栲樹葉片中不同類型鈣含量對海拔梯度和土壤因子變化的響應(yīng)

柏雨萱, 劉丹萍, 邢鄭瑜, 蘇 儀, 林仁忠, 廖曉麗, 靳少非, 鄭德祥,①

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院, 福建 福州 350002; 2.順昌縣國有林場, 福建 順昌 353200; 3.閩江學(xué)院地理與海洋學(xué)院, 福建 福州 350108)

鈣作為植物生長必需的營養(yǎng)元素之一，在植物生長發(fā)育和適應(yīng)環(huán)境過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。在植物細(xì)胞中，鈣主要以水溶性鈣、果膠酸鈣、草酸鈣、硝酸鈣和氯化鈣、磷酸鈣和碳酸鈣、硅酸鈣6類形式存在。植物葉片是鈣的存儲器官之一，葉片對環(huán)境因子的變化較為敏感[2,3]，導(dǎo)致葉片細(xì)胞中的鈣在含量和類型上變化各異且具有特異性[4]。研究結(jié)果[5,6]表明：在不同種類的植物葉片細(xì)胞中鈣的類型有明顯差別；蘇志孟等[7]認(rèn)為，堇菜(ViolaverecundaA.Gray)葉片細(xì)胞中草酸鈣晶體的密度與束縛水含量具有顯著正相關(guān)關(guān)系，說明在干旱條件下堇菜葉片細(xì)胞可能通過調(diào)節(jié)草酸鈣晶體的密度應(yīng)對干旱脅迫；劉劍鋒等[8]的研究結(jié)果表明：梨(Pyrussp.)的果實(shí)用質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)6%CaCl2浸泡后，果實(shí)的磷酸鈣和草酸鈣含量均不同程度提高?？梢?，植物細(xì)胞中存儲的不同類型的鈣對植物適應(yīng)環(huán)境異質(zhì)性有重要作用，在不同逆境條件下植物葉片細(xì)胞中各類型的鈣可通過調(diào)整其含量來適應(yīng)生境的變化[4]。

在實(shí)際營林生產(chǎn)過程中，海拔是制約樹種分布與造林培育的重要環(huán)境因子，海拔變化可引起氣溫、光照和水分等生境因子的改變，進(jìn)而影響植物的生長和生理代謝過程[9,10]。植物葉片中的鈣含量也可隨海拔變化而改變，其中海拔差異引起的氣溫變化是影響植物鈣吸收能力的重要原因之一[11]。除海拔因子外，土壤作為植物生長的基本載體，其養(yǎng)分含量及含水量等因子對植物的生長同樣存在重要影響[12,13]，其中，土壤理化性質(zhì)變化對植物鈣素含量也存在一定的影響[14,15]，例如：土壤pH值降低可能會抑制植物對鈣素的吸收；土壤有機(jī)碳、全氮、全鈣和全磷含量與葉片鈣含量存在顯著正相關(guān)。由于鈣在植物的生長發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)過程中具有重要作用，目前已有不少學(xué)者對植物葉片中鈣含量及不同類型鈣的比例及其環(huán)境影響因子進(jìn)行了研究，但研究目標(biāo)主要集中于喀斯特等高鈣土壤環(huán)境地區(qū)[4,5,16]。然而，鈣作為第二信使參與植物體諸多生理代謝過程[1]，其與環(huán)境因子間的相互作用機(jī)制尚不明確，且在其他非鈣質(zhì)土壤中不同類型鈣對植物的作用與高鈣土壤是否相同，均有待深入研究。此外，酸化土壤對土壤系統(tǒng)中鈣的平衡產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響植物的正常生長[17]，使得亞熱帶森林土壤中的鈣可能逐漸取代氮素成為限制該地區(qū)林木生長的關(guān)鍵因子[15,18]，那么，在亞熱帶非鈣質(zhì)土壤環(huán)境中植物能否通過調(diào)整葉片中各類型鈣的分配策略來適應(yīng)酸性土壤環(huán)境尚需進(jìn)一步的深入研究。

