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廣西32年生頂果木林分營(yíng)養(yǎng)元素積累與分配特征*

吳慶標(biāo)，宋華萍，朱媛

(廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西南寧530004)

摘要：本研究在廣西來賓市32年生頂果木人工林內(nèi)選取標(biāo)準(zhǔn)地，采用收獲樣方法計(jì)算林分生物量，同時(shí)對(duì)林分喬木層根、干、枝、葉、皮，灌木層根、干、枝、葉，草本層地上部分和地下部分進(jìn)行生物量和營(yíng)養(yǎng)元素含量的測(cè)定與分析，以研究其生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)元素分配特征。結(jié)果表明，32年生頂果木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量為808.25 t/hm2，各器官生物量排列情況為：干>枝>根>皮>葉。各器官營(yíng)養(yǎng)元素含量均以Ca最高，N和K次之，Mg、P較低。喬木層的營(yíng)養(yǎng)元素積累總量為10 000.23 kg/hm2，主要集中在干材和枝，其次是皮，最少是側(cè)根。頂果木林每積累1 t干物質(zhì)需要5種營(yíng)養(yǎng)元素的總量為12.52 kg，其中對(duì)Ca的利用效率最低，Mg最高。

關(guān)鍵詞：頂果木；人工林；營(yíng)養(yǎng)元素；分配格局

頂果木(Acrocarpusfraxinifolius)屬于豆科(Fabaceae)頂果木屬(Acrocarpus)落葉大喬木[1]，分布在廣西的南部、西部，貴州的西部和云南的南部、西南部至西部。頂果木的根系較為發(fā)達(dá)，冠幅較大和林分凋落物較為豐富，在涵養(yǎng)水源、保持水土和改良土壤等方面具有重要作用，頂果木在石山巖溶地區(qū)石漠化治理具有顯著的效果[2～3]。頂果木的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，把頂果木作為山區(qū)石漠化治理的造林樹種，進(jìn)行大面積造林，對(duì)推動(dòng)廣西石漠化治理進(jìn)程，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義[4]。

楊成華[5]圍繞頂果木的林學(xué)特性等進(jìn)行研究，研究中發(fā)現(xiàn)頂果木的分布特點(diǎn)與所處環(huán)境的溫度有關(guān)。顧茂彬等[6]則發(fā)現(xiàn)小黃粉蝶是主要危害頂果木的害蟲之一。何關(guān)順等[7]對(duì)頂果木的育苗問題進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)采用營(yíng)養(yǎng)袋育苗可以提高頂果木的成活率。黎素平等[8]對(duì)頂果木的采種、播種以及苗期的管理進(jìn)行了研究。周傳明等[9]對(duì)頂果木的離體培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)改良MS培養(yǎng)基培養(yǎng)的無菌苗長(zhǎng)勢(shì)較好，其中真葉的生長(zhǎng)較好。馬躍等[10]主要集中進(jìn)行種子、苗木的栽培技術(shù)相關(guān)的研究。呂曼芳等[11]對(duì)頂果木人工林的生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)頂果木的樹高、胸徑以及材積連長(zhǎng)率均隨著樹齡增加而增加，當(dāng)達(dá)到一定年齡后會(huì)逐漸減少，總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。郝建等[12]則以頂果木的耐旱抗旱性為中心進(jìn)行研究，結(jié)果表明在水分脅迫期間，頂果木葉片的葉綠素含量出現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，而類胡蘿卜素含量增加，可溶性糖及蛋白質(zhì)的含量則出現(xiàn)先增加再降低的趨勢(shì)。曾輝等[13]研究施肥對(duì)頂果木苗木生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)元素積累與分配的影響，發(fā)現(xiàn)施肥對(duì)葉片中N元素的累積有著促進(jìn)作用，而對(duì)植物中P元素的積累作用不明顯。鄧福春等[14]則以頂果木對(duì)錳毒害的響應(yīng)及解毒進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)頂果木葉片細(xì)胞膜的透性和丙二醇的含量隨著錳溶液的濃度增加而增加，SOD酶的活性隨著錳溶液濃度的增加表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)。先前研究主要是對(duì)頂果木的育苗、生長(zhǎng)規(guī)律或脅迫反應(yīng)進(jìn)行研究，但關(guān)于頂果木的5種營(yíng)養(yǎng)元素分配格局方面的研究不多。

本項(xiàng)目通過對(duì)廣西省來賓市32年生頂果木人工林營(yíng)養(yǎng)元素含量、積累量及其分配特征進(jìn)行研究，以揭示頂果木人工林營(yíng)養(yǎng)元素累積特點(diǎn)，為頂果木人工林的經(jīng)營(yíng)管理特別是林地營(yíng)養(yǎng)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

