广西32年生顶果木林分营养元素积累与分配特征*



广西32年生顶果木林分营养元素积累与分配特征*

吴庆标，宋华萍，朱媛

(广西大学 林学院，广西南宁530004)

摘要：本研究在广西来宾市32年生顶果木人工林内选取标准地，采用收获样方法计算林分生物量，同时对林分乔木层根、干、枝、叶、皮，灌木层根、干、枝、叶，草本层地上部分和地下部分进行生物量和营养元素含量的测定与分析，以研究其生态系统的营养元素分配特征。结果表明，32年生顶果木人工林生态系统生物量为808.25 t/hm2，各器官生物量排列情况为：干>枝>根>皮>叶。各器官营养元素含量均以Ca最高，N和K次之，Mg、P较低。乔木层的营养元素积累总量为10 000.23 kg/hm2，主要集中在干材和枝，其次是皮，最少是侧根。顶果木林每积累1 t干物质需要5种营养元素的总量为12.52 kg，其中对Ca的利用效率最低，Mg最高。

关键词：顶果木；人工林；营养元素；分配格局

顶果木(Acrocarpusfraxinifolius)属于豆科(Fabaceae)顶果木属(Acrocarpus)落叶大乔木[1]，分布在广西的南部、西部，贵州的西部和云南的南部、西南部至西部。顶果木的根系较为发达，冠幅较大和林分凋落物较为丰富，在涵养水源、保持水土和改良土壤等方面具有重要作用，顶果木在石山岩溶地区石漠化治理具有显著的效果[2～3]。顶果木的经济价值高，把顶果木作为山区石漠化治理的造林树种，进行大面积造林，对推动广西石漠化治理进程，具有深远的现实意义[4]。

杨成华[5]围绕顶果木的林学特性等进行研究，研究中发现顶果木的分布特点与所处环境的温度有关。顾茂彬等[6]则发现小黄粉蝶是主要危害顶果木的害虫之一。何关顺等[7]对顶果木的育苗问题进行研究，发现采用营养袋育苗可以提高顶果木的成活率。黎素平等[8]对顶果木的采种、播种以及苗期的管理进行了研究。周传明等[9]对顶果木的离体培养技术进行研究，发现改良MS培养基培养的无菌苗长势较好，其中真叶的生长较好。马跃等[10]主要集中进行种子、苗木的栽培技术相关的研究。吕曼芳等[11]对顶果木人工林的生长规律进行调查，发现顶果木的树高、胸径以及材积连长率均随着树龄增加而增加，当达到一定年龄后会逐渐减少，总体呈现先增加后减少的趋势。郝建等[12]则以顶果木的耐旱抗旱性为中心进行研究，结果表明在水分胁迫期间，顶果木叶片的叶绿素含量出现先升高后降低的趋势，而类胡萝卜素含量增加，可溶性糖及蛋白质的含量则出现先增加再降低的趋势。曾辉等[13]研究施肥对顶果木苗木生长及营养元素积累与分配的影响，发现施肥对叶片中N元素的累积有着促进作用，而对植物中P元素的积累作用不明显。邓福春等[14]则以顶果木对锰毒害的响应及解毒进行研究，发现顶果木叶片细胞膜的透性和丙二醇的含量随着锰溶液的浓度增加而增加，SOD酶的活性随着锰溶液浓度的增加表现为先增加后减少的趋势。先前研究主要是对顶果木的育苗、生长规律或胁迫反应进行研究，但关于顶果木的5种营养元素分配格局方面的研究不多。

本项目通过对广西省来宾市32年生顶果木人工林营养元素含量、积累量及其分配特征进行研究，以揭示顶果木人工林营养元素累积特点，为顶果木人工林的经营管理特别是林地营养管理提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

32年生顶果木人工林位于广西来宾维都林场，北纬23°16′～26°29′，东经108°24′～110°28′，属于亚热带季风气候，年平均气温为18.1～21.2℃，年降水量在1 225 mm以上，主要集中在4-8月；平均海拔为125 m，土壤为砂页岩红壤，植株行距为3 m×4 m，林分密度为550 株/hm2，林分郁闭度为0.8[11]。

顶果木人工林草本层以弓果黍(Cyrtococcumpatens)、半边旗(Pterissemipinnata)、 渐尖毛蕨(Cyclosorusacuminata)为优势种，灌木层以阴香(Cinnamomumburmannii)幼树、小叶女贞(Ligustrumquihoui)、翻白叶(Pterospermumheterophyllum) 幼树为优势种，林下植被覆盖度约为80 %，枯落物层厚度约为2～3 cm。

1.2试验方法

1.2.1试验地设置和林分调查

调查林分及生长情况后，按照典型选样原则，在顶果木人工林中设置20 m×20 m的3个标准样地，对标准样地内林木进行每木检尺，测得林木的平均胸径为25.8 cm，平均高为25.66 m。在样地中选取3株平均标准木，进行林分生物量的测定。