栲樹(CastanopsisfargesiiFranch.)為中國亞熱帶常綠闊葉林的常見建群種之一，主要分布在長江以南各地。目前對栲樹的研究主要集中在土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[19]、林分結(jié)構(gòu)[20]、幼苗對氮素的響應(yīng)[21]、種子性狀變異[22]、葉片功能性狀對增溫和施氮的影響[23]及優(yōu)勢群落的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[24]等方面，而關(guān)于栲樹生長和代謝與鈣元素吸收、積累的關(guān)系以及植物在不同環(huán)境下不同類型鈣的分配策略尚不清楚。

為此，作者在福建郭巖山縣級森林生態(tài)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，按照海拔設(shè)置5個(gè)樣地，通過分析不同樣地中栲樹葉片不同類型鈣含量和土壤理化指標(biāo)的變化特征，探究各類型鈣含量與海拔和土壤理化指標(biāo)的關(guān)系，揭示栲樹葉片中各類型鈣的積累水平對海拔和土壤因子變化的響應(yīng)規(guī)律，探討栲樹葉片通過調(diào)整不同類型鈣的分配策略適應(yīng)非鈣質(zhì)土壤環(huán)境的作用機(jī)制，以期為中國亞熱帶地區(qū)山地造林以及林分施鈣措施的制定提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省順昌縣郭巖山縣級森林生態(tài)自然保護(hù)區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°00′～118°30′、北緯27°06′～27°18′，地處福建省南平市與三明市的交接地帶，最高海拔1 383.7 m。該保護(hù)區(qū)地處亞熱帶地區(qū)，屬海洋性季風(fēng)氣候；年均氣溫19 ℃，四季分明；年降水量1 600～1 800 mm，常年雨量充沛。主要土壤類型為黃紅壤(海拔500～700和900～1 000 m)和黃棕壤(海拔700～900 m)，土壤厚度多為0～20 cm。

研究區(qū)內(nèi)植被類型豐富且具有明顯的垂直分布特征。海拔500 m以下區(qū)域多為杉木〔Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.〕人工林；海拔500～1 000 m區(qū)域以栲樹、木荷(SchimasuperbaGardn.et Champ.)和馬尾松(PinusmassonianaLamb.)混交林為主，其中栲樹為主要建群種；海拔1 000 m以上區(qū)域多為腫節(jié)少穗竹〔Oligostachyumoedogonatum(Z.P.Wang et G.H.Ye)Q.F.Zhang et K.F.Huang〕及小喬木。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣品采集 在2020年11月，依據(jù)隨機(jī)性和獨(dú)立性的樣地劃分原則，在研究區(qū)內(nèi)海拔500～900 m區(qū)域，以100 m為海拔梯度設(shè)置5個(gè)樣地，各樣地光照、坡度、地形和地貌條件等基本一致，坡向均為西南朝向。各樣地基本概況見表1。

表1 供試栲樹樣地的基本概況

在每個(gè)樣地中劃分5個(gè)自然條件基本一致的標(biāo)準(zhǔn)樣方，面積均為30 m×30 m。在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣方中隨機(jī)選取生長良好、樹形基本一致的野生成年栲樹5株，在各樣株的樹冠外圍采集完全成熟、無病蟲害、無損壞的健康葉片20～40枚，置于密封袋中并用便攜式冰箱帶回實(shí)驗(yàn)室，于-80 ℃超低溫冰箱中保存，用于葉片鈣含量測定。

在每株樣株的樹冠下，去除地表的凋落物，以樹干基部為中心沿地表徑流方向，在上坡位和下坡位各采集表層(0～20 cm)土壤300～500 g，同一樣地采集的土壤樣品混合均勻后帶回實(shí)驗(yàn)室，用于土壤理化指標(biāo)測定。

