周世勇

(建陽市林業(yè)局，福建 建陽 354200)

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無患子苗期生物量積累和分配規(guī)律研究

周世勇

(建陽市林業(yè)局，福建 建陽 354200)

通過定量分析無患子苗期生物量的積累和分配規(guī)律，并通過SPSS進行回歸分析，擬合苗木根與莖生物量的異速生長方程、各器官及全株生物量與苗高、地徑的回歸關(guān)系。結(jié)果表明：無患子1年生播種苗生物量積累可劃分為幼苗期、速生期和生長后期3個階段。幼苗期根生物量分配比例最少，葉生物量分配比例最大，分別占全株生物量的16.85%和58.80 %；進入速生期后，生物量的積累中心逐漸轉(zhuǎn)移到根、莖，而莖是生物量積累的最主要器官，占全株生物量的61.55 %。進入生長后期，根、莖進一步木質(zhì)化，而葉片由于脫落生物量分配比例驟減，僅占全株生物量的11.44 %。根與莖生物量的異速積累、苗木各器官及全株生物量與苗木地徑、苗高生長量均存在著極顯著的相關(guān)關(guān)系，擬合的數(shù)學(xué)模型W=0.05(D2H)0849可靠性較高，可用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

無患子；生物量；積累；分配規(guī)律；數(shù)學(xué)模型

苗木生物量的積累與分配是苗木季節(jié)性生長的結(jié)果。作為影響苗木質(zhì)量的主要因素之一，生物量的大小能夠較好地反映植物的生存能力，初期生長快、生物量大的苗木，具有較強的環(huán)境適應(yīng)能力[1-2]。因此，研究苗木生物量積累和各器官分配規(guī)律，分析苗木的生產(chǎn)力和適應(yīng)能力，培育出優(yōu)質(zhì)的苗木，從而提高苗木造林效果。

無患子(Sapindus mukorossi)為無患子科無患子屬落葉大喬木，樹高可達25m，原產(chǎn)于我國長江流域以南及中南半島各地,印度和日本，對立地條件要求不高，在低山丘陵、石灰?guī)r山地等酸性、堿性鈣質(zhì)土壤上均能較好地生長。因其生長迅速、樹冠龐大、外形美觀、秋葉金黃，且對汽車尾氣、工業(yè)廢氣具有較強的吸收能力，故常作為行道樹、庭蔭樹，是我國南方常見的園林綠化樹種之一[3-5]。當前，對無患子的研究多集中于化學(xué)成分及分離技術(shù)[6-8]、遺傳變異[9-10]、分子生物標記[11-12]、生理生化活動[13-15]和優(yōu)樹選擇[16]等方面，而對無患子苗木生長規(guī)律的研究僅只是報道了地徑、苗高的生長節(jié)律[17]，未見苗木生物量積累分配規(guī)律的研究。本研究探討1年生無患子播種苗生物量積累和分配規(guī)律，為開發(fā)利用這一生物質(zhì)能源樹種，培育優(yōu)質(zhì)壯苗提供參考依據(jù)。

1　試驗地概況

試驗地設(shè)在建陽市閩北武夷山南面，地處北緯27°06′～27°43′，東經(jīng)117°31′～118°38′，屬中亞熱帶季風氣候，溫和濕潤，四季分明，日照充足，雨季集中。年平均降雨量1 907mm；年平均氣溫18.1 ℃，極端最高氣溫41.3 ℃，極端最低氣溫-8.7 ℃，無霜期280d。年平均日照總時數(shù)1 802.7h，7月最多，達250h；2月最少，為87.7h。土壤類型主要為紅壤，占所有土壤類型面積的80%。

2　材料與方法

2.1試驗材料及設(shè)計

試驗種子由建陽市林業(yè)局種苗站提供。播種前將無患子種子放入缸中用自然水溫浸泡，用水選法篩選出發(fā)育良好的種子，2～3d后撈起種子沖凈待播。3月25日播種，在整好的苗床上，將處理好的種子按株行距10cm×15cm(密度控制在53 株/m2)播種，3.0cm深穴，澆水后點播，播種時將種胚朝下。播種后2周左右幼芽陸續(xù)出土，至4月下旬出苗基本整齊，隨機設(shè)置3個觀測小樣方，樣方面積1m×1m，每個樣方內(nèi)隨機選取15株長勢良好且基本一致的幼苗編號，定時(間隔30d左右)定株測量苗高和地徑，得出該樣方內(nèi)平均苗高、地徑，然后再在樣方內(nèi)不同的3個方向選擇有代表性的平均樣苗3株，全株挖出洗凈，逐株測定其苗高、地徑、主根長、側(cè)根數(shù)，然后在105 ℃的烘箱烘干，測其干質(zhì)量，求其平均值。試驗均重復(fù)3次,苗木生長期間按常規(guī)育苗技術(shù)管理。

