不同年齡慈竹養(yǎng)分地上空間分布特征及葉養(yǎng)分與土壤肥力關(guān)系

陳瑞國，彭 超，劉廣路，周亞琦，任立寧，趙建誠，蘇浩然

（國際竹藤中心竹藤資源與環(huán)境研究所，北京 100102）

不同年齡慈竹養(yǎng)分地上空間分布特征及葉養(yǎng)分與土壤肥力關(guān)系

陳瑞國，彭 超，劉廣路*，周亞琦，任立寧，趙建誠，蘇浩然

（國際竹藤中心竹藤資源與環(huán)境研究所，北京 100102）

【目的】以慈竹為研究對象，探討叢生竹養(yǎng)分的空間分布及土壤肥力對葉養(yǎng)分的影響。【方法】測量了慈竹葉枝稈的養(yǎng)分含量、葉養(yǎng)分的垂直結(jié)構(gòu)和所處立地土壤肥力，分析了葉片養(yǎng)分間以及與土壤間的相關(guān)性，建立二者間的線性模型。【結(jié)果】土壤表層肥力高于下層；慈竹不同部位含量分布順序?yàn)槿~＞稈＞枝，全K含量枝＞葉＞稈，有機(jī)碳為稈＞葉＞枝，全N在3a立竹不同部位高于1～2a立竹，各年齡立竹營養(yǎng)器官全K均有明顯的差異，全P與年齡成反比，有機(jī)碳與年齡成正比；葉全N和有機(jī)碳與高度呈正相關(guān)，全K與之呈負(fù)相關(guān)，各年齡養(yǎng)分垂直差異不顯著；各年齡葉養(yǎng)分間多為顯著或極顯著相關(guān)性，但土壤肥力因子對葉養(yǎng)分多呈不顯著負(fù)向影響，僅3a立竹全P含量受土壤多種養(yǎng)分影響大，1a立竹有機(jī)碳主要受土壤全P和堿解N影響?！窘Y(jié)論】慈竹養(yǎng)分分布表現(xiàn)出時(shí)間和空間分異性。在土壤肥力充足條件下，竹葉養(yǎng)分間的相互作用較土壤肥力對葉養(yǎng)分作用更明顯。

慈竹；空間分布；大量元素；土壤肥力

竹林土壤的理化性質(zhì)與竹林的生長和養(yǎng)分的吸收聯(lián)系緊密，加強(qiáng)竹林地管控有利于提高林地的生物量積累[1-2]。葉是植物主要的營養(yǎng)存儲部位，葉片對養(yǎng)分缺失具有較高的敏感性，能反映竹林土壤養(yǎng)分，對竹林管理具有重要意義[3]。近年來對葉養(yǎng)分診斷來反映土壤肥力已有較多研究[4-5]。郭曉敏等[6]對毛竹林進(jìn)行平衡施肥，認(rèn)為肥力能迅速補(bǔ)充竹葉養(yǎng)分，但這僅限于在土壤養(yǎng)分不充足的條件下[7]；陳珊等[8]對雷竹林研究表明，覆蓋經(jīng)營土壤養(yǎng)分含量顯著影響葉片養(yǎng)分分布；徐淑萍等[9]對黃竹葉片進(jìn)行診斷，計(jì)算出N素含量的臨界值和最適值。肥力確定具有區(qū)域限制性，且研究多主要集中在毛竹等商品散生竹，對合軸叢生竹葉片養(yǎng)分與土壤肥力關(guān)系研究較少。

慈竹（Neosinocalamus affinis）為合軸叢生，適宜氣候溫潤、土壤肥沃地帶，四川南部地區(qū)是其主要分布地區(qū)之一。慈竹材質(zhì)優(yōu)良，是理想的筍材兩用竹，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和發(fā)展?jié)摿?。對慈竹培育已開展了母株克隆[10-11]，肥力對生長影響[12]等研究，但精準(zhǔn)施肥等相關(guān)研究較少。同時(shí)，慈竹林多采用粗放經(jīng)營或經(jīng)驗(yàn)施肥[13]，常造成土壤污染和肥效降低。因此，開展慈竹養(yǎng)分的空間分布規(guī)律以及葉片養(yǎng)分的診斷研究，豐富慈竹林精準(zhǔn)施肥技術(shù)，可以為慈竹林地的合理管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究地點(diǎn)位處四川省長寧縣，104°44′12″～105°07′28″E，28°15′09″～28°26′07″N。其年均氣溫 18.3 ℃，最低平均氣溫8.2℃，最高平均氣溫27.3℃；年均降雨量可達(dá)1104.2mm，年均蒸發(fā)量1102.3mm，降雨集中于6-9月，年均空氣相對濕度達(dá)83%，無霜期達(dá)354 d以上，日照時(shí)數(shù)1148 h，屬典型中亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候。受地形地貌影響，區(qū)域氣候垂直變化較為明顯。植物覆蓋率較高，以苦竹（Pleibolastus amarus）、毛竹（Phyllostachys edulis）為主，梁山慈竹（Dendrocalamus farinosus）和慈竹（N.affinis）等分布于局部地區(qū)。試驗(yàn)樣地竹齡為1～3a，竹林密度約1127 叢/hm2，坡度 18°～25°，中下坡位，土壤類型為黃壤，上層疏松，下層緊實(shí)，枯落物和腐殖質(zhì)厚度7.8～10.2cm，土層厚度＞0.7 m，土層深厚且濕潤。林下植物稀少，為典型人工經(jīng)營純林。