32年生頂果木人工林位于廣西來賓維都林場(chǎng)，北緯23°16′～26°29′，東經(jīng)108°24′～110°28′，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為18.1～21.2℃，年降水量在1 225 mm以上，主要集中在4-8月；平均海拔為125 m，土壤為砂頁(yè)巖紅壤，植株行距為3 m×4 m，林分密度為550 株/hm2，林分郁閉度為0.8[11]。

頂果木人工林草本層以弓果黍(Cyrtococcumpatens)、半邊旗(Pterissemipinnata)、 漸尖毛蕨(Cyclosorusacuminata)為優(yōu)勢(shì)種，灌木層以陰香(Cinnamomumburmannii)幼樹、小葉女貞(Ligustrumquihoui)、翻白葉(Pterospermumheterophyllum) 幼樹為優(yōu)勢(shì)種，林下植被覆蓋度約為80 %，枯落物層厚度約為2～3 cm。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)地設(shè)置和林分調(diào)查

調(diào)查林分及生長(zhǎng)情況后，按照典型選樣原則，在頂果木人工林中設(shè)置20 m×20 m的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)林木進(jìn)行每木檢尺，測(cè)得林木的平均胸徑為25.8 cm，平均高為25.66 m。在樣地中選取3株平均標(biāo)準(zhǔn)木，進(jìn)行林分生物量的測(cè)定。

表1　林分土壤基本情況

1.2.2林分生物量的測(cè)定

樹干通過Monsic分層切割法[15]測(cè)定，將標(biāo)準(zhǔn)木伐倒后以2 m為1段鋸開后分別稱取其鮮重。樹干樣品含水率及其營(yíng)養(yǎng)元素含量的測(cè)定通過現(xiàn)場(chǎng)于標(biāo)準(zhǔn)木上、中、下位置分別鋸取圓盤(厚度4～5 cm)樣品，并做好標(biāo)記，經(jīng)烘至恒重測(cè)得含水率并粉碎裝瓶待測(cè)。

枝條和葉子二者均通過全測(cè)法測(cè)定，即將伐倒的標(biāo)準(zhǔn)木的枝葉全部分離，再將枯枝和鮮枝分開，分別稱取其鮮重，各采集樣品500 g左右，其中樹葉樣品為嫩葉和老葉按一定比例混合。

根系通過全根挖掘法[16]來測(cè)定，對(duì)挖掘的根、根兜等稱得鮮重，同樣分別取500 g左右的樣品。將全部樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過105℃殺青30 min后，在85℃恒溫下烘至恒重后稱取其干重，并粉碎裝瓶待測(cè)。

1.2.3植物樣品營(yíng)養(yǎng)元素分析

采集的植物樣品在85℃的烘箱烘干至恒重，然后粉碎、裝袋、標(biāo)記。N、P、K元素含量的測(cè)定均首先采用濃 H2SO4-HClO4消化法煮至其清亮透明，N元素含量采用凱氏法測(cè)定，P元素含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，K元素含量采用火焰光度計(jì)法測(cè)定，Ca和Mg元素含量經(jīng)過HClO4-HNO3消化法煮至其清亮透明后用原子吸收光譜法測(cè)定[ 17 ]。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

本研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2007軟件分析整理，數(shù)據(jù)的顯著性差異等采用SPSS軟件進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1林分生物量

頂果木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量為808.25 t/hm2，喬木層>灌草層>凋落物層。喬木層的生物量為798.93 t/hm2，占生態(tài)系統(tǒng)的98.85 %；灌草層(6.42 t/hm2)和凋落物層(2.9 t/hm2)占生態(tài)系統(tǒng)的0.79 %和0.36 %，灌草層是其凋落物層的2.2倍(圖1)。各器官間的生物量差異顯著(圖1)，各器官生物量表現(xiàn)為干>枝>根(根兜+側(cè)根)>皮>葉，其中生物量最大的為干(456.12 t/hm2)，占喬木層的57.09 %；最小的為葉(13.17 t/hm2)，占喬木層的1.65 %。

圖1　頂果木人工林生物量

2.2營(yíng)養(yǎng)元素含量

由于各器官生理和生物學(xué)特性的不同，營(yíng)養(yǎng)元素在不同器官的含量明顯不同，營(yíng)養(yǎng)元素含量排列順序?yàn)橐訡a最高，N和K含量次之，Mg、P含量均較低(表2)。葉為N>K>Ca>P>Mg；枝為Ca>K>N>P>Mg；皮為Ca>N>K>P>Mg；干材為K>N> Ca>P>Mg；根兜為N>K>Ca>P>Mg；大根為N>K>Ca>P>Mg；中根為Ca>N>K>P>Mg；細(xì)根為N>Ca>K>Mg>P。各器官營(yíng)養(yǎng)元素含量的高低與植物生理活動(dòng)的代謝水平以及營(yíng)養(yǎng)元素本身的特性有關(guān)，光合作用、呼吸作用這些生理活動(dòng)主要是在葉子中的葉綠體和線粒體中進(jìn)行，因此葉中N和K的含量高于其他器官。而在皮中Ca含量高于其他器官，這是因?yàn)闃?gòu)成細(xì)胞壁的主要元素是Ca。

