2个种源青钱柳幼树热值与养分元素比较

林狄显

(福建省永春大荣国有林场，福建 永春 362617)

2个种源青钱柳幼树热值与养分元素比较

林狄显

(福建省永春大荣国有林场，福建 永春 362617)

在福建省永春大荣国有林场相似生境下，对江西省星子县、永春牛姆林种源(简称青1、青2)的4年生青钱柳幼树的生物量、养分元素及能量积累进行比较研究。结果表明，林分生物量青1(2764.538 kg·hm-2)高于青2(2228.457 kg·hm-2)；平均灰分含量、平均干质量热值、平均去灰分热值均为青1(分别为22.745 g·kg-1、21.526 kJ·g-1、22.034 kJ·g-1)大于青2(分别为21.307 g·kg-1、20.703 kJ·g-1、21.161 kJ·g-1)；不同养分元素的平均含量除K外，C、N、P、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn均为青1(分别为491.701 g·kg-1、12.662 g·kg-1、0.247 g·kg-1、2.117 g·kg-1、1.539 g·kg-1、1293.897 mg·kg-1、36.488 mg·kg-1、21.313 mg·kg-1、79.294 mg·kg-1)大于青2(分别为489.491 g·kg-1、11.529 g·kg-1、0.224 g·kg-1、2.019 g·kg-1、1.421 g·kg-1、1134.176 mg·kg-1、30.860 mg·kg-1、20.353 mg·kg-1、69.240 mg·kg-1)；幼林的养分元素及能量累积量青1(分别为1416.618 kg·hm-2、58.567 GJ·hm-2)均大于青2(分别为1131.642 kg·hm-2、49.053 GJ·hm-2)。独立样本t检验显示：青1与青2间叶、根的生物量、养分元素含量及热值的差异显著。干质量热值与灰分含量、去灰分热值间呈极显著相关；干质量热值、去灰分热值与N、P、K、Mg及Mn含量呈极显著相关；灰分含量除与C及Fe含量无显著相关外，与其他养分元素含量均呈现极显著相关性；C、P、K、Mg与Mn含量间及Cu与Zn含量间存在极显著相关。

青钱柳；种源；生物量；热值；养分元素；相关性

青钱柳(Cyclocaryapaliurus)又名摇钱树、青钱李、山麻柳等，为胡桃科(Juglandaceae)青钱柳属植物，仅存于中国，是冰川四纪珍稀濒危树种之一，在我国南方多省有零星分布。青钱柳不仅具有药用、保健的功效，同时也是上佳的用材、观赏树种，经济价值高，开发利用前景广阔。目前由于天然林和自然保护区中青钱柳的分布稀少，致使该树种的进一步迁地保护及开发利用受到制约。在长期的自然选择、生态隔离及基因突变等因素的影响下，青钱柳种内分化出了在生长发育、生理生化特性、形态解剖、适应性及抗性等方面有差异的多个地理生态种源[1]。为定向培育青钱柳达到不同的经营目标，亟需对不同种源进行引种栽培试验，观测其生长发育规律、生物生态学特性及生理生化特征等，以筛选出不同应用领域的优良地理种源。

迄今为止，许多研究者已对不同种源青钱柳的药用化学成分[2]、生理生态特性[3]、木材性状[4]等开展了大量研究，但有关营养物质及能量积累的研究却鲜见报道。Aerts等[5]指出，植物的营养物质积累能力可反映其养分利用效率，从而确定植物的养分利用策略，对植物的定向栽培利用具有重要的指导意义。官丽莉等[6]指出，由于蛋白质、脂肪和碳水化合物是植物含能产品干物质的主要组成成分，因此植物热值是植物含能产品能量水平的一种度量，可反映植物对太阳辐射能的利用状况，也可作为评价植物营养成分的指标之一，进而反映植物生长状况的差异。鉴于此，本文以闽南山地引种栽培的2个种源青钱柳幼林为试验材料，分析比较其在生物量、养分元素及能量累积的差异，并探讨三者间的相关性，以期为揭示不同种源青钱柳幼树的养分利用策略及其引种栽培经营管理提供参考。