1.2.2 葉片中各類型鈣的提取和含量測定 參照Ohta等[25]的方法，依次加入不同提取劑進(jìn)行葉片中各類型鈣的提取，每個(gè)樣地設(shè)置5個(gè)重復(fù)樣品，同時(shí)以空白樣品(未放葉片)為對照進(jìn)行結(jié)果校正。將葉片磨碎后分別稱取約0.5 g，精密稱量后加入7 mL提取劑，于25 ℃水浴中恒溫振蕩1 h，在4 ℃下4 000 r·min-1離心10 min，收集上清液，重復(fù)提取2次；合并上清液并使用定量濾紙過濾，用體積分?jǐn)?shù)5%HCl溶液定容至25 mL，搖勻后即為供試樣液，殘?jiān)鼈溆谩Ｆ渲?，硝酸鈣和氯化鈣以體積分?jǐn)?shù)80%C2H5OH溶液作為提取劑；水溶性鈣以蒸餾水作為提取劑；果膠酸鈣以濃度1 mol·L-1NaCl溶液作為提取劑；磷酸鈣和碳酸鈣以體積分?jǐn)?shù)2%CH3COOH溶液作為提取劑；草酸鈣以體積分?jǐn)?shù)0.6%HCl溶液作為提取劑。

提取后的殘?jiān)秒姛岚寮訜釗]干溶劑，參照齊清文等[5]的提取步驟，用V(HNO3)∶V(HClO4)=4∶1混合液作為消化液，消化提取葉片中的殘?jiān)}(硅酸鈣)，冷卻后用體積分?jǐn)?shù)0.2%HNO3溶液定容至25 mL，搖勻后即為殘?jiān)}樣品溶液。同時(shí)消煮空白樣品(未放葉片)進(jìn)行結(jié)果校正。

上述樣品溶液用ZEEnit 700P原子吸收分光光度計(jì)(德國Analytik Jena公司)在波長422.7 nm下進(jìn)行測定。

1.2.3 土壤理化指標(biāo)測定 在采集土壤樣品時(shí)用Model SK-250WP溫度傳感器(日本SATO公司)測定土壤溫度；采用烘干法[26]測定土壤含水量。將自然風(fēng)干的土壤研磨后過孔徑2 mm篩，稱取10 g土壤樣品，加入25 mL超純水并劇烈攪動，靜置30 min后利用ST 2100玻璃電極pH計(jì)(美國OHAUS公司)測定土壤pH值。

將自然風(fēng)干的土壤研磨后過孔徑0.149 mm篩，稱取0.2 g土壤樣品，采用HNO3-HClO4法[27]消煮后，用PerkinICP-MS電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國PERKINELMER公司)測定土壤全磷、全鉀和全鈣含量。稱取前述土壤樣品0.2 g，用錫舟(4 mm×4 mm×11 mm，德國ELEMENTAR公司)包樣后，用Vario MAX碳氮元素分析儀(德國ELEMENTAR公司)測定土壤全碳和全氮含量。每個(gè)樣地設(shè)置5個(gè)重復(fù)樣品，同時(shí)設(shè)置空白樣品(未放葉片)進(jìn)行結(jié)果校正。每份樣品各指標(biāo)均重復(fù)測定3次，結(jié)果取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

用EXCEL 2010和SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用單因素方差分析法(one-way ANOVA)分析不同樣地間栲樹葉片各類型鈣含量的差異；采用Pearson法分析葉片各類型鈣含量間的相關(guān)性。

以海拔和土壤基本理化性質(zhì)為環(huán)境因子，以葉片各類型鈣含量為物種因子，使用CANOCO 5軟件進(jìn)行RDA約束排序以分析葉片不同類型鈣含量與海拔和土壤因子的關(guān)系，在RDA分析前需對參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。在RDA排序圖中，將每個(gè)環(huán)境因子箭頭連線的長短視為環(huán)境因子對葉片各類型鈣含量解釋量的相對大??；環(huán)境因子與各類型鈣含量的夾角角度(θ)能夠反映二者的相關(guān)性，0°≤θ<90°，呈正相關(guān)；90°<θ≤180°，呈負(fù)相關(guān)；θ=90°，則無相關(guān)性[28]。

