不同土層中氮磷鉀養(yǎng)分對(duì)紅松針葉磷素的影響

王超逸，郭亞芬，崔曉陽(yáng)

(東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040)

紅松(Pinuskoraiensis)是東北地區(qū)有代表性的土生樹(shù)種，尤其在小興安嶺、長(zhǎng)白山一帶分布廣泛，是當(dāng)?shù)刂饕臓I(yíng)林樹(shù)種，并且也有著重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由于歷史原因，原始紅松林只在少數(shù)幾個(gè)地區(qū)呈規(guī)模化存在。目前的紅松以人工種植的混交林和純林為主，因此在國(guó)內(nèi)相關(guān)研究中，多數(shù)研究者主要集中于對(duì)同一地區(qū)紅松以林分為差異點(diǎn)展開(kāi)討論，或者異地紅松間以地域生境差異為出發(fā)點(diǎn)，比較紅松各項(xiàng)指標(biāo)的差異。前者常以時(shí)間為尺度，多則考察數(shù)年。數(shù)十年間，少則以季度、月份為單位關(guān)注紅松生長(zhǎng)的相對(duì)小環(huán)境[1-3]。后者由于地域跨度的問(wèn)題，該類(lèi)研究多關(guān)注于紅松的較宏觀問(wèn)題，即在生長(zhǎng)的相對(duì)大環(huán)境，因地域差異，紅松表現(xiàn)出在形態(tài)上，生理生化上的適應(yīng)性，并逐步豐富紅松的遺傳多樣性[4-6]，此類(lèi)研究也多因采樣地域少，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)異地紅松共性的探討。而本文在更多地域調(diào)查的基礎(chǔ)上，盡量減小個(gè)別特殊地域環(huán)境對(duì)紅松的影響，將研究的關(guān)注點(diǎn)設(shè)定于紅松營(yíng)養(yǎng)層面。又由于已有研究顯示紅松自身磷素水平以及土壤中磷素水平都會(huì)對(duì)紅松的某些生理指標(biāo)產(chǎn)生影響，因此進(jìn)一步縮小研究范圍至紅松的磷素營(yíng)養(yǎng)層面。在此研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者宋秀琴等報(bào)道紅松幼樹(shù)樹(shù)高和土壤中速效磷含量呈負(fù)相關(guān)，但未涉及速效磷對(duì)成年紅松的影響[7]；李國(guó)雷等的研究則表明紅松苗的葉磷含量與苗高和地徑均呈顯著正相關(guān)，莖磷含量則與幼苗成活率、苗高和地徑等成顯著負(fù)相關(guān)，而單株的葉、莖和根磷貯量等均與3個(gè)指標(biāo)存在正相關(guān)關(guān)系；而根磷含量則與前述3個(gè)指標(biāo)無(wú)關(guān)[8]。由此可見(jiàn)磷素水平對(duì)幼年紅松相關(guān)生長(zhǎng)指標(biāo)有明顯影響。紅松的針葉能更明顯的表現(xiàn)成年紅松近一兩年的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)情況[9]。針葉中又以冠層上部的葉片最能代表紅松營(yíng)養(yǎng)狀況，因此本文選擇紅松冠層上部針葉和林下土壤為研究對(duì)象，考察葉片營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)與不同土壤層間養(yǎng)分含量的相關(guān)性。在三大主要礦質(zhì)元素中，氮與鉀的含量一般情況相對(duì)磷而言較為豐富，磷由于自身元素性質(zhì)，易被土壤固定失活，因此磷含量容易成為成年紅松生長(zhǎng)的制約性因素。由此本研究主要側(cè)重于多地域的不同土壤層磷含量對(duì)于成年紅松不同年生針葉的影響狀況。研究結(jié)果可為紅松的營(yíng)造、合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)范圍及研究方法