1 材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于福建省永春大荣国有林场(25°27′—25°32′N、117°49′—117°59′E)。该林场经营区横跨下洋、一都2个乡镇，北接大田县，南与牛姆林省级自然保护区毗邻。经营面积达1500 hm2，森林蓄积量11.6万m3，经营区主要树种为杉木、马尾松。近10 a来，大力发展珍贵乡土树种200 hm2，主要培育福建柏(Fokieniahodginsii)、火力楠(Micheliamacclurei)、秃杉(Taiwaniacryptomerioides)、红椎(Castanopsishystrix)、青钱柳和香樟(Cinnamomumcamphora)等。林场地处亚热带季风区，年降水量达1800～2100 mm，全年无霜期280 d。土壤以红壤为主，0～60 cm土层土壤pH 4.2，全氮1.704 g·kg-1，全磷0.391 g·kg-1，全钾50.518 g·kg-1，速效钾84.194 mg·kg-1，有效磷8.337 mg·kg-1，水解性氮67.101 mg·kg-1，有机质16.273 g·kg-1。适宜多种植物生长。

1.2研究方法

1.2.1 样地选择 青钱柳在牛姆林自然保护区有天然分布，林场自2012年开始从江西引种种子(包括井冈山、星子县、奉新县等地)，与本地牛姆林自然保护区的青钱柳种源进行实生苗对比栽培试验。本文选取位于南山工区053林班01大班010小班(25°30′5″N、117°57′56″E)造林试验区4年生的江西星子县和永春牛姆林(以下分别简称青1和青2)2个种源青钱柳幼林为试验对象(两者均为2012年10月采种处理，2013年3—5月发芽，后集中取芽苗下珍珠岩营养杯育苗，2014年3月起苗造林，青1苗高( 0.23±0.03) m、地径(0.31±0.01) cm，青2苗高(0.28±0.04) m、地径(0.38±0.02 )cm)。试验区前茬为抛荒芦柑园，抛荒地经人工劈杂、块状整地后分别对2种源青钱柳幼苗进行块状纵向造林。林分经营措施均为造林后第1年6月进行全面锄草，9月施氮磷钾复合肥50 g·株-1，第2、第3年的6月、9月定期进行全面除草除杂灌。林地基本情况详见表1。

表1 样地基本情况

*：“±”为标准差，下同。

1.2.2 调查与采样 2016年11月，对青1、青2幼林分别布设3个20 m×20 m的样地，进行每木检尺。根据调查统计结果，选择青1、青2标准木各3株，将样木全挖，分干、枝、叶、皮、根(全根收获法)等5个器官分别测定其鲜重，然后采集相应的鲜样300～500 g(由于青1、青2树龄较小，因此根系样品以主根为主)置于鼓风干燥箱中80 ℃烘干48 h至恒重，计算干鲜比及生物量，最后将干样品粉碎过筛并储存备用。

1.2.3 测定方法

1)热值测定：控制实验室室温为20 ℃，采用XRY-1A数显氧弹式热量计对分析样品进行多次重复测定(误差控制在±0.20 kJ以内)，记录平均值。灰分含量则采用干灰化法测定，即先取适量分析样品置于坩埚内，然后在马弗炉中550 ℃灰化5 h至恒重后冷却称重。

2)元素测定：分析样品采用HNO3-HCLO4混酸消解体系消煮制取待测液，其中P采用钼锑抗分光光度法测定；K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn采用日本Hitachi Z-2000 偏振塞曼火焰原子吸收分光光度计测定。C、N采用德国Elementar Vario EL Ⅲ元素分析仪测定。

1.3数据处理

去灰分热值=干质量热值/(1-灰分含量)，能量累积量=生物量×干质量热值，养分元素累积量=生物量×养分元素含量。利用Microsoft Excel 2003整理数据，SPSS 17.0进行独立样本t检验及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 2个种源青钱柳幼林生物量分配格局

