東北林區(qū)紅松土壤及針葉中鈣、鎂、硫質量分數(shù)1)

趙瑛琳 郭亞芬 崔曉陽

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

東北林區(qū)紅松土壤及針葉中鈣、鎂、硫質量分數(shù)1)

趙瑛琳 郭亞芬 崔曉陽

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

以不同地區(qū)的紅松為研究對象，測定了針葉中Ca2+、Mg2+、S及土壤中交換性Ca2+、Mg2+、有效S的質量分數(shù)，并結合海拔、緯度、坡度等地形因子進行相關性分析。研究結果表明：紅松針葉營養(yǎng)中Ca2+質量分數(shù)最大，Mg2+和S的質量分數(shù)相差不大；紅松林下土壤中交換性Ca2+、Mg2+、有效S的質量分數(shù)比較高，并不需要施肥，質量分數(shù)由大到小順序為Ca2+、Mg2+、S。土壤交換性Ca2+質量分數(shù)與針葉Ca2+質量分數(shù)不相關，土壤交換性Mg2+質量分數(shù)與針葉Mg2+質量分數(shù)極顯著正相關，土壤有效S質量分數(shù)與針葉S質量分數(shù)不相關。針葉中的Mg2+與緯度極顯著正相關，與海拔極顯著負相關；Ca2+與坡度極顯著正相關；S與坡度顯著正相關。

紅松針葉；紅松林土壤；植物營養(yǎng)元素；土壤營養(yǎng)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.

紅松(Pinuskoraiensis)是松科(Pinaceae)松屬(pinus)的常綠喬木，是我國東北地區(qū)特有的珍貴用材樹種，也是目前東北分布較廣的主要造林綠化樹種之一。紅松僅分布在北至俄羅斯遠東沿海的丘陵地區(qū)、南到朝鮮的中南部及日本的本州中部、四國山地。我國東北是紅松在世界上分布的中心地帶，自然分布區(qū)大致與長白山、小興安嶺山系所蔓延的范圍相一致[1]。鈣是植物必需營養(yǎng)元素之一，能提高植物的產量和品質[2-3]，有研究表明，鈣元素能提高植物抗病性[4]，鈣還能提高植物的抗逆性，如，耐鹽[5]，耐干旱[6]，耐高溫[7]、低溫[8]、減輕鋁毒[9-10]等。鎂是葉綠素的重要成分，能夠促進葉綠素的形成，從而有利于光合作用的進行，同時對植物的產量和品質具有重要意義[11-12]。硫是植物的重要營養(yǎng)元素，在植物生長發(fā)育及代謝過程中都起著重要的作用[13]，硫在植物光合作用中也起到十分重要的作用[14]。同時硫對植物的產量和品質也有影響[15-17]。根據(jù)針葉及林下土壤鈣、鎂、硫質量分數(shù)的研究結果，可以為合理施肥提供依據(jù)。

有研究指出，植物營養(yǎng)元素的質量分數(shù)受海拔、緯度等地形因子的影響，不過絕大多數(shù)的研究都是有關碳、氮、磷、鉀等元素的[18-19]，關于不同地區(qū)紅松針葉及其林下土壤中鈣、鎂、硫質量分數(shù)的探討較少。本文結合地形因子，從該角度對紅松營養(yǎng)特點進行研究，旨在為不同地區(qū)紅松植物營養(yǎng)元素質量分數(shù)變化方面的相關研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

在黑龍江、吉林兩省，沿張廣才嶺至長白山一線(126°59′03″～130°46′07″E，41°26′02″～46°22′28″N)，選區(qū)15處樣地，每處選取紅松主要優(yōu)勢木林分為采樣目標。樣地及林分的基本狀況見圖1和表1。