在黑龍江、吉林兩省，沿張廣才嶺至長(zhǎng)白山一線，在考慮紅松生長(zhǎng)地理環(huán)境多樣性的前提下，選取樣地15處，每處選取當(dāng)?shù)丶t松主要優(yōu)勢(shì)林分為采樣目標(biāo)。樣地及林分的基本狀況見(jiàn)表1。由于紅松營(yíng)養(yǎng)元素的季節(jié)性變化較大[10-11]，因此為保證不同地點(diǎn)紅松生長(zhǎng)期的可比性，以及考慮生長(zhǎng)期的元素高峰時(shí)段，選取同年同月，即2012年8月沿預(yù)先設(shè)定好的路線依次在各樣地采樣。在樣地林內(nèi)選擇3棵相鄰紅松采集針葉樣品，并同時(shí)在3棵樣樹(shù)圍成的三角區(qū)域內(nèi)挖出3個(gè)剖面采集土樣。綜合考慮紅松生長(zhǎng)期、采樣速度和往返各樣地所需時(shí)間后，確定如下采樣方案：針葉選取自冠層上部枝條，每棵樣樹(shù)按光照程度分別選取陽(yáng)面陰面枝條各一，每枝條摘取1年生及2年生針葉，每樣地12個(gè)樣品，共計(jì)180個(gè)樣品，用清水洗凈葉面浮塵，陰干，放入信封帶回實(shí)驗(yàn)室，在恒溫箱中殺青，烘干。最后針葉用小型粉碎機(jī)處理，過(guò)0.25 mm篩后待用。因采樣地點(diǎn)基本都是暗棕壤，所以統(tǒng)一以深度劃分土壤層次，即每20 cm為一層，共采集3層，每樣地9個(gè)樣品，共計(jì)135個(gè)樣品，然后分別裝入收集袋內(nèi)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)過(guò)1 mm篩待用。

表1 采樣地及采樣林分的基本狀況

植物磷與速效氮磷鉀養(yǎng)分的測(cè)定全部采用土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法[12]。針葉及土壤樣品測(cè)定方法為單個(gè)樣品進(jìn)行三次平行測(cè)定，在誤差允許范圍內(nèi)，取平均值為元素水平。數(shù)據(jù)處理時(shí)，對(duì)于樣地紅松針葉質(zhì)量和針葉磷含量，由實(shí)驗(yàn)得出的該樣地所有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)取均值代表，針葉磷貯量由針葉質(zhì)量均值與針葉磷含量均值的乘積求得。針葉的質(zhì)量、磷含量與磷貯量見(jiàn)表2。土壤中速效養(yǎng)分的含量見(jiàn)表3。針葉質(zhì)量與土樣礦質(zhì)元素水平(見(jiàn)表4)，植物樣中磷素水平與土樣中速效氮、速效鉀水平(見(jiàn)表5)均采用相關(guān)分析法，具體由表2和表3中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算相關(guān)系數(shù)求得。植物樣中磷與土樣中速效磷水平采用SPSS19軟件線性回歸分析[13]，結(jié)果見(jiàn)表6。

2 結(jié)果與分析

2.1 針葉質(zhì)量與土壤中礦質(zhì)元素含量的關(guān)系

針葉是光合作用的主要場(chǎng)所，生成有機(jī)物質(zhì)，而有機(jī)物質(zhì)是針葉內(nèi)部的主要成分，因此，針葉質(zhì)量大小，可以在一定程度上反映紅松自身同化作用的強(qiáng)弱。同時(shí)由于葉重大小，將決定針葉外在形狀的大小，即較大的葉重，針葉將呈現(xiàn)扁而粗的形態(tài)，較小的葉重，針葉會(huì)相對(duì)變得窄小，形狀差異對(duì)于蒸騰作用有很大影響[14]，因此葉重可以間接反映針葉對(duì)于不同氣象，不同水熱環(huán)境的應(yīng)對(duì)。

表2 針葉的質(zhì)量與磷素水平

注：表中字母a～o表明所測(cè)因子在0.05水平有顯著差異

從表2可以看到，紅松針葉質(zhì)量都表現(xiàn)為2年生明顯高于同地1年生針葉，這是由于時(shí)間積累效應(yīng)，老葉自然儲(chǔ)存較多的有機(jī)物質(zhì)所致。而比較異地紅松針葉，可以看到相互間均存在比較明顯的差異，1年生針葉中橫道河子的質(zhì)量最小，孟家崗的質(zhì)量最大；2年生針葉中大蒲柴河的質(zhì)量最小，永慶的質(zhì)量最大。葉磷含量表現(xiàn)為1年生針葉高于同地2年生針葉，這與磷素由老葉向新葉轉(zhuǎn)移的規(guī)律是相符的。異地紅松針葉磷含量也表現(xiàn)出比較明顯的差異性。對(duì)于同地的葉磷貯量，可能1年生較高，也可能2年生較高，沒(méi)有明顯的年生優(yōu)勢(shì)，這與貯量同時(shí)受質(zhì)量和含量影響有關(guān)。在針葉質(zhì)量，葉磷含量與貯量的比較中，可發(fā)現(xiàn)老葉數(shù)值較高者，同地新葉一般也較高的趨勢(shì)。