表1　林分土壤基本情况

1.2.2林分生物量的测定

树干通过Monsic分层切割法[15]测定，将标准木伐倒后以2 m为1段锯开后分别称取其鲜重。树干样品含水率及其营养元素含量的测定通过现场于标准木上、中、下位置分别锯取圆盘(厚度4～5 cm)样品，并做好标记，经烘至恒重测得含水率并粉碎装瓶待测。

枝条和叶子二者均通过全测法测定，即将伐倒的标准木的枝叶全部分离，再将枯枝和鲜枝分开，分别称取其鲜重，各采集样品500 g左右，其中树叶样品为嫩叶和老叶按一定比例混合。

根系通过全根挖掘法[16]来测定，对挖掘的根、根兜等称得鲜重，同样分别取500 g左右的样品。将全部样品带回实验室，经过105℃杀青30 min后，在85℃恒温下烘至恒重后称取其干重，并粉碎装瓶待测。

1.2.3植物样品营养元素分析

采集的植物样品在85℃的烘箱烘干至恒重，然后粉碎、装袋、标记。N、P、K元素含量的测定均首先采用浓 H2SO4-HClO4消化法煮至其清亮透明，N元素含量采用凯氏法测定，P元素含量采用钼锑抗比色法测定，K元素含量采用火焰光度计法测定，Ca和Mg元素含量经过HClO4-HNO3消化法煮至其清亮透明后用原子吸收光谱法测定[ 17 ]。

1.3统计分析

本研究实验数据利用Excel 2007软件分析整理，数据的显著性差异等采用SPSS软件进行分析。

2结果与分析

2.1林分生物量

顶果木人工林生态系统生物量为808.25 t/hm2，乔木层>灌草层>凋落物层。乔木层的生物量为798.93 t/hm2，占生态系统的98.85 %；灌草层(6.42 t/hm2)和凋落物层(2.9 t/hm2)占生态系统的0.79 %和0.36 %，灌草层是其凋落物层的2.2倍(图1)。各器官间的生物量差异显著(图1)，各器官生物量表现为干>枝>根(根兜+侧根)>皮>叶，其中生物量最大的为干(456.12 t/hm2)，占乔木层的57.09 %；最小的为叶(13.17 t/hm2)，占乔木层的1.65 %。

图1　顶果木人工林生物量

2.2营养元素含量

由于各器官生理和生物学特性的不同，营养元素在不同器官的含量明显不同，营养元素含量排列顺序为以Ca最高，N和K含量次之，Mg、P含量均较低(表2)。叶为N>K>Ca>P>Mg；枝为Ca>K>N>P>Mg；皮为Ca>N>K>P>Mg；干材为K>N> Ca>P>Mg；根兜为N>K>Ca>P>Mg；大根为N>K>Ca>P>Mg；中根为Ca>N>K>P>Mg；细根为N>Ca>K>Mg>P。各器官营养元素含量的高低与植物生理活动的代谢水平以及营养元素本身的特性有关，光合作用、呼吸作用这些生理活动主要是在叶子中的叶绿体和线粒体中进行，因此叶中N和K的含量高于其他器官。而在皮中Ca含量高于其他器官，这是因为构成细胞壁的主要元素是Ca。

表2　顶果木人工林各组分营养元素含量

2.3营养元素积累与分配

顶果木乔木层的5种营养元素积累总量为10 000.23 kg/hm2。由于顶果木林各器官营养元素含量差别较大，因此，各器官营养元素积累量及其分配存在较大的差异。顶果木林的营养元素积累量主要集中在干材和枝，其次是皮，最少是侧根。从乔木层各种营养元素积累量来看，顶果木林的Ca、K、N的含量相似，分别为3 313.52 kg/hm2、3 179.03 kg/hm2、3 026.48 kg/hm2，分别占总积累量比例的33.13 %、31.79 %、30.26 %，Mg的积累量最小，占总积累量比例的1.27 %(表3)。

表3　顶果木人工林营养元素积累与分配

2.4营养元素利用效率

养分的利用效率体现了植物对于环境中的营养元素的利用程度。养分利用效率主要采用的是Chapin指数(植物的养分贮量/植物的生物量)[18]。顶果木每积累1 t干物质需N、P、K、Ca 和Mg这5种营养元素12.52 kg，对各营养元素的利用效率为Mg>P>N>K>Ca。不同器官对各营养元素的利用效率分别为，叶是Mg>P>Ca>K>N；枝是Mg>P>N>K>Ca；皮是Mg>P>K >N>Ca；干材是Mg>P>Ca>N >K；根兜是Mg>P> Ca>K>N；侧根是Mg>P> K>Ca >N(表4)。

表4　顶果木人工林的营养元素利用效率

3结论

32年生顶果木人工林生态系统生物量为808.25 t/hm2，各器官的生物量排列情况为干>枝>根(根兜+侧根)>皮>叶。跟相近树龄的其他树种比较后可知32年生顶果木人工林生态系统生物量较高，说明顶果木对来宾市的环境的适应性好。