2.2數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)的分析作圖采用Excel2003，回歸方程的擬合采用SPSS18.0。

苗木不同器官間的生物量關(guān)系可用冪函數(shù)的形式來表示[18]，其數(shù)學(xué)表達式為:Y=AXB

式中：A為待定常數(shù)；B為異速生長常數(shù)。

前人的研究成果表明[18-20]，苗木生物量隨地徑、苗高的生長呈線性或非線性冪函數(shù)型增長，其數(shù)學(xué)模型如下：

W=a+bD+cC

(1)

W=a(D2H)b

(2)

W= aDbHc

(3)

式中：W為某一時期苗木器官或全株生物量；a、b、c均為待定系數(shù)。

3　結(jié)果與分析

3.1苗木生物量積累規(guī)律

將無患子全株生物量積累劃分為幼苗期、速生期和生長后期3個階段。其中，從4月28日(34d)—6月25日(92d)為幼苗期，這一時期苗木主要是對周圍環(huán)境的適應(yīng)生長，此時苗木各器官生長開始分化，并不能對所生存環(huán)境的光、溫、水、養(yǎng)分等資源充分吸收利用，個體競爭力較弱，只能滿足正常的生長需求，苗木生物量積累緩慢；從6月25日(92d)—10月24日(213d)苗木進入生物量快速積累期，苗木個體逐漸適應(yīng)周邊生存環(huán)境，充分利用外界資源迅速生長，根、莖的木質(zhì)化程度增大，尤其是莖生物量積累遠超過根和葉；之后從10月24日(213d)—11月25日(245d) 苗木進入生長后期，由于光照強度減弱、光合作用時間縮短、降水減少，苗木生物量積累變緩。無患子苗木生長不同時間根、莖、葉及全株生物量干物質(zhì)積累調(diào)查結(jié)果見表1。

由表1可知，無患子苗木各器官的生物量積累在不同時期表現(xiàn)各異。在幼苗期，各器官的生物量積累表現(xiàn)為葉>莖>根；進入速生期后，根吸收養(yǎng)分的能力增強，葉片數(shù)也相應(yīng)增加，使得莖的木質(zhì)化程度顯著加快，而根的生物量積累也逐漸超過葉。進入生長后期，根、莖的生物量積累變緩，其中根的生物量積累超過莖和葉，而葉由于溫度降低，為滿足其生理需要開始脫落，生物量有所下降。隨著時間的推移，葉片全部落光，苗木停止生長，其生物量的積累過程也停止。

表1　無患子苗木各器官生物量的累積

3.2苗木生物量分配規(guī)律

苗木各器官生物量分配比例見表2。

表2　苗木各器官生物量分配比例

從表2可看出，無患子苗根的生物量在全年有2個生長高峰，分別為8月底(153d)和11月底(245d)，說明在速生期和生長后期以地下部分的生長為主要，且生長后期分配比例上升速度超過速生期，這可能與當?shù)氐臍夂蚝蜔o患子本身的生物學(xué)特性有關(guān)。莖生物量分配比例總體上處于上升趨勢，在4月底(34d)分配比例最小，隨后迅速增長，9月底(187d) 生物量分配比例達到最大值，之后略有下降。葉生物量所占比例在4月底時(34d)最大，之后一直持續(xù)下降直至停止生長?？v觀整個苗期葉生物量分配比例的變化，其在幼苗期所占的比例均較大，說明無患子在幼苗期以葉生長為主。綜上所述，在幼苗期，生物量的積累主要分布在生產(chǎn)器官葉中。進入速生期后，生物量的積累中心逐漸轉(zhuǎn)移到根、莖，而莖是生物量積累的最中心。進入生長后期，根、莖進一步木質(zhì)化，而葉片脫落生物量分配比例驟減。從苗木地上與地下部分生物量分配比例來看，在整個生長期，地上部分生物量積累顯著高于地下部分，而這部分貢獻主要來自于莖，說明無患子幼苗在生長過程中，光合產(chǎn)物優(yōu)先運輸?shù)角o中。

3.3根、莖生物量積累的異速現(xiàn)象

無患子苗的根、莖生物量在不同時期表現(xiàn)出不一致的積累速度，這一現(xiàn)象即為異速生長。為此，利用SPSS18.0曲線估計中的冪函數(shù)數(shù)學(xué)模型將不同生長期根、莖之間的生物量(表1)進行擬合，得到兩器官間的異速生長方程根、莖易速生長方程及回歸假設(shè)檢驗結(jié)果見表3。

