湘西鄉(xiāng)土樹(shù)種華榛生長(zhǎng)特性及礦質(zhì)元素研究

葛文貴, 李志輝

(1.湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究總院, 湖南 長(zhǎng)沙 410007；2.中南林業(yè)科技大學(xué), 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

鄉(xiāng)土樹(shù)種屬當(dāng)?shù)氐貛灾参?，是區(qū)域?qū)氋F的生物資源，是經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)刈匀粭l件千百年選擇后保留的物種，與本地自然環(huán)境極度適應(yīng)，在生態(tài)工程建設(shè)方面具有重要地位[1]。鄉(xiāng)土樹(shù)種種類(lèi)繁多，選擇多、適應(yīng)性強(qiáng)，可滿足林業(yè)綜合發(fā)展多種需求，是區(qū)域造林和生態(tài)修復(fù)的首選樹(shù)種，對(duì)發(fā)揮林業(yè)綜合效益、構(gòu)建生態(tài)文明具有重要意義[2]。鄉(xiāng)土樹(shù)種作為新時(shí)代生態(tài)建設(shè)的主要樹(shù)種已日趨受到重視，但關(guān)于其生長(zhǎng)特性、營(yíng)養(yǎng)元素含量等方面研究仍較少。

華榛(Coryluschinensis)，又名山白果，榛科榛屬落葉喬木，樹(shù)高可達(dá)25 m，樹(shù)冠呈廣卵形或圓形；樹(shù)干端直，可成大材，材質(zhì)優(yōu)良，是稀有名貴樹(shù)種[3]，可作植被恢復(fù)及園林綠化樹(shù)種；果大，且營(yíng)養(yǎng)豐富，可作干果食用或做食品加工的原料[4]；果仁含油率高，且油品較好[5]，除可供食用外還可供制化妝品、醫(yī)藥、肥皂等[6-8]。由于人為過(guò)度砍伐，資源銳減明顯，加之果實(shí)為獸類(lèi)喜食，更新困難，已成漸危種[9]；華榛是湖南湘西州境內(nèi)的名貴鄉(xiāng)土樹(shù)種之一，在湘西州境內(nèi)多為零散分布，在永順縣青坪生態(tài)站內(nèi)有約0.67 hm2集中連片栽植，且生長(zhǎng)狀況較好。華榛作為試驗(yàn)區(qū)鄉(xiāng)土樹(shù)種，已逐漸在用材林、生態(tài)林建設(shè)方面得到推廣。為了適應(yīng)林業(yè)新發(fā)展需要，本文開(kāi)展華榛生長(zhǎng)特性和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素等方面的研究，以期為該樹(shù)種的推廣運(yùn)用提供有利幫助。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

1.1 地理位置與地形地貌

研究區(qū)位于湖南省湘西自治州永順縣青坪生態(tài)站內(nèi)(109°35′12″—110°23′41″E，28°42′24″—29°26′47″ N)，該區(qū)域內(nèi)溪流眾多，山巒起伏，有著明顯的水平地域分布規(guī)律；在垂直方向上，隨海拔升高，由現(xiàn)代河床向溪谷平原、崗地、丘陵再到山地過(guò)渡，具有多層性和成層分布規(guī)律[10-11]。

1.2 氣候與土壤

湖南湘西自治州永順縣地處武陵山脈中段，受季風(fēng)與山地氣候共同影響，境內(nèi)雨量充沛，光熱條件優(yōu)越，太陽(yáng)總輻射量為89.9～97.4 kcal·cm-2，年均日照時(shí)數(shù)超過(guò)1 300 h，年平均氣溫16.4 ℃，≥10 ℃的年活動(dòng)積溫4 835～5 200 ℃，無(wú)霜期286 d，年平均降雨量1 350 mm左右；土壤母巖分布主要是白云巖、紅色砂巖、凝灰質(zhì)板巖、石灰?guī)r等；主要土壤類(lèi)型有紅壤、黃壤、黃棕壤等[11]。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

湖南省湘西自治州永順縣青坪生態(tài)站30年生華榛樹(shù)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2012年6月,在全面踏查的基礎(chǔ)上，選擇具有代表性的2塊面積20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)地，對(duì)樣地內(nèi)胸徑大于5cm的活力木開(kāi)展每木檢尺，測(cè)量并記錄樹(shù)高、胸徑數(shù)據(jù)。在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地中找出干形良好、無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)斷梢的單株木作為標(biāo)準(zhǔn)木，并對(duì)選中的2株標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行樹(shù)干解析。伐倒前標(biāo)明南北方向，伐倒后測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)木的實(shí)際樹(shù)高，按照2 m區(qū)分段分別截取2cm的圓盤(pán)，直到樹(shù)頂部，并在所有圓盤(pán)的非工作面上標(biāo)記好方向及圓盤(pán)編號(hào)，在工作面上查定年輪數(shù)及測(cè)量對(duì)應(yīng)的直徑，最后將兩株解析木的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，根據(jù)測(cè)量和計(jì)算所得數(shù)據(jù)繪制樹(shù)高、胸徑和材積生長(zhǎng)過(guò)程曲線[12-15]，包括樹(shù)高連年生長(zhǎng)量HZ(t)與平均生長(zhǎng)量HQ(t)曲線、胸徑連年生長(zhǎng)量DZ(t)與平均生長(zhǎng)量DQ(t)曲線、樹(shù)干材積連年生長(zhǎng)量VZ(t)與平均生長(zhǎng)量VQ(t)曲線。

