度值小于0，质量分数值较为分散。结合变异系数，可以看出Ca2+、Mg2+、有效S 3类营养元素的质量分数较为离散。

表2 红松土壤营养元素的统计特征

2.1.2 红松针叶营养元素特征

根据表3所示，红松针叶Ca2+、Mg2+、S质量分数变化范围分别是1 241.86～7 827.26、，522.32～3 899.16、707.55～3 041.98 mg·kg-1。针叶营养中Ca2+质量分数最大，Mg2+和S的质量分数相差不大。

经K-S检验可看出，红松针叶中的Ca2+、Mg2+、S均服从正态分布(P>0.05)。Ca2+、Mg2+、S质量分数分布的偏度值均大于0，属于正偏态，且偏离程度较小。Mg2+的峰度值大于0，说明质量分数值较为集中，Ca2+、S的峰度值小于0，质量分数值较为分散。结合变异系数，可以看出Ca2+、Mg2+、S 3类营养元素的质量分数较为离散。

表3 红松针叶营养元素的统计特征

红松针叶营养元素营养元素质量分数/mg·kg-1最大值最小值平均值标准差变异系数/%偏度峰度K-S检验(P值)Ca2+7827.261241.863771.151451.9938.500.393-0.7700.060Mg2+3899.16522.321605.98590.4636.770.7330.5440.132S3041.98707.551633.67445.0527.240.350-0.0610.815

2.2 不同地区红松营养元素比较

2.2.1 针叶及土壤钙元素质量分数的比较

钙元素是构成植物细胞壁的主要物质，是细胞质膜的重要组成部分[23]。如表4所示，针叶Ca2+质量分数在孟家岗林业局到寒葱岭之间变化不明显，在大蒲柴河镇到长白县之间随纬度的降低针叶Ca2+的质量分数略有升高。土壤交换性Ca2+质量分数在东京城最高，在永庆乡最低，而泉阳镇和临江市的Ca2+质量分数较北岗镇和闹枝林场有所降低。总体看来，针叶Ca2+质量分数和土壤交换性Ca2+质量分数的变化趋势大致相同。

由表4可以看出，土壤中交换性Ca2+质量分数越高，针叶中的质量分数越高，因为土壤交换性Ca2+是可以被植物直接吸收利用的。土壤中的Ca2+随着海拔的增加而减少[24]，所以在海拔较高的泉阳镇Ca2+质量分数较低；由于土壤的岩溶作用，处于坡下的样地(东京城)Ca2+质量分数较高，坡上的样地(临江市)质量分数较低。

2.2.2 针叶及土壤镁元素质量分数的比较

镁元素是叶绿素的组成成分，合成叶绿素能促进光合作用。它可以保证核糖体结构的稳定，为蛋白质合成提供场所。另外，镁元素还能活化和调节酶促反应[23]。如表5所示，土壤交换性Mg2+与针叶中Mg2+的质量分数变化趋势大致相同。

土壤交换性Mg2+质量分数整体变化趋势中间高，两边低。最高的地方是东京城，可以达到1 395.16 mg·kg-1，样地处于坡下，岩溶作用使样地积累的Mg2+质量分数明显比别的地方高。而针叶中Mg2+的质量分数的变化趋势基本上是随纬度的降低而降低，因为纬度相差较小，所以偶尔略有波动。

表4 不同纬度下红松针叶及土壤中交换性Ca2+的质量分数

表5 不同纬度下红松针叶及土壤中交换性Mg2+的质量分数

2.2.3 针叶及土壤硫元素质量分数的比较

硫元素是许多氨基酸和酶的组成成分，也是蛋白质不可缺少的组分。硫元素对叶绿素的形成也有一定的影响[23]。

如表6所示，针叶中S的质量分数在长白县最高，北岗镇和泉阳镇质量分数最低；土壤有效S在孟家岗质量分数最高，在苇河林业局和大蒲柴河镇质量分数最低，针叶内S的质量分数变化趋势与土壤中有效S的变化趋势并不同，且土壤有效S和针叶内S质量分数的变化趋势与纬度没有相关性。

2.3 红松针叶及土壤中营养元素相关性

如表4所示，土壤中交换性Mg2+与红松针叶Mg2+极显著正相关，土壤中交换性Ca2+与红松针叶Ca2+不相关，土壤中有效S与红松针叶有效S也不相关。

由于环境因素和地形因素对土壤和针叶中Ca2+、Mg2+、S质量分数的影响，元素整体的相关性不高。土壤中交换性Ca2+和Mg2+的质量分数由于土壤岩溶作用会随地形而变化；而S的质量分数并不完全依赖于从土壤中汲取，空气中的含S气体也对针叶中S的质量分数有影响[25]。

表6 不同纬度下红松针叶及土壤中S的质量分数

表7 针叶与土壤营养元素之间的相关性

注：** 表示相关性达到极显著水平(p<0.01)。

注：** 表示相关性达到极显著水平(p<0.01)。

2.4 红松针叶营养与地形因子之间的相关性

根据15个样地的地形因子和针叶中营养质量分数的相关分析得出，针叶中的Mg2+与纬度极显著正相关，这与图3分析结果相同；Mg2+与海拔极显著负相关；Ca2+与坡度极显著正相关。土壤中Ca2+、Mg2+质量分数与海拔呈负相关关系，与坡度呈正相关关系[24]，由于针叶中的Ca2+、Mg2+主要来源土壤，所以针叶中Mg2+可能与海拔呈负相关关系，Ca2+可能与坡度成正相关关系，与本文的分析结果一致。

3 结论与讨论

红松叶片中的Ca2+和Mg2+主要来自于土壤，而土壤中的Ca2+和Mg2+主要来源于岩石的风化，所以土壤中交换性Mg2+与针叶中Mg2+的质量分数变化趋势大致相同，两者之间有很明显的相关性；而红松土壤中Ca2+的质量分数变化趋势与针叶中Ca2+的变化趋势并不完全相同，个别地区质量分数略有波动，可能是因为土壤的岩溶作用对Ca2+的影响比较大，使不同坡度的样地Ca2+质量分数变化较大；也有可能是因为施肥的时候引入了Ca2+。土壤中有效S与针叶中有效S的质量分数变化趋势并无显著相关性，是因为针叶中的S一部分从土壤中直接获得，另一部分从大气中获得，大气中获得的S质量分数与样地周围的环境有关，因此两者并不相关。

地形因子对针叶营养的影响与样地所在的环境有关，温度、湿度、土壤的风化程度以及大气中S的质量分数等因子均可能影响针叶中Ca2+、Mg2+、有效S的质量分数。随着纬度的升高，温度逐渐降低，降雨量逐渐减少，土壤的岩溶作用降低，所以Mg2+的质量分数相对较高。海拔越高，温度越低，加上降水的影响，海拔和坡度也可能影响Ca2+、Mg2+、有效S的质量分数，具体原因有待进一步查证。

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ThePinuskoraiensisSoil in the Forest Region of Northeast China and the Contents of Ca, Mg and S in the Needle

Zhao Yinglin, Guo Yafen, Cui Xiaoyang(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)/Journal of Northeast Forestry University，2015,43(4)：57-61.

Pinuskoraiensisneedle;P.koraiensisSoil; Plant nutrient elements; Soil natrient elements

赵瑛琳，女，1989年5月生，东北林业大学林学院，硕士研究生。E-mail：1138770436@qq.com。

崔晓阳，东北林业大学林学院，教授。E-mail：c_xiaoyang@126.com。

2014年10月13日。

S791.247

1)林业公益性行业科研专项经费项目(201204320)。

责任编辑：潘 华。