从表2可以看出，不同器官生物量从大到小青1依次为干>叶>根>枝>皮，青2为干>根>叶>枝>皮，青1各器官生物量及总生物量均大于青2。独立样本t检验结果显示，叶、干生物量及总生物量青1与青2间存在显著差异(P<0.05，下同)，而枝、皮及根生物量青1与青2间差异不显著。

表2 2个种源青钱柳幼林生物量分配格局

*：不同小写字母为差异显著，下同。

2.2 2个种源青钱柳幼树能量分配格局

2.2.1 2个种源青钱柳幼树的灰分含量、干质量热值及去灰分热值 由表3可知，青1、青2各器官的灰分含量及青2的去灰分热值从大到小依次为叶>皮>根>枝>干，青1的干质量热值及去灰分热值则表现为叶>干>根>枝>皮，青2的干质量热值为叶>皮>枝>干>根，青1的平均干质量热值、平均灰分含量及平均去灰分热值均大于青2。独立样本t检验结果显示，叶、干、根干质量热值及平均干质量热值、平均去灰分热值青1与青2间存在显著差异，干、根灰分含量及平均灰分含量青1与青2间存在显著差异，其余差异不显著。

2.2.2 2个种源青钱柳幼树的能量累积量 由表4可知，青1与青2各器官能量累积量从大到小均表现为干>叶>根>枝>皮。青1的林分能量累积量高于青2。独立样本t检验结果显示，青1与青2除叶的能量累积量存在显著差异外，其余差异不显著。

表3 2个种源青钱柳各器官的干质量热值、灰分含量及去灰分热值

表4 2个种源青钱柳幼树各器官的能量累积量

2.3 2个种源青钱柳幼树的营养元素分配格局

2.3.1 2个种源青钱柳幼树的养分元素含量 C是构成生命有机体的主要组成元素之一，占生物量的比重最大。由表5、表6可知，各器官C含量从高到低青1依次为叶>枝>干>皮>根，青2为叶>枝>干>根>皮，青1的平均C含量高于青2。独立样本t检验结果显示，青1与青2间除了叶与根的C含量差异显著外，其余均没有显著差异。

青1与青2的N、P、K、Mg、Mn及Zn等矿质养分元素含量均表现为叶较大，枝、皮、根次之，干较小；Fe含量则表现为叶较大，干、枝次之，皮、根较小；Ca含量表现为皮较大，枝、叶、根次之，干较小；Cu含量表现为干较大，枝、叶、皮次之，根较小。除K外，青1各器官养分元素的平均含量均高于青2。独立样本t检验结果显示，青1与青2叶的N、Fe及Mn含量差异显著；枝的Fe、Mn及Zn含量差异显著；干的P、Ca及Zn含量差异显著；皮的K、Mn含量差异显著；根的N、P、Fe及Zn含量差异显著；其余均没有显著差异。青1与青2除Ca、Fe、Mn及Zn平均含量存在显著差异外，其余差异也不显著。

2.3.2 2个种源青钱柳幼树的养分元素积累量 从表5、表6可知，青1与青2各器官碳储量总体上呈现干>叶>根>枝>皮，青1林分碳储量高于青2。养分元素积累，P累积量从大到小依次为叶>根>枝>干>皮；N、K及Mg累积量为叶>根>干>枝>皮；Ca、Fe、Mn、Cu及Zn累积量为叶>干>根>枝>皮。青1的林分营养元素累积量均大于青2。独立样本t检验结果显示，青1与青2叶的各养分元素累积量均存在显著差异；枝的Mg、Fe、Mn、Cu及Zn累积量存在显著差异；干的C、N、P、Ca、Mg及Zn累积量存在显著差异；皮的P与Mn累积量存在显著差异；根的N、P及Fe累积量存在显著差异；其余差异不显著。青1与青2林分C、N、P、Mg、Fe、Mn及Zn累积量存在显著差异，其余差异不显著。