营养元素分布表现为Ca>N>K>P>Mg，干材中营养元素的含量最低。其中P和Mg的含量太低，作为调节代谢因子参与光合作用等重要的生理过程，P和Mg的低含量可能成为影响顶果木生产力的重要因素。

32年生顶果木林的营养元素积累总量为10 000.23 kg/hm2，各器官按营养元素积累量排序为干材>枝>皮>根>叶，干材占总积累量的32.25 %。

32年生顶果木林营养元素的利用效率为12.52 kg/t，其中N、K、Ca的利用率都较低，可以适当施肥提高其利用率。

4讨论

4.1林分生物量

顶果木人工林各器官的生物量存在不同程度的差异，各器官的生物量排列情况为:干>枝>根(根兜+侧根)>皮>叶，这与30年生马尾松[18]：干>枝>根>皮>叶；32年生杉木[19]：干>枝>根>叶的结果一致。 32年生顶果木人工林生态系统生物量为808.25 t/hm2，与其他珍贵树种28年生的红椎[20](94.797 t/hm2)、33年生的格氏栲[21](421.74 t/hm2)相比要高，说明32年生顶果木人工林具有较高生物量积累，优势明显。

4.2营养元素含量

由于各器官生理和生物学特性的不同，营养元素在不同器官的含量明显不同，营养元素含量排列顺序为以Ca含量最高，N和K次之，Mg、P含量均较低，表现为Ca>N>K>P>Mg，这与佟志龙等[22]研究结果一致。32年生顶果木林在同一器官中，营养元素的含量不同：N、K在叶中占有重要的比例，Ca在皮中含量远大于其他元素，主要原因是各器官生理和生物学特性不同，这与28年生红椎林[23]、30年生云南松[22]研究结果一致。

4.3营养元素积累量分配

本研究中32年生顶果木林的营养元素积累总量为10 000.23 kg/hm2，远高于其他珍贵树种28年生红椎[23]2 767.28kg/hm2、30年生福建柏[24]617.96 kg/hm2、31年生杉木[25]2 005.25 kg/hm2、46年生灰木莲[26]1 948.78 kg/hm2，主要原因为32年生顶果木林生物量和营养元素含量较高。各组分按营养元素积累量大小排序为干材>枝>皮>根>叶。从乔木层不同营养元素积累量看，以Ca的积累量最多，为3 313.52 kg/hm2，其他营养元素积累量排序为K>N>P>Mg。

4.4营养元素利用效率

本研究中32年生顶果木人工林每积累1 t干物质需N、P、K、Ca和Mg 5种营养元素12.52 kg，32年生顶果木林的利用效率不如其他珍贵树种29年生杉木[27](8.018)、28年生红椎[23](12.3)，仅大于13年生西南桦[23](13.33)，表明顶果木林有较低的营养元素利用效率。就32年生顶果木林对各营养元素的利用效率看，以Mg、P最高，其次为N、K，Ca最低，这也与杉木[27]、秃杉[28]和马尾松-火力楠混交林[29]的研究结果基本一致。

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Accumulation and Distribution Characteristics of Nutrients in

Acrocarpus fraxinifolius Plantations

WU Qing-biao,SONG Hua-ping,ZHU Yuan

(Forestry College，Guangxi University，Nanning Guanxi 530004，P.R.China)

Abstract:To guide the Acrocarpus fraxinifolius plantations in Lai-bin of Guangxi province,the accumulation and distribution characteristics of nutrients was analyzed.In sample plot of Acrocarpu fraxinifolius plantation,harvest method was used to measure the biomass,and samples were collected from leaves,branches,stems,and root of arbor layer plants,leaves,twigs,and roots of shrubs,aboveground and underground parts of herbs.The results showed that the total carbon storages of plantation ecosystems was 808.25 t/hm2.The average biomass content in different organs in tree layer of plantation increased in the order as trunk>branch>root>bark>leaf.Ca was the nutrient element with highest content,followed by N and K,Mg and P had the lowest content.The nutrient accumulation of tree layer 10 000.23 kg/hm2,mainly in trunk and branches,followed by bark,and the root at the last.The total accumulation of 5 nutrient elements needed for 1 t dry matter for Acrocarpus fraxinifolius plantations were 12.52 kg.The use efficiency of Ca was the least while that Mg was the highest.

Key words:Acrocarpus fraxinifolius; plantation; nutrient element; distribution pattern

中图分类号：S 792.99

文献标识码：A

文章编号：1672-8246(2015)05-0039-06

作者简介：第一吴庆标(1976-)，男，副教授，博士，主要从事碳循环研究。E-mail：wuqb2003@163.com

基金项目：广西林业科技项目“珍稀树种顶果木人工林综合技术研究”(桂林科字[2013]第19号)。

收稿日期：*2015-04-11

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.05.008