1.2 樣地調(diào)查及測量

2014年8月開展竹林地試驗(yàn)調(diào)查，共設(shè)8塊樣地。每塊樣地調(diào)查5叢，分別對各樣地土壤和葉片樣本進(jìn)行采集。每叢分別取1～3a立竹各2株，按株高平均分成5段，從基部至頂梢分別標(biāo)記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ。分別采集各段葉片30片，在105℃下進(jìn)行殺青處理30min，再在75℃下烘24 h，研磨后過60目尼龍篩，存儲待測。在每塊樣地竹叢之間分0～10cm，10～20cm和20～40cm土層進(jìn)行土樣采集，每塊樣地重復(fù)3次，將相同土層土壤混合，取1 kg帶回。對混合土壤進(jìn)行風(fēng)干磨碎，采用四分法分取100 g，過0.149mm篩備用。

土壤和葉片含量均采用常規(guī)方法測定：葉N含量采用凱氏定氮法[14]309、葉P含量采用釩鉬黃比色法[14]313、葉K含量采用原子吸收分光光度法[14]315，土壤中的pH值采用鹽溶液（KCl）浸提，酸度計(jì)（PHS-3C型pH計(jì)）測定[14]12、有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化結(jié)合外加熱法測量[14]111、全N采用擴(kuò)散法[14]159、全P采用堿熔-鉬銻抗比色法[14]56、全K采用堿熔-火焰光度法[14]57、水解N采用堿解-擴(kuò)散法[14]159、有效P采用氟化銨-鹽酸浸提法[14]179、速效K采用乙酸銨浸提-火焰光度法[14]193。

1.3 數(shù)據(jù)處理

分析4種養(yǎng)分含量在不同的營養(yǎng)器官中的分布狀況，探究不同年齡慈竹葉片養(yǎng)分在垂直空間上的分布特征，對以上兩種空間分布類型中不同年齡立竹采用單因素方差分析，分析其差異性。同時(shí)，本研究不分層次，以調(diào)查樣地整體竹葉均值和土壤肥力均值為基礎(chǔ)，建立二者相關(guān)關(guān)系，并建立模型。采用單因素方差分析和雙尾(Two-tailed)的Pearson相關(guān)性分析，SPSS19.0進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤肥力垂直分布狀況

調(diào)查分析表明（表1），土層間pH值差異顯著（p＜0.05），有效 P 含量差異不顯著（p＞0.05），其余養(yǎng)分含量均為極顯著（p＜0.01）。隨土層深度的增加，土壤酸性減小，0～10cm土壤酸性顯著低于20～40cm的土層；各土壤養(yǎng)分中全K含量隨土壤深度增加而增加，20～40cm的全K含量極顯著高于上層土壤，其余養(yǎng)分均隨土壤深度的增加而減少。隨土壤深度的增加，全N、水解N、有效P和速效K的上土層極顯著高于下土層，0～10cm的全P含量極顯著高于20～40cm土層，有效P呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。說明土壤養(yǎng)分于表層土偏高，下層土壤養(yǎng)分含量偏低，可能與土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及通透性有關(guān)。

2.2 慈竹地上營養(yǎng)器官的養(yǎng)分分布

對不同年齡慈竹的各部分養(yǎng)分進(jìn)行分析表明（見圖1），全N在不同年齡立竹中的差異不顯著，3a立竹含量相對1a生和2a生立竹較高，各部位養(yǎng)分含量順序?yàn)槿~＞枝＞稈。葉含量約為稈含量的6倍，約為枝的2倍。隨年齡增大，各部位全P含量逐漸減少，但差異不顯著，各部位養(yǎng)分含量順序?yàn)槿~＞枝＞稈。各部位全K含量與全P、全N不同，表現(xiàn)為枝＞葉＞稈，且在不同年齡間具有顯著差異，其中稈和葉均表現(xiàn)為 2a＞1a＞3a，而枝則為 1a＞2a＞3a，全 K 多表現(xiàn)為枝＞葉＞稈。有機(jī)碳含量隨年齡增加而增加，且稈＞葉＞枝，其中葉含量在不同竹齡間表現(xiàn)出極顯著差異，3a生慈竹葉的有機(jī)碳含量極顯著大于1a、2a生立竹。慈竹大量元素多表現(xiàn)出不同營養(yǎng)器官的差異性，不同立竹年齡也具有一定的差異。