2 結(jié)果和分析

2.1 栲樹葉片不同類型鈣的含量及相關(guān)關(guān)系

2.1.1 葉片不同類型鈣含量的比較 不同海拔樣地間栲樹葉片中不同類型鈣含量的差異見表2。

由表2可以看出：隨樣地海拔的變化，栲樹葉片中各類型鈣含量呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。葉片中硝酸鈣和氯化鈣含量隨樣地海拔的升高總體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，以海拔500 m樣地中最高，且顯著(P<0.05)高于另4個(gè)樣地；而另4個(gè)樣地間的硝酸鈣和氯化鈣含量無顯著差異。水溶性鈣含量隨樣地海拔的升高總體呈現(xiàn)“降低—升高”的趨勢，海拔800和900 m樣地中均較高，且顯著高于另3個(gè)樣地；水溶性鈣含量在海拔700 m樣地中最低，且顯著低于其他4個(gè)樣地。果膠酸鈣及草酸鈣含量隨樣地海拔的升高總體呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，均在海拔900 m樣地中最高，且顯著高于另4個(gè)樣地；而另4個(gè)樣地間的果膠酸鈣及草酸鈣含量無顯著差異。磷酸鈣和碳酸鈣含量隨樣地海拔的升高總體呈現(xiàn)“升高—小幅降低”的趨勢，在海拔700 m樣地中最高、海拔500 m樣地中最低，在海拔700～900 m樣地間無顯著差異，但均顯著高于海拔500和600 m樣地。硅酸鈣含量隨樣地海拔的升高呈波動變化趨勢，以海拔500 m樣地中最高，且顯著高于海拔600和900 m樣地，而在海拔600～900 m樣地間無顯著差異。

表2 不同海拔樣地間栲樹葉片不同類型鈣含量的比較

在同一海拔的樣地中，栲樹葉片中不同類型鈣含量的排序規(guī)律一致，從低到高依次為硝酸鈣和氯化鈣、水溶性鈣、果膠酸鈣、磷酸鈣和碳酸鈣、草酸鈣、硅酸鈣，均值依次為54.06、208.57、820.56、1 122.54、1 891.58、6 962.60 mg·kg-1。各樣地的硝酸鈣和氯化鈣與水溶性鈣的含量無顯著差異，但這二者含量均顯著低于其他4類鈣含量；除海拔900 m樣地外，其他樣地的硅酸鈣含量顯著高于另5類鈣含量；除海拔700和900 m的樣地外，其他3個(gè)樣地的果膠酸鈣、磷酸鈣和碳酸鈣、草酸鈣的含量無顯著差異。

總體上看，在海拔500～900 m的5個(gè)樣地間，葉片的總鈣含量依次為12 350.43、8 653.85、11 752.14、11 382.13、11 160.97 mg·kg-1，其中，海拔700～900 m樣地間總鈣含量差異不大，而海拔500和600 m樣地間總鈣含量差異較大，與前者硅酸鈣含量最高、后者草酸鈣及硅酸鈣含量均最低有關(guān)。

2.1.2 葉片不同類型鈣含量間的相關(guān)性 栲樹葉片中不同類型鈣含量間的相關(guān)系數(shù)見表3。由表3可以看出：栲樹葉片6個(gè)類型鈣含量間存在不同程度的相關(guān)性。其中，硝酸鈣和氯化鈣含量與磷酸鈣和碳酸鈣含量呈極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)，與硅酸鈣含量呈顯著正相關(guān)；果膠酸鈣含量與草酸鈣含量呈極顯著正相關(guān)；磷酸鈣和碳酸鈣含量與草酸鈣含量呈極顯著正相關(guān)。表明栲樹葉片中的硝酸鈣和氯化鈣與磷酸鈣和碳酸鈣之間可能互相轉(zhuǎn)化，且硝酸鈣和氯化鈣可與硅酸鈣同步增減；栲樹葉片中鈣含量更傾向于果膠酸鈣及磷酸鈣和碳酸鈣與草酸鈣協(xié)同增減的分配策略。