由于紅松營養(yǎng)元素的季節(jié)性變化較大[20-21]，因此為保證不同地點紅松生長期的可比性，以及考慮生長期的元素高峰時段，選取同年同月，即2012年8月沿預先設定好的路線依次在各樣地采樣。綜合考慮紅松生長期，采樣速度和往返各樣地所需時間后，確定如下采樣方案：每個樣地林內選擇3株相鄰紅松采集針葉樣品，并同時在3株樣樹圍成的三角區(qū)域內挖出3個剖面采集土樣。針葉選取自冠層上部枝條，每株樣樹按光照程度分別選取陽面陰面枝條各一，每個枝條摘取1年生及2年生針葉，同時在林緣隨機選擇一棵紅松采集1年生和2年生針葉，每個樣地14個樣品，共計210個樣品。用清水洗凈葉面浮塵，陰干，放入信封帶回實驗室，在恒溫箱中殺青，烘干。最后針葉用小型粉碎機處理，過0.25 mm篩后待用。土壤樣品采集以深度劃分層次，即每20 cm為一層，共采集3層，每個樣地9個樣品，共計135個樣品，分別裝入收集袋內，在采樣途中，盡量陰干土樣，全部土樣采集完畢后，在實驗室內過1.00 mm篩后待用。本試驗只采用表層土(20 cm)。

圖1 采樣地分布圖

表1 采樣地及采樣林分的基本狀況

植物中的Ca2+、Mg2+、S及土壤中交換性Ca2+、交換性Mg2+、有效S養(yǎng)分的測定全部采用土壤農業(yè)化學常規(guī)分析方法[22]。針葉樣品是采用硝酸——高氯酸消化法得到浸提液，再用EDTA絡合滴定法測定針葉中的Ca2+和Mg2+的質量分數(shù)，用硫酸鋇比濁法測定針葉中S的質量分數(shù)。土壤樣品的交換性Ca2+和Mg2+的質量分數(shù)是采用醋酸銨浸提，EDTA絡合滴定法測定，土壤有效S的質量分數(shù)是采用磷酸鹽浸提，硫酸鋇比濁法測定。數(shù)據(jù)的處理采用Microsoft office excel和SPSS兩種軟件對所獲得的數(shù)據(jù)進行分析處理。紅松針葉及土壤營養(yǎng)質量分數(shù)分析見表2和3。針葉與土壤營養(yǎng)對比分析見表4—表6。針葉與土壤營養(yǎng)的相關性分析見表7。不同地區(qū)紅松針葉與地形因子的相關性分析見表8。

2 結果與分析

2.1 紅松土壤及針葉營養(yǎng)元素特征

2.1.1 紅松土壤營養(yǎng)元素特征

土壤營養(yǎng)元素的測定是為了更好地研究和討論不同樣地紅松體內各營養(yǎng)元素質量分數(shù)的比較情況，土壤養(yǎng)分的質量分數(shù)對植物體內養(yǎng)分含量有一定的影響。本試驗對紅松土壤鈣、鎂、硫的質量分數(shù)進行了測定，結果如表2所示。

交換性Ca2+、交換性Mg2+、有效S質量分數(shù)變化范圍分別是541.01～5 951.64、105.30～1 653.00、7.61～22.11 mg·kg-1。土壤營養(yǎng)質量分數(shù)由大到小為Ca2+、Mg2+、S。3種營養(yǎng)元素質量分數(shù)比較豐富，施肥時不需要額外施加鈣鎂硫肥。

根據(jù)K-S檢驗可看出，林地土壤中的交換性Ca2+、有效S服從正態(tài)分布(P>0.05)，而交換性Mg2+不服從正態(tài)分布。Ca2+、有效S質量分數(shù)分布的偏度值大于0，為正偏態(tài)，且偏離程度較小。Mg2+的峰度值大于0，質量分數(shù)值較為集中，Ca2+、有效S的峰度值小于0，質量分數(shù)值較為分散。結合變異系數(shù)，可以看出Ca2+、Mg2+、有效S 3類營養(yǎng)元素的質量分數(shù)較為離散。