表3 各層土樣中不同深度速效礦質(zhì)元素的含量

注：表中字母a～o表明所測(cè)因子在0.05水平有顯著差異

從表3中可看到，同地速效養(yǎng)分、氮磷鉀都存在著隨深度增加而減少的規(guī)律，氮素營(yíng)養(yǎng)隨深度遞減較快，磷素各層間含量都較少，鉀素在淺層土壤含量明顯高于深層土壤，而較深的兩土層遞減比較平緩。三種養(yǎng)分中，氮素含量都較高，鉀素次之，磷素明顯低于前兩者。各地間的氮素，鉀素含量差異明顯，而若干地域間磷素差異不明顯。

從表4中可以看出，針葉的質(zhì)量，不論1年生還是2年生都與土壤中各層礦質(zhì)元素?zé)o顯著關(guān)聯(lián)，由此可以看出土壤中速效養(yǎng)分并不能給針葉質(zhì)量以直接影響。有研究指出：針葉的質(zhì)量應(yīng)該是受到紅松體內(nèi)的元素水平與代謝狀況等影響，而體內(nèi)礦質(zhì)元素水平受包括元素間協(xié)同與拮抗，植株生長(zhǎng)周期等多重因素影響，并不只受到土壤中速效養(yǎng)分的唯一調(diào)控[15]，代謝狀況也不直接受土壤中速效養(yǎng)分的快速調(diào)節(jié)，而是應(yīng)該有一定的滯后性。

2.2 針葉中磷素水平與土壤中速效氮以及速效鉀的關(guān)系

從表5中可以看到，針葉磷含量與磷貯量無(wú)論1年生還是2年生均與土壤中速效氮無(wú)相關(guān)性。

表4 針葉質(zhì)量與礦質(zhì)元素含量在不同深度下的相關(guān)性

注：*表示相關(guān)性達(dá)到顯著水平(p<0.05)；**表示相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(p<0.01)

表5 植物樣磷素水平與土樣速效氮和速效鉀在不同深度下的關(guān)系

注：*表示相關(guān)性達(dá)到顯著水平(p<0.05)；**表示相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(p<0.01)

這可能是由于紅松林無(wú)論林分種類(lèi)，林下土壤的氮含量相對(duì)豐富。紅松具有主根不發(fā)達(dá)，而側(cè)根發(fā)達(dá)的特點(diǎn)。20年以上紅松主根可以伸展到40～60 cm的深度，即使在40～60 cm區(qū)間氮的含量也仍然相對(duì)其他元素較高，側(cè)根傾向于水平發(fā)展，多數(shù)集中40 cm上下，而在這一深度氮的含量更高[16-18]。由此可看到紅松根系在總體富氮的土壤環(huán)境下，無(wú)需選擇性的在某一特定深度加強(qiáng)吸收氮素，而是在整個(gè)根系深度范圍內(nèi)均衡吸收氮素。

速效鉀與速效氮不同，速效鉀直接影響的是2年生的針葉，而對(duì)1年生葉無(wú)影響，且只有較淺土層中的鉀素與多年生針葉具有明顯關(guān)系。這種情況應(yīng)該是由于相對(duì)氮素，鉀素在土中含量較低，紅松根系不能像吸收氮素那樣，可以較自由的在各個(gè)深度獲得鉀素，又由于主要的吸收根系集中于10 cm左右的淺層土壤中，因此紅松主要通過(guò)淺層土壤獲得所需鉀素營(yíng)養(yǎng)。紅松針葉內(nèi)磷素一般從老葉向新葉轉(zhuǎn)移，鉀可以促進(jìn)紅松體內(nèi)磷素的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移，因此，2年生針葉受土壤中鉀素供應(yīng)更明顯，而相關(guān)研究也顯示出類(lèi)似的結(jié)果[19-20]。

