不同年龄慈竹养分地上空间分布特征及叶养分与土壤肥力关系

陈瑞国，彭 超，刘广路，周亚琦，任立宁，赵建诚，苏浩然

（国际竹藤中心竹藤资源与环境研究所，北京 100102）

不同年龄慈竹养分地上空间分布特征及叶养分与土壤肥力关系

陈瑞国，彭 超，刘广路*，周亚琦，任立宁，赵建诚，苏浩然

（国际竹藤中心竹藤资源与环境研究所，北京 100102）

【目的】以慈竹为研究对象，探讨丛生竹养分的空间分布及土壤肥力对叶养分的影响。【方法】测量了慈竹叶枝秆的养分含量、叶养分的垂直结构和所处立地土壤肥力，分析了叶片养分间以及与土壤间的相关性，建立二者间的线性模型。【结果】土壤表层肥力高于下层；慈竹不同部位含量分布顺序为叶＞秆＞枝，全K含量枝＞叶＞秆，有机碳为秆＞叶＞枝，全N在3a立竹不同部位高于1～2a立竹，各年龄立竹营养器官全K均有明显的差异，全P与年龄成反比，有机碳与年龄成正比；叶全N和有机碳与高度呈正相关，全K与之呈负相关，各年龄养分垂直差异不显著；各年龄叶养分间多为显著或极显著相关性，但土壤肥力因子对叶养分多呈不显著负向影响，仅3a立竹全P含量受土壤多种养分影响大，1a立竹有机碳主要受土壤全P和碱解N影响。【结论】慈竹养分分布表现出时间和空间分异性。在土壤肥力充足条件下，竹叶养分间的相互作用较土壤肥力对叶养分作用更明显。

慈竹；空间分布；大量元素；土壤肥力

竹林土壤的理化性质与竹林的生长和养分的吸收联系紧密，加强竹林地管控有利于提高林地的生物量积累[1-2]。叶是植物主要的营养存储部位，叶片对养分缺失具有较高的敏感性，能反映竹林土壤养分，对竹林管理具有重要意义[3]。近年来对叶养分诊断来反映土壤肥力已有较多研究[4-5]。郭晓敏等[6]对毛竹林进行平衡施肥，认为肥力能迅速补充竹叶养分，但这仅限于在土壤养分不充足的条件下[7]；陈珊等[8]对雷竹林研究表明，覆盖经营土壤养分含量显著影响叶片养分分布；徐淑萍等[9]对黄竹叶片进行诊断，计算出N素含量的临界值和最适值。肥力确定具有区域限制性，且研究多主要集中在毛竹等商品散生竹，对合轴丛生竹叶片养分与土壤肥力关系研究较少。

慈竹（Neosinocalamus affinis）为合轴丛生，适宜气候温润、土壤肥沃地带，四川南部地区是其主要分布地区之一。慈竹材质优良，是理想的笋材两用竹，具有极大的经济价值和发展潜力。对慈竹培育已开展了母株克隆[10-11]，肥力对生长影响[12]等研究，但精准施肥等相关研究较少。同时，慈竹林多采用粗放经营或经验施肥[13]，常造成土壤污染和肥效降低。因此，开展慈竹养分的空间分布规律以及叶片养分的诊断研究，丰富慈竹林精准施肥技术，可以为慈竹林地的合理管理提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

研究地点位处四川省长宁县，104°44′12″～105°07′28″E，28°15′09″～28°26′07″N。其年均气温 18.3 ℃，最低平均气温8.2℃，最高平均气温27.3℃；年均降雨量可达1104.2mm，年均蒸发量1102.3mm，降雨集中于6-9月，年均空气相对湿度达83%，无霜期达354 d以上，日照时数1148 h，属典型中亚热带湿润性季风气候。受地形地貌影响，区域气候垂直变化较为明显。植物覆盖率较高，以苦竹（Pleibolastus amarus）、毛竹（Phyllostachys edulis）为主，梁山慈竹（Dendrocalamus farinosus）和慈竹（N.affinis）等分布于局部地区。试验样地竹龄为1～3a，竹林密度约1127 丛/hm2，坡度 18°～25°，中下坡位，土壤类型为黄壤，上层疏松，下层紧实，枯落物和腐殖质厚度7.8～10.2cm，土层厚度＞0.7 m，土层深厚且湿润。林下植物稀少，为典型人工经营纯林。