表2 紅松土壤營養(yǎng)元素的統(tǒng)計特征

2.1.2 紅松針葉營養(yǎng)元素特征

根據(jù)表3所示，紅松針葉Ca2+、Mg2+、S質量分數(shù)變化范圍分別是1 241.86～7 827.26、，522.32～3 899.16、707.55～3 041.98 mg·kg-1。針葉營養(yǎng)中Ca2+質量分數(shù)最大，Mg2+和S的質量分數(shù)相差不大。

經K-S檢驗可看出，紅松針葉中的Ca2+、Mg2+、S均服從正態(tài)分布(P>0.05)。Ca2+、Mg2+、S質量分數(shù)分布的偏度值均大于0，屬于正偏態(tài)，且偏離程度較小。Mg2+的峰度值大于0，說明質量分數(shù)值較為集中，Ca2+、S的峰度值小于0，質量分數(shù)值較為分散。結合變異系數(shù)，可以看出Ca2+、Mg2+、S 3類營養(yǎng)元素的質量分數(shù)較為離散。

表3 紅松針葉營養(yǎng)元素的統(tǒng)計特征

紅松針葉營養(yǎng)元素營養(yǎng)元素質量分數(shù)/mg·kg-1最大值最小值平均值標準差變異系數(shù)/%偏度峰度K-S檢驗(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 不同地區(qū)紅松營養(yǎng)元素比較

2.2.1 針葉及土壤鈣元素質量分數(shù)的比較

鈣元素是構成植物細胞壁的主要物質，是細胞質膜的重要組成部分[23]。如表4所示，針葉Ca2+質量分數(shù)在孟家崗林業(yè)局到寒蔥嶺之間變化不明顯，在大蒲柴河鎮(zhèn)到長白縣之間隨緯度的降低針葉Ca2+的質量分數(shù)略有升高。土壤交換性Ca2+質量分數(shù)在東京城最高，在永慶鄉(xiāng)最低，而泉陽鎮(zhèn)和臨江市的Ca2+質量分數(shù)較北崗鎮(zhèn)和鬧枝林場有所降低?？傮w看來，針葉Ca2+質量分數(shù)和土壤交換性Ca2+質量分數(shù)的變化趨勢大致相同。

由表4可以看出，土壤中交換性Ca2+質量分數(shù)越高，針葉中的質量分數(shù)越高，因為土壤交換性Ca2+是可以被植物直接吸收利用的。土壤中的Ca2+隨著海拔的增加而減少[24]，所以在海拔較高的泉陽鎮(zhèn)Ca2+質量分數(shù)較低；由于土壤的巖溶作用，處于坡下的樣地(東京城)Ca2+質量分數(shù)較高，坡上的樣地(臨江市)質量分數(shù)較低。

2.2.2 針葉及土壤鎂元素質量分數(shù)的比較

鎂元素是葉綠素的組成成分，合成葉綠素能促進光合作用。它可以保證核糖體結構的穩(wěn)定，為蛋白質合成提供場所。另外，鎂元素還能活化和調節(jié)酶促反應[23]。如表5所示，土壤交換性Mg2+與針葉中Mg2+的質量分數(shù)變化趨勢大致相同。

土壤交換性Mg2+質量分數(shù)整體變化趨勢中間高，兩邊低。最高的地方是東京城，可以達到1 395.16 mg·kg-1，樣地處于坡下，巖溶作用使樣地積累的Mg2+質量分數(shù)明顯比別的地方高。而針葉中Mg2+的質量分數(shù)的變化趨勢基本上是隨緯度的降低而降低，因為緯度相差較小，所以偶爾略有波動。

表4 不同緯度下紅松針葉及土壤中交換性Ca2+的質量分數(shù)

表5 不同緯度下紅松針葉及土壤中交換性Mg2+的質量分數(shù)

