浙西南油茶林下猪屎豆生物量和元素含量分析

吴国华，夏春平，钟张胜，周众灵，林大余，兰智鑫，葛永金

(1.龙泉市林业技术总站，浙江 丽水 323700； 2.龙泉市林场，浙江 丽水 323700； 3.浙江农林大学，浙江 杭州 311300； 4.华东药用植物园科研管理中心，浙江 丽水，323000)

油茶(Camelliaoleifera)是重要的高级食用植物油树种，浙西南共有油茶面积7.4万hm2，其中新造良种基地面积2.1万hm2。由于新造良种基地采取工程技术垦造，土壤种子库遭严重破坏，地被覆盖物少，水土流失严重，且前期经济效益低下[1-2]。油茶林间作固氮增肥的豆科植物[3-5]、还田增肥的绿肥作物[6-7]以及促进结实的蜜源植物能较好的解决此问题。

猪屎豆(Crotalariapallida)为豆科(Leguminosae)猪屎豆属(Crotalaria)植物，具有发达的根系和丰富的根瘤菌，花多色艳，耐旱和耐贫瘠，常用作道路绿化、绿肥[8-9]。目前对猪屎豆的研究包括道路绿化的应用[10-12]、固氮增肥的作用[8]以及药用价值[13-14]等方面，对其同属植物的光合特性[15]、营养富集[16-17]以及生物量[18]等方面也有研究，但未见与油茶林间作的报道，包括对该生境下对猪屎豆生物量的分配及元素富集能力等。植物生物量对增加油茶林地土壤有机质具有重要作用[19-21]，同时研究植物对营养元素的富集情况，可作为对水肥及微量元素流失情况的参考。本研究对油茶林下猪屎豆生物量分配及营养元素富集能力进行分析，以期为猪屎豆作为油茶新造林地绿肥与蜜源植物种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于浙江省西南部丽水市龙泉市兰巨乡，属于亚热带季风气候，年均气温17.9 ℃，年均降水量1598.9 mm。土壤为红黄壤，立地类型为东南阳坡下部。试验油茶林2010年种植，株行距为3 m×4 m。2020年4月1日在油茶株行间点播1年生猪屎豆，株行距为10 cm×10 cm。

1.2 试验方法

2020年10月1日随机选取2块面积均为1.0 m×0.2 m的油茶林猪屎豆间作地，采用全挖法收集样地上所有猪屎豆植株的根、茎和叶，用于生物量测定与营养元素含量测定。植物的根长、冠幅、基径以及株高采用卷尺测定；根、茎、叶的生物量测定采用称重法测定，鲜质量测定后，65 ℃烘箱烘干测定干质量。总生物量=根质量+茎质量+叶质量。测定植物的大量元素(N、P、K)和微量元素(Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu)，其中N采用H2SO4-H2O2消解法和AA3连续流动分析仪测定；P采用H2SO4-H2O2消解和钒钼黄比色法测定；K采用H2SO4-H2O2消解和火焰光度法测定；微量元素均采用干灰法和原子吸收分光光度法测定[22]。

1.3 数据分析

利用Excel进行数据前期处理，利用SPSS 25.0进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 猪屎豆植株生物量分配规律

调查结果表明，猪屎豆180 d时，平均单株生物量(7.84±1.50)g，其中根生物量(0.71±0.17)g，占9%；茎生物量(4.85±1.24)g，占62%；叶生物量(2.29±0.13)g，占29%。猪屎豆各器官生物量分配由大到小依次为茎>叶>根，可见，油茶林下的猪屎豆地上生物量的累积显著高于地下，二者比值约为9∶1。猪屎豆根长(29.69±5.74)cm，冠幅(20.85±7.19)cm，基径(4.81±0.83)mm，株高(81.94±17.73)cm。

由猪屎豆根长、基径、冠幅、株高以及各器官生物量的相关性分析(表1 )表明，猪屎豆各指标之间均为显著正相关，其中根长与其它指标之间的相关性相对较小，而基径及株高与各生物量之间的相关性较高，初步判定基径和株高较根长和冠幅与生物量之间的相关性更为密切。

表1 猪屎豆形态特征与各器官生物量的相关性分析

2.2 猪屎豆对营养元素的富集特征

猪屎豆对营养元素的富集及不同组织营养分配情况见表2。由表2可知，氮、磷、钾作为植物生长的三大必需元素，含量相对较高，其次是钙、镁含量，铁、锰、锌、铜则相对较低一些。不同组织中各元素的富集能力有所差异，其中根对不同元素的富集能力依次为N>K>P>Fe>Ca>Mg>Mn>Zn>Cu；茎对不同元素的富集能力依次为N>K>P>Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu；叶对不同元素的富集能力依次为N>K>Ca>Mg>P>Mn>Fe>Zn>Cu。

不同元素在不同组织的富集含量有所差异，其中对于P、K、Zn的富集能力依次为茎、叶、根，最高富集含量依次为2.41、16.80、43.13 mg·kg-1，最低富集含量依次为1.38、10.85、32.20 mg·kg-1；Fe则相反，在根中富集最多，为1148.56 mg·kg-1，叶次之，茎中最少；Cu的富集由高到低依次为叶、根、茎，与其它元素相比，不同组织对Cu的富集能力差异较小；N、Ca、Mg、Mn在组织中的富集由高到低依次为叶、茎、根，最高含量分别为73.69、3.60、3.25、445.61 mg·kg-1，特别是N元素，在叶中的含量多于根和茎的总和。

表2 猪屎豆各组织中不同营养元素的含量

利用单位面积猪屎豆生物量和营养元素的累积量计算出每公顷猪屎豆营养元素的总累积量，结果见表3。猪屎豆富集营养元素由大到小依次为N(688.69 kg·hm-2)>K(294.88 kg·hm-2)>P(44.87 kg·hm-2)>Ca(41.20 kg·hm-2)>Mg(34.08 kg·hm-2)>Mn(4.07 kg·hm-2)>Fe(3.75 kg·hm-2)>Zn(0.77 kg·hm-2)>Cu(0.12 kg·hm-2)。

表3 猪屎豆营养元素累积量 kg·hm-2

3 结论与讨论

本研究表明，油茶林间作绿肥猪屎豆植株地下生物量仅占植株总生物量9%，地上生物量占比高达91%，除铁元素以外，其它包括N、P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn在内的8种营养元素，在茎和叶中的富集均大于在根中的富集，各元素在猪屎豆中的富集从大到小依次为N>K>P>Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu。

研究结果提示，为增加土壤有机质含量，不应将地上部分收割后移出油茶林地，应将其翻埋地下，以起到加速土壤熟化过程，培育土壤肥力的作用[23]。将猪屎豆生物量分配与营养元素的富集结合来看，该生境下猪屎豆的营养元素更倾向于在地上部分富集，这刚好与绿肥翻压入土，补充土壤营养元素这一主要功能相适应，因而当猪屎豆的营养富集的主要器官在其生物量分配中占优势时，对其绿肥作用的发挥有重要的意义。

本研究发现，猪屎豆在油茶林下中各元素的富集能力与红壤荒地上猪屎豆富集能力有所不同，除对微量元素Ca的富集能力较红壤荒地的猪屎豆弱，其余包括大量元素N、P、K和微量元素Mg、Fe、Mn、Cu、Zn在内的营养元素富集含量均多于红壤荒地下的含量[23]。