表5 2个种源青钱柳各器官大量元素含量及累积量

表5(续)

表6 2个种源青钱柳各器官的微量元素含量及累积量

2.4青钱柳幼树生物量、热值及养分元素的相关性

由表7、表8可知，干质量热值与灰分含量、去灰分热值间呈极显著相关；干质量热值、去灰分热值与N、P、K、Mg及Mn呈极显著相关，其中去灰分热值的相关性系数均高于干质量热值；灰分含量除与C及Fe无显著相关外，与其他矿质养分元素均呈极显著相关；C与其他矿质养分元素总体上均无显著相关性(其中与Cu虽呈极显著相关，但相关系数较小)；N、P、K、Mg、Mn间，以及Cu与Zn间存在极显著相关，且相关系数较高(R2≥0.830)，其它元素间总体上相关性较小。

表7 生物量、热值及C、N、P元素的相关性

*：BMS为生物量；GCV为干质量热值；AC为灰分含量；AFCV为去灰分热值；“*”为P<0.05水平显著相关，“**”为P<0.01水平极显著相关；下同。

表8 生物量、热值及K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素的相关性

3 讨论

研究表明，植物体灰分含量的高低可反映植物本身对元素的富集能力及对土壤养分的选择吸收和需求的程度，植物热值则是植物含能干物质能量水平、耐寒生态适应性及光能利用效率的重要度量指标之一[7-9]，本研究中，青1各器官的灰分含量均高于青2(其中青1干、根灰分含量在P=0.05水平显著高于青2)，说明青1具有较强的元素富集能力，对土壤养分有较高的需求量，但从另一个角度来说，青1耐瘠性可能比青2差。青1的干质量热值与去灰分热值均高于青2(其中青1叶、干及根干质量热值与去灰分热值在P=0.05水平显著高于青2)，这可能是因为青1源自江西，地理纬度比福建高、冬季气温较寒冷，为适应当地环境，植物体需制造并存储更多的高能有机物，以形成低温适应机制。这可以从青1的生物量显著高于青2，具有更小的比表面积的研究结果中得到进一步验证。因此，青1的耐寒性可能比青2强。另外，青1、青2的平均去灰分热值(分别为22.034、21.161 kJ·g-1)均高于广东巨尾桉(19.41 kJ·g-1)[10]、浙江天童米槠、栲树(分别为19.19、19.50 kJ·g-1)[11]及江西九连山的杉木、马尾松(分别为19.40、19.81 kJ·g-1)[12]，说明2个种源青钱柳作为薪炭材的开发潜力较大。

本研究中，青1与青2各器官的碳含量总体上表现为叶>枝>干>皮(根)，这与郑帷婕等[13]统计分析不同区域、不同生长型陆生高等植物各器官平均碳含量大小顺序为花>果>枝>干>叶>根的结果有所不同，可能是由于不同区域特有的气候条件、土壤环境和植物本身的生理特性等因素决定了植物碳含量分配格局的差异性。青1各器官平均碳含量及林分碳储量均高于青2，说明青1具有更强的固碳能力。

植物体不同的器官各自执行相应的生理功能，因此其对养分元素的选择吸收必然存在差异[14]。本研究表明，青1与青2的N、P、K、Mg、Fe、Mn及Zn等养分元素含量总体均表现为叶、根较大，枝、皮次之，干较小，这可能是因为叶和根作为植物生理代谢活动较为旺盛的器官，需要种类和数量较多的养分元素合成各类有机物质，以满足植物体生理活动的需求；干是水分输导器官，主要由木质素、纤维素等碳水化合物组成，因此养分元素含量较小。

青1与青2的Ca含量表现为皮较大，干较小。这可能是由于Ca离子被根系吸收后，主要依靠蒸腾作用在木质部中进行转运，至目标组织或器官后便稳定下来不再参与再分配过程，因此生长时间越长的器官，输入的Ca含量就越高[15-16]，树皮相对于植物的幼叶、树梢等来说，生长时间更长，因此Ca含量较高。