2.2.3 針葉及土壤硫元素質量分數(shù)的比較

硫元素是許多氨基酸和酶的組成成分，也是蛋白質不可缺少的組分。硫元素對葉綠素的形成也有一定的影響[23]。

如表6所示，針葉中S的質量分數(shù)在長白縣最高，北崗鎮(zhèn)和泉陽鎮(zhèn)質量分數(shù)最低；土壤有效S在孟家崗質量分數(shù)最高，在葦河林業(yè)局和大蒲柴河鎮(zhèn)質量分數(shù)最低，針葉內S的質量分數(shù)變化趨勢與土壤中有效S的變化趨勢并不同，且土壤有效S和針葉內S質量分數(shù)的變化趨勢與緯度沒有相關性。

2.3 紅松針葉及土壤中營養(yǎng)元素相關性

如表4所示，土壤中交換性Mg2+與紅松針葉Mg2+極顯著正相關，土壤中交換性Ca2+與紅松針葉Ca2+不相關，土壤中有效S與紅松針葉有效S也不相關。

由于環(huán)境因素和地形因素對土壤和針葉中Ca2+、Mg2+、S質量分數(shù)的影響，元素整體的相關性不高。土壤中交換性Ca2+和Mg2+的質量分數(shù)由于土壤巖溶作用會隨地形而變化；而S的質量分數(shù)并不完全依賴于從土壤中汲取，空氣中的含S氣體也對針葉中S的質量分數(shù)有影響[25]。

表6 不同緯度下紅松針葉及土壤中S的質量分數(shù)

表7 針葉與土壤營養(yǎng)元素之間的相關性

注：** 表示相關性達到極顯著水平(p<0.01)。

注：** 表示相關性達到極顯著水平(p<0.01)。

2.4 紅松針葉營養(yǎng)與地形因子之間的相關性

根據(jù)15個樣地的地形因子和針葉中營養(yǎng)質量分數(shù)的相關分析得出，針葉中的Mg2+與緯度極顯著正相關，這與圖3分析結果相同；Mg2+與海拔極顯著負相關；Ca2+與坡度極顯著正相關。土壤中Ca2+、Mg2+質量分數(shù)與海拔呈負相關關系，與坡度呈正相關關系[24]，由于針葉中的Ca2+、Mg2+主要來源土壤，所以針葉中Mg2+可能與海拔呈負相關關系，Ca2+可能與坡度成正相關關系，與本文的分析結果一致。

3 結論與討論

紅松葉片中的Ca2+和Mg2+主要來自于土壤，而土壤中的Ca2+和Mg2+主要來源于巖石的風化，所以土壤中交換性Mg2+與針葉中Mg2+的質量分數(shù)變化趨勢大致相同，兩者之間有很明顯的相關性；而紅松土壤中Ca2+的質量分數(shù)變化趨勢與針葉中Ca2+的變化趨勢并不完全相同，個別地區(qū)質量分數(shù)略有波動，可能是因為土壤的巖溶作用對Ca2+的影響比較大，使不同坡度的樣地Ca2+質量分數(shù)變化較大；也有可能是因為施肥的時候引入了Ca2+。土壤中有效S與針葉中有效S的質量分數(shù)變化趨勢并無顯著相關性，是因為針葉中的S一部分從土壤中直接獲得，另一部分從大氣中獲得，大氣中獲得的S質量分數(shù)與樣地周圍的環(huán)境有關，因此兩者并不相關。

地形因子對針葉營養(yǎng)的影響與樣地所在的環(huán)境有關，溫度、濕度、土壤的風化程度以及大氣中S的質量分數(shù)等因子均可能影響針葉中Ca2+、Mg2+、有效S的質量分數(shù)。隨著緯度的升高，溫度逐漸降低，降雨量逐漸減少，土壤的巖溶作用降低，所以Mg2+的質量分數(shù)相對較高。海拔越高，溫度越低，加上降水的影響，海拔和坡度也可能影響Ca2+、Mg2+、有效S的質量分數(shù)，具體原因有待進一步查證。

[1] 齊鴻儒.紅松人工林[M].北京：中國林業(yè)出版社,1991.

[2] 唐小付.不同鉀、鈣、鎂水平對厚皮甜瓜生長發(fā)育和產量品質的效應研究[D].南寧：廣西大學,2004.