1.2 样地调查及测量

2014年8月开展竹林地试验调查，共设8块样地。每块样地调查5丛，分别对各样地土壤和叶片样本进行采集。每丛分别取1～3a立竹各2株，按株高平均分成5段，从基部至顶梢分别标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ。分别采集各段叶片30片，在105℃下进行杀青处理30min，再在75℃下烘24 h，研磨后过60目尼龙筛，存储待测。在每块样地竹丛之间分0～10cm，10～20cm和20～40cm土层进行土样采集，每块样地重复3次，将相同土层土壤混合，取1 kg带回。对混合土壤进行风干磨碎，采用四分法分取100 g，过0.149mm筛备用。

土壤和叶片含量均采用常规方法测定：叶N含量采用凯氏定氮法[14]309、叶P含量采用钒钼黄比色法[14]313、叶K含量采用原子吸收分光光度法[14]315，土壤中的pH值采用盐溶液（KCl）浸提，酸度计（PHS-3C型pH计）测定[14]12、有机质采用重铬酸钾氧化结合外加热法测量[14]111、全N采用扩散法[14]159、全P采用碱熔-钼锑抗比色法[14]56、全K采用碱熔-火焰光度法[14]57、水解N采用碱解-扩散法[14]159、有效P采用氟化铵-盐酸浸提法[14]179、速效K采用乙酸铵浸提-火焰光度法[14]193。

1.3 数据处理

分析4种养分含量在不同的营养器官中的分布状况，探究不同年龄慈竹叶片养分在垂直空间上的分布特征，对以上两种空间分布类型中不同年龄立竹采用单因素方差分析，分析其差异性。同时，本研究不分层次，以调查样地整体竹叶均值和土壤肥力均值为基础，建立二者相关关系，并建立模型。采用单因素方差分析和双尾(Two-tailed)的Pearson相关性分析，SPSS19.0进行处理。

2 结果与分析

2.1 土壤肥力垂直分布状况

调查分析表明（表1），土层间pH值差异显著（p＜0.05），有效 P 含量差异不显著（p＞0.05），其余养分含量均为极显著（p＜0.01）。随土层深度的增加，土壤酸性减小，0～10cm土壤酸性显著低于20～40cm的土层；各土壤养分中全K含量随土壤深度增加而增加，20～40cm的全K含量极显著高于上层土壤，其余养分均随土壤深度的增加而减少。随土壤深度的增加，全N、水解N、有效P和速效K的上土层极显著高于下土层，0～10cm的全P含量极显著高于20～40cm土层，有效P呈现先上升后下降的趋势。说明土壤养分于表层土偏高，下层土壤养分含量偏低，可能与土壤的团粒结构及通透性有关。

2.2 慈竹地上营养器官的养分分布

对不同年龄慈竹的各部分养分进行分析表明（见图1），全N在不同年龄立竹中的差异不显著，3a立竹含量相对1a生和2a生立竹较高，各部位养分含量顺序为叶＞枝＞秆。叶含量约为秆含量的6倍，约为枝的2倍。随年龄增大，各部位全P含量逐渐减少，但差异不显著，各部位养分含量顺序为叶＞枝＞秆。各部位全K含量与全P、全N不同，表现为枝＞叶＞秆，且在不同年龄间具有显著差异，其中秆和叶均表现为 2a＞1a＞3a，而枝则为 1a＞2a＞3a，全 K 多表现为枝＞叶＞秆。有机碳含量随年龄增加而增加，且秆＞叶＞枝，其中叶含量在不同竹龄间表现出极显著差异，3a生慈竹叶的有机碳含量极显著大于1a、2a生立竹。慈竹大量元素多表现出不同营养器官的差异性，不同立竹年龄也具有一定的差异。

表1 慈竹林土壤养分垂直分布状况Table 1 Vertical distribution of soil fertilities in Neosinocalums affinis plots

图1 不同年龄慈竹营养器官的养分分布Figure 1 Nutrient distribution in vegetative organs of Neosinocalamus affinis with ages

图2 不同年龄慈竹叶片养分的垂直分布特征Figure 2 Vertical distribution of nutrients in leaves of Neosinocalamus affinis with ages

2.3 叶片养分垂直分布特征

由图2可知，不同年龄养分含量随垂直高度变化呈现一定的变化特征，全N在1a生立竹中的垂直分布差异极显著，随垂直高度增加而增加，2a和3a生立竹的全N含量随高度增加呈先增加后减小的，至第IV节达到最大值，其中3a生的全N含量差异显著。全P在各年龄立竹的差异不显著，含量约为1.55～1.87 g/kg，且随高度的增加也不显著。全K含量在不同年龄中均表现为随高度增加而减少，其中1a和3a生立竹的全K差异在各阶段均极显著，各立竹下层K含量极显著高于顶层。有机碳含量在2a和3a生立竹中各节段间具有较高的差异，基本维持在40%～50%。