2.2.2 研究方法

(1)礦質(zhì)元素的選擇

根據(jù)元素的含量占植物干物質(zhì)質(zhì)量的多少確定大量、微量元素的種類(lèi)，其中占干物質(zhì)1%以上的元素為大量元素(磷元素含量一般為0.2%～1.0%)[16]。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，本文研究的大量礦質(zhì)元素為磷(P)、 鉀(K)，微量元素為鈣(Ca)、 鎂(Mg)、 鐵(Fe)、 錳(Mn)、 銅(Cu)。本文通過(guò)對(duì)華榛各部位(樹(shù)根、 樹(shù)干、 樹(shù)枝、 樹(shù)皮和樹(shù)葉)的磷(P)、 鉀(K)、 鈣(Ca)、 鎂(Mg)、鐵(Fe)、 錳(Mn)、 銅(Cu)等礦質(zhì)元素的含量進(jìn)行測(cè)定，找出其分布特點(diǎn)，分析其相關(guān)性。

(2)樣本的采集處理與礦質(zhì)元素的測(cè)定方法

在伐倒的華榛上分別采集樹(shù)根、樹(shù)干、樹(shù)枝、樹(shù)皮、樹(shù)葉各200 g，帶回實(shí)驗(yàn)室，放在烘箱中采用 85 ℃的恒溫干燥至重量不再變化后，將各樣本分別進(jìn)行研磨后過(guò)篩(100目)，再選取其中1～2 g樣本進(jìn)行離子化處理，經(jīng)過(guò)濾、定容后儲(chǔ)存，以備測(cè)量所用。

元素的測(cè)定方法為：磷(P)的測(cè)定采用鉬銻抗比色法；鉀(K)的測(cè)定采用火焰分光光度法；鈣(Ca)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)的測(cè)定均采用原子吸收光譜的方法[17-18]。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本文采用DPS 9.50數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)對(duì)多個(gè)具備相關(guān)性的礦質(zhì)元素進(jìn)行分析，計(jì)算相關(guān)密切程度，找出各礦質(zhì)元素間的顯著相關(guān)性[11]。

3 結(jié)果與分析

3.1 華榛生長(zhǎng)規(guī)律

對(duì)華榛進(jìn)行了樹(shù)干解析，得出其樹(shù)高生長(zhǎng)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)。從表1和圖1可以看出，華榛樹(shù)高生長(zhǎng)的特征為：在5～15 a間樹(shù)高生長(zhǎng)較快，樹(shù)高連年生長(zhǎng)量最大值出現(xiàn)在第10年，達(dá)0.93 m；樹(shù)高平均生長(zhǎng)量在10～20 a間生長(zhǎng)較快，最大值達(dá)到0.79 m；樹(shù)高平均生長(zhǎng)量曲線和連年生長(zhǎng)量曲線在第16年相交。

圖1 華榛HZ(t)與HQ(t)的關(guān)系Fig.1 The relation of HZ(t) and HQ(t) of C.chinensis

從表1和圖2可以看出，華榛的胸徑生長(zhǎng)呈現(xiàn)出“慢-快-慢”的規(guī)律，胸徑連年生長(zhǎng)量最大值出現(xiàn)在第15年，達(dá)到0.84 cm；胸徑平均生長(zhǎng)量在第10～20年間生長(zhǎng)較快；在第17年平均生長(zhǎng)

表1 華榛樹(shù)高、胸徑、材積生長(zhǎng)量表Tab.1Height, DBH, volume curve growth of C.chinensis 樹(shù)齡/a指標(biāo)樹(shù)高/m胸徑/cm材積/m3增長(zhǎng)量3.01 2.80 0.001 6 5平均生長(zhǎng)量0.60 0.56 0.000 3 連年生長(zhǎng)量0.600.56 0.000 3增長(zhǎng)量7.68 6.10 0.022 610平均生長(zhǎng)量0.77 0.61 0.002 3連年生長(zhǎng)量0.93 0.66 0.004 2增長(zhǎng)量11.94 10.30 0.050 8 15平均生長(zhǎng)量0.80 0.69 0.003 4連年生長(zhǎng)量0.85 0.84 0.005 6 增長(zhǎng)量13.91 11.90 0.082 820平均生長(zhǎng)量0.70 0.60 0.004 1連年生長(zhǎng)量0.39 0.32 0.006 4增長(zhǎng)量14.60 13.20 0.112 225 平均生長(zhǎng)量0.58 0.53 0.004 5連年生長(zhǎng)量0.14 0.26 0.005 9增長(zhǎng)量15.26 14.30 0.140 630 平均生長(zhǎng)量0.51 0.48 0.004 7連年生長(zhǎng)量0.13 0.22 0.005 7