表3 栲樹葉片中不同類型鈣含量間的相關(guān)系數(shù)1)

2.2 栲樹葉片不同類型鈣含量與海拔和土壤因子的關(guān)系

2.2.1 不同樣地土壤理化指標(biāo)的差異 不同海拔樣地土壤理化指標(biāo)的差異見表4。結(jié)果顯示：供試樣地的土壤溫度隨海拔升高逐漸降低，在海拔500 m樣地最高、海拔900 m樣地最低，總體上差異顯著(P<0.05)。土壤含水量在海拔900 m樣地最高，與另4個(gè)樣地差異顯著；而另4個(gè)樣地間無顯著差異。土壤pH值在海拔500 m樣地最高，與另4個(gè)樣地差異顯著；而另4個(gè)樣地間無顯著差異。土壤全碳含量在海拔500 m樣地最低，與另4個(gè)樣地差異顯著；而另4個(gè)樣地的土壤全碳含量總體隨海拔升高波動變化，但均無顯著差異，其中海拔900 m樣地的土壤全碳含量最高。土壤全氮含量隨海拔升高逐漸提高，在海拔500 m樣地最低、海拔900 m樣地最高，總體上差異顯著。供試樣地土壤全磷含量均無顯著差異，在海拔700 m樣地最低、海拔600 m樣地最高。土壤全鉀含量隨海拔升高波動變化，在海拔600 m樣地最高且顯著高于其他樣地，在海拔500 m樣地最低。土壤全鈣含量在海拔500和600 m樣地顯著高于海拔700～900 m樣地，在海拔700 m樣地最低，并與其他樣地差異顯著。

表4 不同海拔樣地土壤理化指標(biāo)的比較

總體上看，在供試的5個(gè)樣地中，在海拔相對較低(500和600 m)的樣地內(nèi)，土壤的溫度、含水量和pH值以及全磷和全鈣含量均較高，但土壤的全氮含量則較低。

2.2.2 栲樹葉片不同類型鈣含量與海拔和土壤理化指標(biāo)的相關(guān)性 對栲樹葉片中不同類型鈣含量與樣地海拔和土壤理化指標(biāo)進(jìn)行RDA約束排序分析，結(jié)果見表5和圖1。

由表5可見：從單一因子看，海拔對栲樹葉片中各類型鈣含量的解釋率最高，達(dá)28.8%，貢獻(xiàn)率高達(dá)48.6%；8個(gè)土壤理化指標(biāo)的總解釋率達(dá)30.5%，總貢獻(xiàn)率達(dá)51.4%，其中，土壤全鈣含量的解釋率和貢獻(xiàn)率均最高(分別為9.0%和15.1%)，表明海拔和土壤全鈣含量對栲樹葉片各類型鈣含量的影響較大。

表5 海拔和土壤理化指標(biāo)對栲樹葉片中不同類型鈣含量變化的解釋率和貢獻(xiàn)率1)