表3　根、莖異速生長方程及回歸假設(shè)檢驗結(jié)果

由表3可知，無患子的根、莖異速生長方程決定系數(shù)達0.991，方差分析表明兩者間存在著極顯著的回歸關(guān)系，且異速生長常數(shù)B值小于1。

3.4生物量積累與地徑、苗高的回歸關(guān)系

為進一步揭示無患子在苗期各器官生物量積累與地徑、苗高之間的回歸關(guān)系，將不同生長時期苗木全株及各器官的生物量與相應(yīng)時期地徑、苗高的生長量進行回歸分析。經(jīng)SPSS回歸分析、計算、篩選，發(fā)現(xiàn)模型W=0.005(D2H)0.849比其他模型更適合于無患子苗木生物量的估測(表4)。由表4可知，無患子苗木各器官生物量積累與地徑、苗高回歸關(guān)系極顯著，方程擬合效果好，能夠較準確地估測出無患子各器官的生物量。

表4　無患子生物量回歸方程

4　結(jié)　語

對無患子1年生播種苗生物量積累分配規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，苗木根生物量分配比例在全年有2個生長高峰，分別為8月底和11月底。莖生物量分配總體上處于上升趨勢，且一直超過根，在4月底生物量分配比例最小，隨后迅速增長，在9月底時生物量分配比例達到最大值，之后略有下降，但變化不大，直至生長結(jié)束時生物量占全株的60.1%。葉生物量分配比例在幼苗期最大，速生期與根基本持平，生長后期最小，最終在外界環(huán)境(如風吹、雨打、霜凍等)和自身生理活動作用下全部脫落。無患子當年生播種苗前期側(cè)重于莖的高生長和增加葉面積，有利于增強對有限光資源的吸收和利用能力，前期這種生長特性使苗木在適應(yīng)外界環(huán)境過程中能夠率先占據(jù)有利生態(tài)位。當進入秋冬時節(jié)，溫度一般較低，氣候較干旱土壤易缺水，葉片中光合同化產(chǎn)物向根部運輸比例增大，導(dǎo)致葉生物量減少，但苗木地下部分生長加強，有利于苗木根系的深扎和擴大根表面積，增強對土壤有限的水、養(yǎng)分資源的吸收和利用能力，保證苗木安全越冬。

前人研究[21-23]結(jié)果表明，當根與莖生物量間的B值大于1時，植物生長中心以地下為主，而當B小于1，則生長中心以地上為主。結(jié)合根、莖異速生長模型的擬合結(jié)果表明，無患子苗期生長趨向于地上部分，這與實際的觀察是一致的。對各器官生物量積累與地徑、苗高回歸關(guān)系的擬合結(jié)果表明，根、莖、葉及全株的生物量積累與地徑、苗高的生長量有著極顯著的相關(guān)性，能夠較好地估測各器官生物量分配，從而揭示幼苗生長的內(nèi)在規(guī)律，為更好地培育無患子壯苗提供科學(xué)依據(jù)。

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(責任編輯韓明躍)

The Research on Biomass Accumulation and Distribution Laws of Sapindus mukorossiinSeedlingStage

Zhou Shiyong

(Forestry Bureau of Jianyang in Fujian Province, Jianyang Fujian 354200, China)

Inthispaper,theseedlingbiomassofSapindus mukorossiofaccumulationanddistributionlawswasanalyzedquantitatively,thegrowthallometricequationofseedlingrootandstembiomasswasformulated,andthecorrelationofeachorgan,wholeplantbetweenseedlingheight,grounddiameterwasdescribedbymeansofSPSSregressionanalyzing.Theresultsshowedthat:theannualbiomassaccumulationoftheone-year-oldSapindus mukorossiseedlingcouldbedividedintothreestages,includingtheseedlingstage,fast-growingperiod,laterstage.Theallocationproportionofrootbiomasswastheleastinseedlingstage,butleafwasthelargest,respectivelyaccountingfor16.85 %and58.80 %ofthewholeplant.Enteringthefast-growingperiod,thecenteraccumulationofbiomassgraduallytransferredtotherootsandstems,thestembecomethemostcenterofbiomassaccumulation,accountingfor61.55 %ofthetotalplantbiomass.Atthelaterstageofgrowth,rootandstemwerefurtherlignified,thebiomassallocationproportionofleafreducedsharplybecauseleavesfalling,onlyaccountingfor11.44 %.Thedifferentspeedofbiomassaccumulationofrootandstem,andseedlingbiomassofeachorgans,wholeplant,andgrounddiameter,heightgrowthbothshowedextremelysignificantcorrelation,themathematicalmodelwashighreliability,couldbeusedtoguidethepracticalproduction.

Sapindus mukorossi;biomass;accumulation;distributionlaws;mathematicalmodel

2015-03-20

南平市科技局專項基金資助項目(IV2009244)。

周世勇(1967—)，男，工程師。研究方向：森林培育。Email：693414922@qq.com。

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.01.024

S781.55

A

2095-1914(2016)01-0140-04