圖2 華榛DZ(t) 與DQ(t)的關(guān)系Fig.2 The relation of DZ(t) and DQ(t) of C.chinensis

量曲線和連年生長(zhǎng)量曲線相交，此后胸徑生長(zhǎng)進(jìn)入數(shù)量成熟階段。

從表1和圖3可以看出，華榛材積生長(zhǎng)在早期較慢，連年生長(zhǎng)量在第20年達(dá)到最大值0.006 m3；而平均生長(zhǎng)量在30 a仍處于上升階段，平均生長(zhǎng)量曲線與連年生長(zhǎng)量曲線仍未相交，材積生長(zhǎng)未達(dá)到數(shù)量成熟階段。

圖3 華榛VZ(t)與VQ(t)的關(guān)系Fig.3 The relation of VZ(t) and VQ(t) of C.chinensis

3.2 華榛各部位營(yíng)養(yǎng)元素的分布與相關(guān)性分析

通過(guò)對(duì)各部位營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行測(cè)定并進(jìn)行相關(guān)性分析，得出華榛各部位礦質(zhì)元素間的相關(guān)性(見(jiàn)表2)。

表2 華榛各部位礦質(zhì)元素相關(guān)性分析Tab.2 Mineral elements dependency in different parts of C. chinensis相關(guān)系數(shù)PKCaMgFeMnCuP1K0.83*1Ca0.530.731Mg0.90*0.770.451Fe-0.03-0.11-0.080.391Mn0.95**0.86*0.710.93**0.141Cu0.97**0.800.560.89*-0.020.96**1 注:* 表示在0.05水平上相關(guān)性顯著,**表示在0.01水平上相關(guān)性極顯著。

從表2中可以看出：P元素與K元素、P元素與Mg元素、K元素與Mn元素、Mg元素與Cu元素之間具有顯著相關(guān)性(P﹤0.05);P元素與Mn元素、P元素與Cu元素、Mg元素與Mn元素、Mn元素與Cu元素之間極顯著相關(guān)(P﹤0.01)。

4 結(jié)論與討論

(1) 隨著樹(shù)齡的增加，華榛樹(shù)高、胸徑和材積都在持續(xù)增加，30 a時(shí)分別達(dá)到了15.26 m、14.30 cm和0.1 406 m3。華榛樹(shù)高、胸徑和材積在前5年生長(zhǎng)均較慢，這是由于林木根系、枝葉等器官均未達(dá)到成熟，對(duì)養(yǎng)分的吸收與累積能力較弱有關(guān)。侯海龍等[19]對(duì)鉤栗天然林生長(zhǎng)規(guī)律研究以及黃石嘉等[20]對(duì)青岡櫟的生長(zhǎng)規(guī)律研究中也發(fā)現(xiàn)了同樣的特性。華榛的樹(shù)高速生期在5～10 a，連年生長(zhǎng)量最大值出現(xiàn)在第10年，達(dá)到0.93 m，達(dá)到峰值后迅速下降，在第16年樹(shù)高平均生長(zhǎng)量曲線與連年生長(zhǎng)量曲線相交。華榛胸徑速生期在10～15 a，連年生長(zhǎng)最大值出現(xiàn)在第15年，達(dá)到0.84 cm，此后連年生長(zhǎng)量開(kāi)始迅速下降，在第17年華榛平均生長(zhǎng)量曲線與連年生長(zhǎng)量曲線相交。華榛材積生長(zhǎng)總體趨勢(shì)是“慢-快-慢”，材積速生期在5～10 a，連年生長(zhǎng)量最大值出現(xiàn)在第20年，達(dá)0.006 m3，達(dá)到峰值后緩慢下降，材積的連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量在30 a以前未相交，表明華榛材積生長(zhǎng)仍未進(jìn)入數(shù)量成熟階段，材積生長(zhǎng)潛力依然很大。

(2) 對(duì)喬木樹(shù)種礦質(zhì)元素的研究主要涉及元素種類(lèi)與含量分布，趙華[21]關(guān)于日本落葉松礦質(zhì)元素含量的初步研究以及劉元等[22]對(duì)闊葉樹(shù)種礦質(zhì)元素的分布研究中均有涉及；本文通過(guò)對(duì)華榛礦質(zhì)元素的含量及相關(guān)性研究得出相關(guān)結(jié)論(見(jiàn)表2)，為該樹(shù)種的養(yǎng)分管理提供了有利依據(jù)。

(3)由于試驗(yàn)條件和樣本選擇的限制，本文未對(duì)全域內(nèi)的華榛開(kāi)展生長(zhǎng)特性，以及華榛林木整個(gè)生命周期礦質(zhì)元素含量與相關(guān)性的研究。在今后的研究中，可以進(jìn)一步擴(kuò)大研究范圍，提高相關(guān)研究的廣泛性和適應(yīng)性，為合理經(jīng)營(yíng)管理華榛林分提供依據(jù)。