研究表明，重金属元素主要通过细胞壁中木质素、蛋白质及多糖等组分所提供的带负电荷配位基团产生配位作用而被细胞壁所吸附[17]。李娟等[18]认为，由于不同植物细胞壁的组成和结构不同，因此Cu离子被吸附固定的结合位点不同。武贝等[19]研究发现，海州香薷中Cu离子主要以细胞壁木质素和纤维素中的氨基、羟基和羧基为配位结合位点。本研究中，青1与青2的Cu含量表现为干较大，根较小，可能也是由于干中木质素、纤维素对Cu离子起了主要的吸附固定作用。

青1的养分元素平均含量总体上高于青2，说明青2在生长过程对土壤养分的需求较低，养分利用效率比青1高，对以培育用材林为目标的经营者，经济效益较大。从药用价值方面来看，养分富集能力较强的青1可能药用价值更占优势，对以培育保健药材为目标的经营者，经济效益更大，但需注意加强水肥管理，以保证其正常生长。

幼树是植物生活史过程中对环境最为敏感的时期，不同植物幼树体内的养分累积量一般可以反映其各自的养分利用策略[5]。由2个种源青钱柳养分积累能力的差异可知，青1与青2分别采用了不同的养分利用策略，其中光合效率较高，养分累积速率较快的青1，在水肥充足的生境中将占据优势，成为“快生长策略”型植物；光合效率较低，养分累积速率较慢的青2，将在水肥匮乏的生境中占据优势，成为“养分保留策略”型植物。这对不同种源青钱柳林分经营目标的确定及其采取相应的管理措施具有重要的现实指导意义。

植物对养分元素的选择吸收与细胞的结构和功能有关，而这种相关性不会因地理位置的改变而发生变化[20-21]。本文对2个种源青钱柳的生物量、热值与养分元素含量进行相关分析表明，干质量热值、去灰分热值与N、P、K、Mg、Mn含量均呈极显著相关，这可能是因为N和P是合成高能有机物的必需元素，而高能有机物对植物热值的贡献大[22]；K元素促进光合作用，有研究表明，含K高的叶片比含K低的叶片多转化太阳辐射能达50%～70%[23]；Mg和Mn是构成叶绿体的主要元素，它们直接影响植物光合作用的形成和含能有机物的积累。Cu和Zn间存在极显著相关，且相关性较高，说明不同地理生态种源的青钱柳均对Cu、Zn表现出强烈的选择吸收性，这对青钱柳幼林的经营管理具有重要的参考价值。

4 结论

1)青1幼林林分生物量(2764.538 kg·hm-2)高于青2(2228.457 kg·hm-2)；2个种源的平均灰分含量、平均干质量热值和平均去灰分热值均为青1(分别为22.745 g·kg-1、21.526 kJ·g-1和22.034 kJ·g-1)大于青2(分别为21.307 g·kg-1、20.703 kJ·g-1和21.161 kJ·g-1)。

2)不同养分元素的平均含量除K外，C、N、P、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn均为青1(分别为491.701 g·kg-1、12.662 g·kg-1、0.247 g·kg-1、2.117 g·kg-1、1.539 g·kg-1、1293.897 mg·kg-1、36.488 mg·kg-1、21.313 mg·kg-1、79.294 mg·kg-1)大于青2(分别为489.491 g·kg-1、11.529 g·kg-1、0.224 g·kg-1、2.019 g·kg-1、1.421 g·kg-1、1134.176 mg·kg-1、30.860 mg·kg-1、20.353 mg·kg-1、69.240 mg·kg-1)；青1幼林的养分元素及能量累积量(分别为1416.618 kg·hm-2、58.567 GJ·hm-2)均大于青2(分别为1131.642 kg·hm-2、49.053 GJ·hm-2)。