表1 慈竹林土壤養(yǎng)分垂直分布狀況Table 1 Vertical distribution of soil fertilities in Neosinocalums affinis plots

圖1 不同年齡慈竹營養(yǎng)器官的養(yǎng)分分布Figure 1 Nutrient distribution in vegetative organs of Neosinocalamus affinis with ages

圖2 不同年齡慈竹葉片養(yǎng)分的垂直分布特征Figure 2 Vertical distribution of nutrients in leaves of Neosinocalamus affinis with ages

2.3 葉片養(yǎng)分垂直分布特征

由圖2可知，不同年齡養(yǎng)分含量隨垂直高度變化呈現(xiàn)一定的變化特征，全N在1a生立竹中的垂直分布差異極顯著，隨垂直高度增加而增加，2a和3a生立竹的全N含量隨高度增加呈先增加后減小的，至第IV節(jié)達(dá)到最大值，其中3a生的全N含量差異顯著。全P在各年齡立竹的差異不顯著，含量約為1.55～1.87 g/kg，且隨高度的增加也不顯著。全K含量在不同年齡中均表現(xiàn)為隨高度增加而減少，其中1a和3a生立竹的全K差異在各階段均極顯著，各立竹下層K含量極顯著高于頂層。有機(jī)碳含量在2a和3a生立竹中各節(jié)段間具有較高的差異，基本維持在40%～50%。

2.4 竹葉養(yǎng)分間及其土壤肥力的相關(guān)關(guān)系

各年齡立竹葉養(yǎng)分間相關(guān)性具有相似性，即各年齡立竹葉養(yǎng)分表現(xiàn)出一致的正負(fù)相關(guān)性。葉全N與不同年齡葉片全P和全K均為負(fù)相關(guān)性，各齡級有機(jī)碳與全P和全K葉具有負(fù)相關(guān)性影響，但1～2a立竹葉片中的全N和全K以及全N和有機(jī)碳間為極顯著或顯著負(fù)相關(guān)性影響，與3a立竹葉片影響為不顯著正相關(guān)性；葉片與土壤肥力間多為不顯著影響，僅土壤肥力對3a立竹葉片全N含量有顯著和極顯著影響，其中土壤pH和土壤有效K對其有極顯著負(fù)向影響，分別為-0.644和-0.678，而土壤有機(jī)質(zhì)、全N和堿解N具有極顯著正向影響，3a立竹葉P素吸收受肥力作用明顯。1～2a立竹養(yǎng)分缺乏不明顯，僅全P和堿解N對1a生有機(jī)碳吸收具有顯著正向影響，分別為0.492和0.470，整體說明該地區(qū)的土壤養(yǎng)分較充足，3a立竹葉片P含量受土壤肥力影響顯著，土壤全P和堿解N含量增加能顯著改善新竹有機(jī)碳含量。

表2 竹葉養(yǎng)分間及其與林地土壤肥力的相關(guān)關(guān)系Table 2 Relevance among leaves nutrients and its correlation with soil fertilities of bamboo forest

2.5 竹葉養(yǎng)分元素與土壤肥力因子的相關(guān)性預(yù)測模型

分別對地上葉全 N（LN1）、全 P（LN2）和全 K（LN3）和有機(jī)碳（LN4）與土壤肥力因子分不同年齡立竹建立多元線性回歸模型：

逐步回歸模型表明，1a生立竹僅葉有機(jī)碳模型具有顯著性，R2為0.492，土壤全P為自變量；2a生立竹僅葉全P與土壤養(yǎng)分?jǐn)M合模型極顯著，R2為0.800，自變量為土壤pH值、土壤全P和土壤有效P；3a生立竹僅葉片全P與土壤肥力因子建立擬合模型，R2為0.678，回歸均達(dá)極顯著，擬合自變量為土壤速效K。但其他葉養(yǎng)分含量擬合模型表現(xiàn)為不顯著，樣地土壤肥力與對葉養(yǎng)分沒有顯著相關(guān)影響。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，土層肥力具有明顯差異，表層土肥力高，下層土肥力低，這可能與土壤滲透性及團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有關(guān)[15]。不同部位慈竹N、P含量分布順序?yàn)槿~＞稈＞枝，K 含量枝＞葉＞稈，有機(jī)碳為稈＞葉＞枝，不同年齡立竹間，全N含量在不同部位3a生立竹含量基本高于1～2a生立竹，全K在各年齡立竹的營養(yǎng)器官間均有明顯的差異，全P隨年齡增大而減小，有機(jī)碳含量隨年齡增大而增大。研究結(jié)果散生竹分布有一定的差異，劉廣路等[7]研究表明，N、P含量為葉＞枝＞稈，K含量為葉＞枝＞稈，而叢生竹青皮竹種則表現(xiàn)為葉＞枝＞稈[16]，說明竹種間養(yǎng)分分布并不一致，且不同年齡立竹間養(yǎng)分分布也不同，這與樣地土壤經(jīng)營狀況以及物種生物學(xué)特征有關(guān)，是竹種對所處生境的適應(yīng)性結(jié)果[17]。