表2　頂果木人工林各組分營(yíng)養(yǎng)元素含量

2.3營(yíng)養(yǎng)元素積累與分配

頂果木喬木層的5種營(yíng)養(yǎng)元素積累總量為10 000.23 kg/hm2。由于頂果木林各器官營(yíng)養(yǎng)元素含量差別較大，因此，各器官營(yíng)養(yǎng)元素積累量及其分配存在較大的差異。頂果木林的營(yíng)養(yǎng)元素積累量主要集中在干材和枝，其次是皮，最少是側(cè)根。從喬木層各種營(yíng)養(yǎng)元素積累量來看，頂果木林的Ca、K、N的含量相似，分別為3 313.52 kg/hm2、3 179.03 kg/hm2、3 026.48 kg/hm2，分別占總積累量比例的33.13 %、31.79 %、30.26 %，Mg的積累量最小，占總積累量比例的1.27 %(表3)。

表3　頂果木人工林營(yíng)養(yǎng)元素積累與分配

2.4營(yíng)養(yǎng)元素利用效率

養(yǎng)分的利用效率體現(xiàn)了植物對(duì)于環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)元素的利用程度。養(yǎng)分利用效率主要采用的是Chapin指數(shù)(植物的養(yǎng)分貯量/植物的生物量)[18]。頂果木每積累1 t干物質(zhì)需N、P、K、Ca 和Mg這5種營(yíng)養(yǎng)元素12.52 kg，對(duì)各營(yíng)養(yǎng)元素的利用效率為Mg>P>N>K>Ca。不同器官對(duì)各營(yíng)養(yǎng)元素的利用效率分別為，葉是Mg>P>Ca>K>N；枝是Mg>P>N>K>Ca；皮是Mg>P>K >N>Ca；干材是Mg>P>Ca>N >K；根兜是Mg>P> Ca>K>N；側(cè)根是Mg>P> K>Ca >N(表4)。

表4　頂果木人工林的營(yíng)養(yǎng)元素利用效率

3結(jié)論

32年生頂果木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量為808.25 t/hm2，各器官的生物量排列情況為干>枝>根(根兜+側(cè)根)>皮>葉。跟相近樹齡的其他樹種比較后可知32年生頂果木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量較高，說明頂果木對(duì)來賓市的環(huán)境的適應(yīng)性好。

營(yíng)養(yǎng)元素分布表現(xiàn)為Ca>N>K>P>Mg，干材中營(yíng)養(yǎng)元素的含量最低。其中P和Mg的含量太低，作為調(diào)節(jié)代謝因子參與光合作用等重要的生理過程，P和Mg的低含量可能成為影響頂果木生產(chǎn)力的重要因素。

32年生頂果木林的營(yíng)養(yǎng)元素積累總量為10 000.23 kg/hm2，各器官按營(yíng)養(yǎng)元素積累量排序?yàn)楦刹?枝>皮>根>葉，干材占總積累量的32.25 %。

32年生頂果木林營(yíng)養(yǎng)元素的利用效率為12.52 kg/t，其中N、K、Ca的利用率都較低，可以適當(dāng)施肥提高其利用率。

4討論

4.1林分生物量

頂果木人工林各器官的生物量存在不同程度的差異，各器官的生物量排列情況為:干>枝>根(根兜+側(cè)根)>皮>葉，這與30年生馬尾松[18]：干>枝>根>皮>葉；32年生杉木[19]：干>枝>根>葉的結(jié)果一致。 32年生頂果木人工林生態(tài)系統(tǒng)生物量為808.25 t/hm2，與其他珍貴樹種28年生的紅椎[20](94.797 t/hm2)、33年生的格氏栲[21](421.74 t/hm2)相比要高，說明32年生頂果木人工林具有較高生物量積累，優(yōu)勢(shì)明顯。