由于磷貯量不僅與針葉內(nèi)磷含量有關(guān)，還與針葉的生物量有關(guān)，而針葉生物量與針葉質(zhì)量成正相關(guān)，在針葉質(zhì)量較少受土壤中速效礦質(zhì)元素影響的情況下，磷貯量一般不與速效氮、速效磷相關(guān)。

2.3 針葉中磷水平與土壤中速效磷的關(guān)系

從表6中可以看出各土壤層中速效磷含量對(duì)于植物樣中磷含量，無(wú)論1年生還是2年生都已經(jīng)達(dá)到極顯著影響的程度，而葉中磷貯量受土壤中磷含量影響程度明顯弱于葉中磷含量。前一現(xiàn)象可能由于紅松中磷素水平相對(duì)其他礦質(zhì)元素的水平而言最低(見(jiàn)表3)，會(huì)很明顯的受外界磷素供應(yīng)狀況的影響[21-22]。且因?yàn)楸狙芯枯^多樣本來(lái)自人工純林，而人工純林在20 cm以上的土壤中，速效磷供應(yīng)水平弱于天然林及混交林，只有在較深的土壤層(25 cm以下)，隨著pH降低，速效磷供應(yīng)狀況才會(huì)顯著改善，所以紅松需要從不同的土壤層吸收磷素營(yíng)養(yǎng)[23-24]。并且由于紅松主要通過(guò)細(xì)根與根毛完成對(duì)磷的吸收，在較深土壤層中，根毛更加發(fā)達(dá)，利于林的吸收，因此紅松對(duì)磷的吸收不只通過(guò)速效磷含量較豐富的淺層土壤完成，同時(shí)也從較深土壤層中獲得磷素[25-26]。磷貯量受土壤中速效磷素影響較小，應(yīng)該也是由于針葉葉重不受土壤中速效養(yǎng)分影響有關(guān)，兩方面影響因素疊加，最終反映為植物樣磷素貯量與土樣速效磷含量無(wú)關(guān)[27]。

表6 葉中磷水平與土壤中速效磷在不同深度下的回歸關(guān)系

注：*表示相關(guān)性達(dá)到顯著水平(p<0.05)；**表示相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(p<0.01)

3 結(jié) 論

紅松針葉質(zhì)量與土壤速效礦質(zhì)元素的供應(yīng)情況無(wú)直接明顯關(guān)聯(lián)，速效礦質(zhì)養(yǎng)分可能是通過(guò)參與紅松針葉的生理生化活動(dòng)，間接產(chǎn)生對(duì)紅松針葉葉重的影響。土壤層中的速效氮含量與針葉的磷含量無(wú)關(guān)，而相對(duì)的，淺層土壤中的速效鉀含量會(huì)對(duì)多年生針葉磷含量產(chǎn)生影響。由于紅松針葉中，磷素是含量最少的大量礦質(zhì)元素，因此針葉中磷含量與各層土樣速效磷含量都極顯著相關(guān)，土壤中速效磷是制約針葉中磷含量的重要因素。由于針葉中養(yǎng)分貯藏量與針葉質(zhì)量和養(yǎng)分含量?jī)蓚€(gè)因素都有關(guān)，且針葉質(zhì)量不直接受土壤中速效礦質(zhì)養(yǎng)分影響，所以針葉中磷元素貯藏量與土壤中速效養(yǎng)分含量沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)系[28]。綜上所述，在實(shí)際施肥時(shí)應(yīng)關(guān)注施肥深度和肥料種類(lèi)的選擇。對(duì)于前者，深施肥料，注意在不同深度的土壤層平衡施用，并按果實(shí)周期及時(shí)追肥；對(duì)于后者，多施磷肥，于收獲前一年，可輔助施加一定的鉀肥，或直接施用磷鉀復(fù)合肥，有條件的可考慮施用有機(jī)肥，加速枯落葉層的養(yǎng)分歸還，促進(jìn)林地自身的元素循環(huán)。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]郝占慶，陶大立，趙士洞.長(zhǎng)白山北坡闊葉紅松林及其次生白樺林高等植物物種多樣性比較[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1994，5(1)：16-23.

[2]侯亞紅，王立海.小興安嶺紅松針闊混交林林分空間結(jié)構(gòu)分析[J].森林工程，2012，28(1)：1-5.

[3]殷秀琴，宋 博，邱麗麗.紅松闊葉混交林凋落物—土壤動(dòng)物—土壤系統(tǒng)中N、P、K的動(dòng)態(tài)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27(1)：128-134.