2.4 竹叶养分间及其土壤肥力的相关关系

各年龄立竹叶养分间相关性具有相似性，即各年龄立竹叶养分表现出一致的正负相关性。叶全N与不同年龄叶片全P和全K均为负相关性，各龄级有机碳与全P和全K叶具有负相关性影响，但1～2a立竹叶片中的全N和全K以及全N和有机碳间为极显著或显著负相关性影响，与3a立竹叶片影响为不显著正相关性；叶片与土壤肥力间多为不显著影响，仅土壤肥力对3a立竹叶片全N含量有显著和极显著影响，其中土壤pH和土壤有效K对其有极显著负向影响，分别为-0.644和-0.678，而土壤有机质、全N和碱解N具有极显著正向影响，3a立竹叶P素吸收受肥力作用明显。1～2a立竹养分缺乏不明显，仅全P和碱解N对1a生有机碳吸收具有显著正向影响，分别为0.492和0.470，整体说明该地区的土壤养分较充足，3a立竹叶片P含量受土壤肥力影响显著，土壤全P和碱解N含量增加能显著改善新竹有机碳含量。

表2 竹叶养分间及其与林地土壤肥力的相关关系Table 2 Relevance among leaves nutrients and its correlation with soil fertilities of bamboo forest

2.5 竹叶养分元素与土壤肥力因子的相关性预测模型

分别对地上叶全 N（LN1）、全 P（LN2）和全 K（LN3）和有机碳（LN4）与土壤肥力因子分不同年龄立竹建立多元线性回归模型：

逐步回归模型表明，1a生立竹仅叶有机碳模型具有显著性，R2为0.492，土壤全P为自变量；2a生立竹仅叶全P与土壤养分拟合模型极显著，R2为0.800，自变量为土壤pH值、土壤全P和土壤有效P；3a生立竹仅叶片全P与土壤肥力因子建立拟合模型，R2为0.678，回归均达极显著，拟合自变量为土壤速效K。但其他叶养分含量拟合模型表现为不显著，样地土壤肥力与对叶养分没有显著相关影响。

3 讨论与结论

本研究表明，土层肥力具有明显差异，表层土肥力高，下层土肥力低，这可能与土壤渗透性及团粒结构有关[15]。不同部位慈竹N、P含量分布顺序为叶＞秆＞枝，K 含量枝＞叶＞秆，有机碳为秆＞叶＞枝，不同年龄立竹间，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在各年龄立竹的营养器官间均有明显的差异，全P随年龄增大而减小，有机碳含量随年龄增大而增大。研究结果散生竹分布有一定的差异，刘广路等[7]研究表明，N、P含量为叶＞枝＞秆，K含量为叶＞枝＞秆，而丛生竹青皮竹种则表现为叶＞枝＞秆[16]，说明竹种间养分分布并不一致，且不同年龄立竹间养分分布也不同，这与样地土壤经营状况以及物种生物学特征有关，是竹种对所处生境的适应性结果[17]。

慈竹叶养分的垂直分布格局呈现出一定的规律性，全N和有机碳基本与高度呈正相关，全K与高度呈负相关，不同年龄段的养分在垂直高度上差异不大，揭示了养分元素垂直分布格局在空间和时间上的分异规律。丛生竹的养分吸收由于根系间的相互联系，不同年龄的立竹间养分通过根系进行转移[18-19]，研究结果符合3种营养元素的在植物体中的分布规律及养分在竹体内移动特性。

叶片养分含量能较好地反映土壤肥力，并广泛应用于土壤肥力诊断[5-6]。本研究中，土壤因子与叶养分含量间多呈负相关，不同年龄立竹叶养分显著性影响因子基本相同。植物生长与土壤肥力相关性不显著，可能与自身的生理特征[7，20]和土壤的团粒结构等物理性质有关[15，21]，同时说明该样地土壤肥力充足。土壤肥力对植被生长及养分分布并不一定具有正相关影响，鲁顺保等[22]研究结果指出土壤养分因子均对毛竹养分含量呈负相关，本研究与该结论相符。鲁叶江等[23]研究表明叶养分间的相互作用明显高于土壤对竹叶养分的影响，这可能与养分间的拮抗作用，以及土壤养分与叶片养分分配变化间的反馈机制有关。在竹林管理过程中，施肥的养分配比和养分对肥力的反馈效果有待进一步探讨。

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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

国际竹藤中心基本科研业务费重点专项“丛生竹种质资源在热带地区的收集保存与园林应用研究”（1632016017）

陈瑞国，博士研究生。*责任作者：刘广路，男，博士，副研究员，主要从事竹藤资源培育，E-mail：liuguanglu@icbr.ac.cn。

（本文审稿：刘 洋；责任编辑：巩艳红；英文编辑：徐振锋）