3)独立样本t检验显示青1与青2叶、根的生物量、养分元素含量及热值的差异性较显著(P<0.05)；干质量热值与灰分含量、去灰分热值间呈极显著相关(P<0.01，下同。)；干质量热值、去灰分热值与N、P、K、Mg及Mn含量呈极显著相关；灰分含量除与C及Fe含量无显著相关外，与其他养分元素含量均呈现极显著相关性；C、P、K、Mg与Mn含量间及Cu与Zn含量间存在极显著相关。

4)青1在养分利用策略上表现为“快生长”型，青2则表现为“养分保留”型。

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ComparativeStudyontheCaloricValueandNutrientElementsBetweenTwoCyclocaryapaliurusSeedlingsFromDifferentProvenancesinSouthFujianHillyLand

LINDixian

(FujianYongchunDarongState-ownedForestFarm，Yongchun362617，Fujian，China)

A comparative study of 4-year-oldCyclocaryapaliurusseedlings from 2 different provenances was conducted in the same habitat of the Fujian Yongchun Darong state-owned Forest Farm.Here，biomass (BMS)，nutrient elements，as well as energy accumulation of the two seedling vegetation types—one from the youngC.paliurusplantation in Xingzi County of Jiangxi Province (CPJX)，and the other from the youngC.paliurusplantation in Niumulin Nature Reserve of Yongchun County，Fujian Province (CPFJ)—were examined.Conclusions：CPJX has more biomass than CPFJ(2764.538 kg·hm-2to 2228.457 kg·hm-2)；in terms of their average ash contents (AC)，average gross caloric values (GCV)，and average ash-free caloric values (AFCV)，CPJX was superior to CPFJ (22.745 g·kg-1，21.526 kJ·g-1and 22.034 kJ·g-1for CPJX，21.307 g·kg-1，20.703 kJ·g-1and 21.161 kJ·g-1for CPFJ)；except K，CPJX has higher average content of all the nutrient elements (C，N，P，Ca，Mg，Fe，Mn，Cu and Zn，with their respective values being 491.701 g·kg-1，12.662 g·kg-1，0.247 g·kg-1，2.117 g·kg-1，1.539 g·kg-1，1293.897 mg·kg-1，36.488 mg·kg-1，21.313 mg·kg-1and 79.294 mg·kg-1for CPJX，and 489.491 g·kg-1，11.529 g·kg-1，0.224 g·kg-1，2.019 g·kg-1，1.421 g·kg-1，1134.176 mg·kg-1，30.860 mg·kg-1，20.353 mg·kg-1and 69.240 mg·kg-1for CPFJ)；CPJX contains more nutrient elements and can accumulate more energy (1416.618 kg·hm-2，58.567 GJ·hm-2) than CPFJ (1131.642 kg·hm-2，49.053 GJ·hm-2)；independent sample ″t″ -test shows that，significant differences are detected between CPJX and CPFJ in their biomass，content of nutrient elements，and caloric values in their organs of leaves and roots；their gross caloric values，ash content，and their average ash-free caloric values were most significantly correlated；their gross caloric values，average ash-free caloric values，and nutrient elements (N，P，K，Mg，and Mn) were most significantly correlated；their ash contents are significantly correlated with the content of all nutrient elements except C and Fe；significant correlation also exists in cotent values between Mn and C，P，K，and Mg，as well as in content values between Cu and Zn.

Cyclocaryapaliurus；provenance；biomass；caloric value；nutrient element；correlation

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.004

2017-03-02；

： 2017-04-01

福建省级财政森林培育—营林工程(2136203)；泉州市科技局计划项目(2015N3)；中央财政2014年度贫困国有林场扶贫资金速生丰产用材林基地建设项目项目支撑

林狄显(1984—)，男，福建永春人，福建省永春大荣国有林场工程师，从事森林资源培育管理工作。E-mail：570919929@qq.com。

S718.55+4.1；S718.55+4.2

： A

： 1002-7351(2017)03-0022-08