第1和第2排序軸的特征值分別為0.338和0.145，前2個(gè)RDA排序軸包括90.84%栲樹葉片各類型鈣含量指標(biāo)以及海拔和土壤理化指標(biāo)的信息。由圖1可見：葉片硝酸鈣和氯化鈣含量與土壤的pH值、溫度、全磷含量和全氮含量呈正相關(guān)，與土壤的全碳含量、全鈣含量、全鉀含量和含水量及海拔呈負(fù)相關(guān)；葉片水溶性鈣含量與土壤的全鈣含量、全鉀含量、全碳含量和含水量及海拔呈正相關(guān)，與土壤的溫度、pH值和全氮含量呈負(fù)相關(guān)，但與土壤全磷含量無相關(guān)關(guān)系；葉片果膠酸鈣含量及草酸鈣含量與土壤的全鉀含量、全鈣含量和含水量及海拔呈正相關(guān)，與土壤的全磷含量、全氮含量、溫度和pH值呈負(fù)相關(guān)，與土壤全碳含量無相關(guān)關(guān)系；葉片磷酸鈣和碳酸鈣含量與土壤的全碳含量、全鈣含量、全鉀含量和含水量及海拔呈正相關(guān)，與土壤的全磷含量、全氮含量、pH值和溫度呈負(fù)相關(guān)；葉片硅酸鈣含量僅與土壤的全氮含量和pH值呈正相關(guān)，與其他因子呈負(fù)相關(guān)。

C1: 硝酸鈣和氯化鈣含量Content of calcium nitrate and calcium chloride; C2: 水溶性鈣含量Content of water soluble calcium; C3: 果膠酸鈣含量Content of calcium pectate; C4: 磷酸鈣和碳酸鈣含量Content of calcium phosphate and calcium carbonate; C5: 草酸鈣含量Content of calcium oxalate; C6: 硅酸鈣含量Content of calcium silicate.Alt: 海拔Altitude; pH: 土壤pH值pH value of soil; t: 土壤溫度Temperature of soil; WC: 土壤含水量Water content in soil; TCa: 土壤全鈣含量Content of total calcium in soil; TK: 土壤全鉀含量Content of total potassium in soil; TN: 土壤全氮含量Content of total nitrogen in soil; TP: 土壤全磷含量Content of total phosphorus in soil; TC: 土壤全碳含量Content of total carbon in soil.

3 討論和結(jié)論

3.1 栲樹葉片不同類型鈣含量差異的生態(tài)學(xué)意義及其對海拔變化的響應(yīng)

植物體內(nèi)鈣含量約為0.1%～5.0%，鈣離子濃度的改變可影響植物細(xì)胞中鈣的存在形式，各類型鈣相互調(diào)節(jié)并維持平衡，輔助植物適應(yīng)環(huán)境異質(zhì)性[29]。本研究中，栲樹葉片含有的不同類型鈣中，硝酸鈣和氯化鈣含量最低，且與磷酸鈣和碳酸鈣含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這是因?yàn)橄跛徕}和氯化鈣為活性鈣，在植物體內(nèi)代謝較快并可迅速轉(zhuǎn)化成其他類型的鈣[4]，而磷酸鈣具有解毒作用并能提高植物抗性[30]，因而，隨著海拔上升、氣溫下降，細(xì)胞中的硝酸鈣和氯化鈣向磷酸鈣轉(zhuǎn)化，以提高栲樹抵御寒冷環(huán)境的能力。

在海拔800和900 m樣地中，栲樹葉片的水溶性鈣含量顯著增加，其原因可能與這2個(gè)樣地中的生境有關(guān)。許瑤瑤等[31]的調(diào)查結(jié)果顯示：在郭巖山海拔800～900 m處，栲樹林分的密度和郁閉度較小，光合能力較強(qiáng)。植物葉片所含的水溶性鈣有利于植物體內(nèi)鈣離子的吸收利用[32]，鈣離子含量的增加可有效緩解低溫依賴性光損傷及葉片中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的過量積累，從而提高植物的光合作用并緩解低溫凍害[33]。因此，在海拔800～900 m樣地中，栲樹葉片水溶性鈣含量增加，可在提高栲樹耐寒性的同時(shí)增強(qiáng)其光合作用，促進(jìn)栲樹個(gè)體的生長發(fā)育。