慈竹葉養(yǎng)分的垂直分布格局呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，全N和有機(jī)碳基本與高度呈正相關(guān)，全K與高度呈負(fù)相關(guān)，不同年齡段的養(yǎng)分在垂直高度上差異不大，揭示了養(yǎng)分元素垂直分布格局在空間和時(shí)間上的分異規(guī)律。叢生竹的養(yǎng)分吸收由于根系間的相互聯(lián)系，不同年齡的立竹間養(yǎng)分通過根系進(jìn)行轉(zhuǎn)移[18-19]，研究結(jié)果符合3種營養(yǎng)元素的在植物體中的分布規(guī)律及養(yǎng)分在竹體內(nèi)移動特性。

葉片養(yǎng)分含量能較好地反映土壤肥力，并廣泛應(yīng)用于土壤肥力診斷[5-6]。本研究中，土壤因子與葉養(yǎng)分含量間多呈負(fù)相關(guān)，不同年齡立竹葉養(yǎng)分顯著性影響因子基本相同。植物生長與土壤肥力相關(guān)性不顯著，可能與自身的生理特征[7，20]和土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)有關(guān)[15，21]，同時(shí)說明該樣地土壤肥力充足。土壤肥力對植被生長及養(yǎng)分分布并不一定具有正相關(guān)影響，魯順保等[22]研究結(jié)果指出土壤養(yǎng)分因子均對毛竹養(yǎng)分含量呈負(fù)相關(guān)，本研究與該結(jié)論相符。魯葉江等[23]研究表明葉養(yǎng)分間的相互作用明顯高于土壤對竹葉養(yǎng)分的影響，這可能與養(yǎng)分間的拮抗作用，以及土壤養(yǎng)分與葉片養(yǎng)分分配變化間的反饋機(jī)制有關(guān)。在竹林管理過程中，施肥的養(yǎng)分配比和養(yǎng)分對肥力的反饋效果有待進(jìn)一步探討。

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Above-ground Spatial Distribution Feature of Nutrients in Different Ages of Neosinocalamus affinis and Correlation between Soil and Leaves Nutrients

CHEN Rui-guo，PENG Chao，LIU Guang-lu*，ZHOU Ya-qi，REN Li-ning，ZHAO Jian-cheng，SU Hao-ran
（Institute of Resource and Environment of Bamboo and Rattan，International Center for Bamboo and Rattan，Beijing 100102，China)

【Objective】The aim of the study was to explore nutrients spatial distribution of clustered N.affinis bamboo organs and effect of soil fertilities to leaf nutrients.【Method】Nutrients content in leaf，branch and stem of N.affinis，vertical structure distribution in leaf and soil fertilities were measured.In addition,the linear correlations among or between leaf nutrients and soil fertilities were analyzed in this study.【Results】Fertility was higher in the surface layer than in the deeper layer.The order of nitrogen and phosphorus in different organs was leaf＞stem＞branch,potassium content was branch＞leaf＞stem，organic carbon was stem＞leaf＞branch.Total contents in different organs was often higher in 3-year-old than 1-2 years old samples.Total K was significantly different in the three organs among different ages.additionally，total P had an negative relationship with growing ages，but the opposite was true for organic carbon.Leaf C was positively correlated with leaf N but was negatively related with leaf K.There were no significantly vertical variations in nutrients of various ages.The correlations between leaf Nutrients were often significant but soil fertility generally had no significant effects on nutrients.【Conclusion】There were spatial and temporal variations in leaf nutrition.When soil fertility was rich，the interactions between leaves nutrients had more remarkable effects on leaves nutrients as compared to soil nutrients themselves.

Neosinocalamus affinis；dpatial distribution；macroelements；soil fertility

S795.5

A

1000-2650（2017）03-0353-06

10.16036/j.issn.1000-2650.2017.03.011

2016-10-11

國際竹藤中心基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)重點(diǎn)專項(xiàng)“叢生竹種質(zhì)資源在熱帶地區(qū)的收集保存與園林應(yīng)用研究”（1632016017）

陳瑞國，博士研究生。*責(zé)任作者：劉廣路，男，博士，副研究員，主要從事竹藤資源培育，E-mail：liuguanglu@icbr.ac.cn。

（本文審稿：劉 洋；責(zé)任編輯：鞏艷紅；英文編輯：徐振鋒）