[4]王永范，王煥章，楊 輝.紅松生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律研究[J].吉林林業(yè)科技，2005，34(4)：34-40.

[5]劉立新，吳小春.中國(guó)紅松林生態(tài)學(xué)研究文獻(xiàn)綜述[J].生態(tài)科學(xué)，2002，21(4)：366-369.

[6]鮑金生，溫 瑀.紅松生理生態(tài)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科技，2011，39(33)：20429-20432.

[7]宋秀琴，王作梅.紅松幼樹(shù)高生長(zhǎng)與土壤因子相關(guān)關(guān)系的研究[J].遼寧林業(yè)科技，1991，01：23-25.

[8]李國(guó)雷，祝 燕，李慶梅.紅松苗齡型對(duì)苗木質(zhì)量和造林效果的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2012，48(1)：35-41.

[9]申建波，張福鎖，毛達(dá)如.植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的生態(tài)意義Ⅰ.植物對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收、利用和分配[J].生態(tài)農(nóng)業(yè)研究，1997，5(2)：11-14.

[10]王政權(quán)，劉秀坤，王慶成.紅松胡桃楸混交林葉枝皮營(yíng)養(yǎng)元素季節(jié)動(dòng)態(tài)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，19(水胡黃椴專(zhuān)刊)：251-257.

[11]周振英，宋恭誠(chéng).落葉松針葉營(yíng)養(yǎng)元素含量和土壤條件的關(guān)系[J].林業(yè)科技，1990(4)：11-12.

[12]中國(guó)土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì).土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法[M].北京：科學(xué)出版社，1984.

[13]劉 強(qiáng)，王 軍，李艷紅，等.紅松不同年齡樹(shù)枝、葉片9種元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異及其相關(guān)性分析[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39(4)：46-48.

[14]李 博，王洪峰，呂林海.紅松針葉形態(tài)地理變異的研究[J].高師理科學(xué)刊，2012，32(3)：75-77.

[15]陸景陵.植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[16]周延陽(yáng).紅松林不同經(jīng)營(yíng)方式對(duì)土壤性質(zhì)的影響[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2009.

[17]張立忠，董慶生.紅松根系的研究[J].遼寧林業(yè)科技，1981(6)：27-37.

[18]紀(jì) 萱，陳立新，薛洪祥.不同林齡紅松人工林土壤養(yǎng)分及微量元素的變化規(guī)律[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35(7)：27-29.

[19]丁 壯，張彥東，齊學(xué)軍.紅松人工林礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量與貯量的研究[J].植物研究，2008，28(4)：503-508.

[20]谷思玉，汪 睿，谷邵臣，等.不同類(lèi)型紅松林土壤基礎(chǔ)肥力特征分析[J].水土保持通報(bào)，2012，32(3)：73-76.

[21]陳永亮，馬忠明.不同N、P源對(duì)紅松根/土界面pH及磷有效性影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27(2)：23-27.

[22]李法云，高子勤.土壤—植物根際磷的生物有效性研究[J].生態(tài)學(xué)雜志，1997，16(5)：57-60.

[23]宋金鳳，宋俊杰，諸永磊，等.蘋(píng)果酸/鹽對(duì)暗棕壤磷有效性及林木吸收磷的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011，25(5)：161-166.

[24]崔曉陽(yáng)，宋金鳳.草酸/草酸鹽對(duì)森林暗棕壤的磷釋放效應(yīng)[J].土壤學(xué)報(bào)，2005，42(6)：977-984.

[25]Jones D L，Darrah P R.Role of root derived organic acids in the mobilization of nutrients from the rhizosphere[J].Plant Soil，1994，166：247-257.

[26]張福鎖，曹一平.根際動(dòng)態(tài)過(guò)程與植物營(yíng)養(yǎng)[J].土壤學(xué)報(bào)，1992，29(3)：239-250.

[27]詹鴻振，劉傳照，劉吉春.闊葉紅松林的生物量和營(yíng)養(yǎng)元素含量的研究[J].林業(yè)科學(xué)，1990，26(1)：80-85.

[28]馬長(zhǎng)順，王雨朦.不同經(jīng)營(yíng)方式對(duì)人工林土壤化學(xué)性質(zhì)的影響[J].森林工程，2014，30(1)：30-35.