在寒冷環(huán)境下，植物體內(nèi)水溶性果膠含量的增加，能有效提高植物抗寒性及微生物侵染能力[34]。本研究中，在海拔900 m樣地中栲樹葉片的果膠酸鈣含量顯著增加，其原因是果膠酸鈣作為植物細(xì)胞壁的主要組成成分之一，對提高細(xì)胞壁的剛性和維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性具有重要作用；且在海拔900 m處氣溫較低，栲樹通過增加體內(nèi)的果膠酸鈣含量增強(qiáng)其對低溫的抗性，確保植株正常生長。

在海拔700～900 m樣地中，栲樹葉片的磷酸鈣和碳酸鈣含量顯著高于海拔500～600 m樣地，這一現(xiàn)象可能與磷酸鈣在植物體中的功能有關(guān)。磷酸鈣具有較強(qiáng)的解毒作用，細(xì)胞中鈣離子激活H+-ATP酶調(diào)節(jié)葉片細(xì)胞的pH值[17]，并能在酸性環(huán)境下保持細(xì)胞中鈣離子的穩(wěn)定性[30]，有利于增強(qiáng)植物抗逆能力[35]。因此，在供試樣地的高海拔及酸性土壤環(huán)境下，栲樹葉片通過磷酸鈣的積累緩解酸性環(huán)境對植株的毒害作用并提高其抗性。

隨著海拔上升、氣溫下降，栲樹葉片通過增加對草酸鈣的吸收，在細(xì)胞間隙沉積并形成各類晶體，以減輕有機(jī)酸積累過量對植物體產(chǎn)生的毒害[4,36]，提高低溫脅迫下植株的抗逆性并維持自身生長[37]，因此，海拔900 m樣地的栲樹葉片中草酸鈣含量顯著增加。根據(jù)侯學(xué)煜[38]對植物生長與土壤鈣質(zhì)的依賴關(guān)系分類可知，栲樹應(yīng)為嫌鈣或亞嫌鈣植物；且栲樹葉片中積累的鈣主要以草酸鈣和硅酸鈣為主，這與曹建華等[4]對嫌鈣植物葉片各類鈣含量的研究結(jié)果類似。草酸鈣和硅酸鈣為非活性鈣，其在植物體內(nèi)難以被吸收、利用和轉(zhuǎn)移[36]，因而，在栲樹葉片中草酸鈣和硅酸鈣的含量均高于其他4類鈣。

本研究中，栲樹葉片中果膠酸鈣、磷酸鈣和碳酸鈣及草酸鈣含量與海拔均呈正相關(guān)，這3類鈣的含量兩兩之間也呈正相關(guān)，其原因可能為草酸鈣的抗逆性[4]與磷酸鈣的解毒性[30]具有協(xié)同作用，果膠酸鈣能維持和增強(qiáng)組織的穩(wěn)定性[34]，這3類鈣的含量隨海拔升高協(xié)同增加，以應(yīng)對氣溫變化對植物的脅迫作用。由此可知，栲樹葉片各類鈣含量隨海拔變化而改變，這或許是栲樹植株為適應(yīng)因海拔變化而引起的氣溫變化所采用的調(diào)節(jié)策略之一，以實(shí)現(xiàn)對各類鈣的再分配，使植株達(dá)到最適生長狀態(tài)。在低溫條件下，鈣離子能夠參與調(diào)控植物體內(nèi)一些抗寒基因的表達(dá)，且鈣含量較低的植物易受凍害[39,40]。因此，在實(shí)際營林過程中，當(dāng)處于低溫或較高海拔環(huán)境時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮施用鈣肥以調(diào)整栲樹體內(nèi)各類鈣的分配策略，從而提高栲樹植株對外部環(huán)境變化的適應(yīng)性。

3.2 土壤理化性質(zhì)對栲樹葉片不同類型鈣含量的影響效應(yīng)