4.2營(yíng)養(yǎng)元素含量

由于各器官生理和生物學(xué)特性的不同，營(yíng)養(yǎng)元素在不同器官的含量明顯不同，營(yíng)養(yǎng)元素含量排列順序?yàn)橐訡a含量最高，N和K次之，Mg、P含量均較低，表現(xiàn)為Ca>N>K>P>Mg，這與佟志龍等[22]研究結(jié)果一致。32年生頂果木林在同一器官中，營(yíng)養(yǎng)元素的含量不同：N、K在葉中占有重要的比例，Ca在皮中含量遠(yuǎn)大于其他元素，主要原因是各器官生理和生物學(xué)特性不同，這與28年生紅椎林[23]、30年生云南松[22]研究結(jié)果一致。

4.3營(yíng)養(yǎng)元素積累量分配

本研究中32年生頂果木林的營(yíng)養(yǎng)元素積累總量為10 000.23 kg/hm2，遠(yuǎn)高于其他珍貴樹種28年生紅椎[23]2 767.28kg/hm2、30年生福建柏[24]617.96 kg/hm2、31年生杉木[25]2 005.25 kg/hm2、46年生灰木蓮[26]1 948.78 kg/hm2，主要原因?yàn)?2年生頂果木林生物量和營(yíng)養(yǎng)元素含量較高。各組分按營(yíng)養(yǎng)元素積累量大小排序?yàn)楦刹?枝>皮>根>葉。從喬木層不同營(yíng)養(yǎng)元素積累量看，以Ca的積累量最多，為3 313.52 kg/hm2，其他營(yíng)養(yǎng)元素積累量排序?yàn)镵>N>P>Mg。

4.4營(yíng)養(yǎng)元素利用效率

本研究中32年生頂果木人工林每積累1 t干物質(zhì)需N、P、K、Ca和Mg 5種營(yíng)養(yǎng)元素12.52 kg，32年生頂果木林的利用效率不如其他珍貴樹種29年生杉木[27](8.018)、28年生紅椎[23](12.3)，僅大于13年生西南樺[23](13.33)，表明頂果木林有較低的營(yíng)養(yǎng)元素利用效率。就32年生頂果木林對(duì)各營(yíng)養(yǎng)元素的利用效率看，以Mg、P最高，其次為N、K，Ca最低，這也與杉木[27]、禿杉[28]和馬尾松-火力楠混交林[29]的研究結(jié)果基本一致。

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[15]中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所.森林土壤銨態(tài)氮的測(cè)定(LY/T1231-1999)[S].國(guó)家林業(yè)局,1999.

[16]中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所.森林土壤全磷的測(cè)定(LY/T1232-1999)[S].國(guó)家林業(yè)局,1999.

[17]中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所.森林土壤有效磷的測(cè)定(LY/T1233-1999)[S].國(guó)家林業(yè)局,1999.

[18]中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所.森林土壤全鉀的測(cè)定(LY/T1234-1999)[S].國(guó)家林業(yè)局,1999.

[19]中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所.森林土壤速效鉀的測(cè)定(LY/T1236-1999)[S].國(guó)家林業(yè)局,1999.

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Accumulation and Distribution Characteristics of Nutrients in

Acrocarpus fraxinifolius Plantations

WU Qing-biao,SONG Hua-ping,ZHU Yuan

(Forestry College，Guangxi University，Nanning Guanxi 530004，P.R.China)

Abstract:To guide the Acrocarpus fraxinifolius plantations in Lai-bin of Guangxi province,the accumulation and distribution characteristics of nutrients was analyzed.In sample plot of Acrocarpu fraxinifolius plantation,harvest method was used to measure the biomass,and samples were collected from leaves,branches,stems,and root of arbor layer plants,leaves,twigs,and roots of shrubs,aboveground and underground parts of herbs.The results showed that the total carbon storages of plantation ecosystems was 808.25 t/hm2.The average biomass content in different organs in tree layer of plantation increased in the order as trunk>branch>root>bark>leaf.Ca was the nutrient element with highest content,followed by N and K,Mg and P had the lowest content.The nutrient accumulation of tree layer 10 000.23 kg/hm2,mainly in trunk and branches,followed by bark,and the root at the last.The total accumulation of 5 nutrient elements needed for 1 t dry matter for Acrocarpus fraxinifolius plantations were 12.52 kg.The use efficiency of Ca was the least while that Mg was the highest.

Key words:Acrocarpus fraxinifolius; plantation; nutrient element; distribution pattern

中圖分類號(hào)：S 792.99

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-8246(2015)05-0039-06

作者簡(jiǎn)介：第一吳慶標(biāo)(1976-)，男，副教授，博士，主要從事碳循環(huán)研究。E-mail：wuqb2003@163.com

基金項(xiàng)目：廣西林業(yè)科技項(xiàng)目“珍稀樹種頂果木人工林綜合技術(shù)研究”(桂林科字[2013]第19號(hào))。

收稿日期：*2015-04-11

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.05.008