[3] 肖常沛,楊竹青.不同鈣、鎂肥對蔬菜產量和品質的影響[J].長江蔬菜,2000(4)：27-29.

[4] 陳明昌,許仙菊,張強,等.磷、鉀與鈣配合對保護地番茄鈣吸收的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2005,11(2)：236-242.

[5] 晏山斌,戴秋杰,劉曉忠.鈣提高水稻耐鹽性研究[J].作物學報,1995,21(6)：685-695.

[6] 程林梅.鈣處理對土壤干旱下棉花幼苗生理生化指標的影響[J].植物學通報,1998,15(6)：70-72.

[7] 張燕,李天飛,方力,等.鈣對高溫脅迫下煙草幼苗抗氧化代謝的影響[J].生命科學研究,2002,6(4)：357-361.

[8] 張燕,方力,李天飛,等.鈣對低溫脅迫的煙草幼苗某些酶活性的影響[J].植物學通報,2002,19(3)：342-347.

[9] 林世如.廣西紅黃壤的鋁毒與施鈣調理[J].廣西農業(yè)科學,2002(6)：314-315.

[10] 減小平.土壤鋁毒與植物鈣鎂營養(yǎng)[J].廣西農業(yè)科學,1997(2)：80-82.

[11] 唐小付,龍明華,于文進,等.不同水平鎂對厚皮甜瓜生長和品質的影響[J].廣西熱帶農業(yè),2003(3)：1-3.

[12] 阮建云,管彥良,吳洵.茶園土壤鎂供應狀況及鎂肥施用效果研究[J].中國農業(yè)科學,2002,35(7)：815-820.

[13] 鄒邦基,何雪暉.植物的營養(yǎng)[M].北京：農業(yè)出版社,1985：94-150.

[14] 尹迪信,閻獻芳,肖厚軍.貴州省耕地土壤硫素狀況及影響因素調查[J].貴州農業(yè)科學,1995(1)：5-9.

[15] 沈學善,朱云集,李國強,等.施硫對不同筋力型品種小麥碳氮運轉和產量的影響[J].水土保持學報,2007,21(4)：134-140.

[16] 馬春英,李雁鳴,韓金玲.不同施硫量對冬小麥光合特性和產量的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2005,11(2)：211-217.

[17] 李軍,許士明,岳立新,等.多種農作物專用硫基復合肥的肥效試驗[J].磷肥與復肥,2006,21(2)：68-69.

[18] Reich P B, Oleksyn J. Global patterns of plant leaf N and P in relation to temperature and latitude[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences,2004，101(30):11001-11006.

[19] 張慧文,馬建英,孫偉,等.不同海拔天山云杉葉功能性狀及其與土壤因子的關系[J].生態(tài)學報,2010,30(21)：5747-5758.

[20] 王政權,劉秀坤,王慶成.紅松胡桃楸混交林葉枝皮營養(yǎng)元素季節(jié)動態(tài)[J].東北林業(yè)大學學報,1991,19(1)：251-257.

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

[22] 中國土壤學會農業(yè)化學專業(yè)委員會編.土壤農業(yè)化學常規(guī)分析方法[M].北京：科學出版社,1983.

[23] 陸景陵.植物營養(yǎng)學[M].北京：中國農業(yè)大學出版社,2003.

[24] 張忠華,胡剛,祝介東,等.喀斯特森林土壤養(yǎng)分的空間異質性及其對樹種分布的影響[J].植物生態(tài)學報,2011,35(10)：1041-1049.

[25] 崔巖山,王慶仁.土壤與大氣環(huán)境中硫行為及其對植物的影響[J].中國生態(tài)農業(yè)學報,2002,10(3)：80-82.

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

趙瑛琳，女，1989年5月生，東北林業(yè)大學林學院，碩士研究生。E-mail：1138770436@qq.com。

崔曉陽，東北林業(yè)大學林學院，教授。E-mail：c_xiaoyang@126.com。

2014年10月13日。

S791.247

1)林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經費項目(201204320)。

責任編輯：潘 華。