前述的研究結(jié)果表明：栲樹不同海拔樣地的土壤理化指標(biāo)存在較大差異，不同土壤理化指標(biāo)對葉片各類鈣含量的解釋率各異；由RDA排序結(jié)果可知，在8項(xiàng)土壤理化指標(biāo)中，土壤的全鈣含量、pH值和溫度對栲樹葉片中各類鈣含量影響較大，其中，土壤全鈣含量是影響栲樹葉片各類鈣含量變化的最重要的土壤因子(解釋率為9.0%)，且磷酸鈣和碳酸鈣含量與土壤全鈣含量呈正相關(guān)。說明土壤鈣是植物葉片鈣的主要來源，土壤鈣供應(yīng)不足將直接導(dǎo)致植物生長受阻，提高土壤鈣含量是增加植物抗性的有效措施之一[41]。土壤pH值也是影響栲樹葉片中各類鈣含量變化的重要因子之一，土壤的pH值與磷酸鈣和碳酸鈣含量呈負(fù)相關(guān)，這是因?yàn)樵谕寥浪嵝詶l件下，鈣的吸收有利于維持細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)細(xì)胞的抗酸能力[17]，故隨著土壤pH值下降，栲樹需要調(diào)整體內(nèi)鈣的分配策略，從土壤中吸收更多的鈣并以磷酸鈣的形式儲存在葉片內(nèi)，以此來提高植株的抗酸性。

研究結(jié)果表明：土壤溫度與栲樹葉片中水溶性鈣、果膠酸鈣及草酸鈣的含量均呈負(fù)相關(guān)，產(chǎn)生此結(jié)果的原因可能與這3類鈣的特性有關(guān)。隨著土壤溫度降低，栲樹葉片可能將儲存的鈣更多地轉(zhuǎn)化為水溶性鈣、果膠酸鈣及草酸鈣，以共同抵御環(huán)境脅迫，但具體原因尚待深入研究。土壤全鉀含量與葉片水溶性鈣及果膠酸鈣的含量呈正相關(guān)，這是由于土壤鉀離子在一定程度上可增強(qiáng)植株對土壤鈣的吸收，并提高葉片中鈣的積累能力[42]；而水溶性鈣和果膠酸鈣含量的增加則有利于鈣離子的轉(zhuǎn)移、吸收和利用。因此，土壤全鉀含量提高則對栲樹葉片鈣的吸收有促進(jìn)作用，可進(jìn)一步提升栲樹對環(huán)境的適應(yīng)能力，這與劉進(jìn)等[11]的研究結(jié)果類似。

在本研究中，土壤的全碳、全氮和全磷含量對栲樹葉片中各類鈣含量的影響效應(yīng)較小，具體原因有待進(jìn)一步研究。在中國南方地區(qū)植物易受凍害的原因主要是酸性土壤的鈣供應(yīng)水平較低[17]。因此，在中國南方進(jìn)行栲樹等樹種的營林過程中，應(yīng)考慮在傳統(tǒng)施肥的基礎(chǔ)上增施鈣肥，不僅能有效提高土壤供鈣能力，提供植物生長的必需元素，還能在一定程度上提高植株對各種逆境的抗性，維持其穩(wěn)定生長。

3.3 結(jié)論

綜上所述，在栲樹葉片含有的6類鈣中，除硝酸鈣和氯化鈣以及硅酸鈣的含量與海拔呈負(fù)相關(guān)外，其余4類鈣的含量均與海拔呈正相關(guān)，并通過協(xié)同增加草酸鈣、磷酸鈣和碳酸鈣以及果膠酸鈣含量的策略來應(yīng)對海拔引起的生境變化。而在土壤理化指標(biāo)中，土壤的全鈣含量和pH值是影響栲樹葉片中各類鈣分配的重要因子，說明土壤鈣是植物葉片鈣的主要來源。在亞熱帶造林樹種實(shí)際營林過程中，對種植在南方非鈣質(zhì)土壤或處于低溫或高海拔環(huán)境下的林木樹種，應(yīng)考慮在傳統(tǒng)施肥方式的基礎(chǔ)上增施鈣肥，以此改善土壤的酸化問題并降低林木遭受凍害的可能性，提高林木整體抗逆性，從而提高森林生產(chǎn)力。