湘西乡土树种华榛生长特性及矿质元素研究

葛文贵, 李志辉

(1.湖南省农林工业勘察设计研究总院, 湖南 长沙 410007；2.中南林业科技大学, 湖南 长沙 410004)

乡土树种属当地地带性植物，是区域宝贵的生物资源，是经过当地自然条件千百年选择后保留的物种，与本地自然环境极度适应，在生态工程建设方面具有重要地位[1]。乡土树种种类繁多，选择多、适应性强，可满足林业综合发展多种需求，是区域造林和生态修复的首选树种，对发挥林业综合效益、构建生态文明具有重要意义[2]。乡土树种作为新时代生态建设的主要树种已日趋受到重视，但关于其生长特性、营养元素含量等方面研究仍较少。

华榛(Coryluschinensis)，又名山白果，榛科榛属落叶乔木，树高可达25 m，树冠呈广卵形或圆形；树干端直，可成大材，材质优良，是稀有名贵树种[3]，可作植被恢复及园林绿化树种；果大，且营养丰富，可作干果食用或做食品加工的原料[4]；果仁含油率高，且油品较好[5]，除可供食用外还可供制化妆品、医药、肥皂等[6-8]。由于人为过度砍伐，资源锐减明显，加之果实为兽类喜食，更新困难，已成渐危种[9]；华榛是湖南湘西州境内的名贵乡土树种之一，在湘西州境内多为零散分布，在永顺县青坪生态站内有约0.67 hm2集中连片栽植，且生长状况较好。华榛作为试验区乡土树种，已逐渐在用材林、生态林建设方面得到推广。为了适应林业新发展需要，本文开展华榛生长特性和矿质营养元素等方面的研究，以期为该树种的推广运用提供有利帮助。

1 试验区概况

1.1 地理位置与地形地貌

研究区位于湖南省湘西自治州永顺县青坪生态站内(109°35′12″—110°23′41″E，28°42′24″—29°26′47″ N)，该区域内溪流众多，山峦起伏，有着明显的水平地域分布规律；在垂直方向上，随海拔升高，由现代河床向溪谷平原、岗地、丘陵再到山地过渡，具有多层性和成层分布规律[10-11]。

1.2 气候与土壤

湖南湘西自治州永顺县地处武陵山脉中段，受季风与山地气候共同影响，境内雨量充沛，光热条件优越，太阳总辐射量为89.9～97.4 kcal·cm-2，年均日照时数超过1 300 h，年平均气温16.4 ℃，≥10 ℃的年活动积温4 835～5 200 ℃，无霜期286 d，年平均降雨量1 350 mm左右；土壤母岩分布主要是白云岩、红色砂岩、凝灰质板岩、石灰岩等；主要土壤类型有红壤、黄壤、黄棕壤等[11]。

2 材料与方法

2.1 试验材料

湖南省湘西自治州永顺县青坪生态站30年生华榛树。

2.2 试验设计与方法

2.2.1 试验设计 2012年6月,在全面踏查的基础上，选择具有代表性的2块面积20m×20m的标准地，对样地内胸径大于5cm的活力木开展每木检尺，测量并记录树高、胸径数据。在每个标准地中找出干形良好、无病虫害、无断梢的单株木作为标准木，并对选中的2株标准木进行树干解析。伐倒前标明南北方向，伐倒后测量标准木的实际树高，按照2 m区分段分别截取2cm的圆盘，直到树顶部，并在所有圆盘的非工作面上标记好方向及圆盘编号，在工作面上查定年轮数及测量对应的直径，最后将两株解析木的数据进行平均，根据测量和计算所得数据绘制树高、胸径和材积生长过程曲线[12-15]，包括树高连年生长量HZ(t)与平均生长量HQ(t)曲线、胸径连年生长量DZ(t)与平均生长量DQ(t)曲线、树干材积连年生长量VZ(t)与平均生长量VQ(t)曲线。

2.2.2 研究方法

(1)矿质元素的选择

根据元素的含量占植物干物质质量的多少确定大量、微量元素的种类，其中占干物质1%以上的元素为大量元素(磷元素含量一般为0.2%～1.0%)[16]。根据此标准，本文研究的大量矿质元素为磷(P)、 钾(K)，微量元素为钙(Ca)、 镁(Mg)、 铁(Fe)、 锰(Mn)、 铜(Cu)。本文通过对华榛各部位(树根、 树干、 树枝、 树皮和树叶)的磷(P)、 钾(K)、 钙(Ca)、 镁(Mg)、铁(Fe)、 锰(Mn)、 铜(Cu)等矿质元素的含量进行测定，找出其分布特点，分析其相关性。

(2)样本的采集处理与矿质元素的测定方法

在伐倒的华榛上分别采集树根、树干、树枝、树皮、树叶各200 g，带回实验室，放在烘箱中采用 85 ℃的恒温干燥至重量不再变化后，将各样本分别进行研磨后过筛(100目)，再选取其中1～2 g样本进行离子化处理，经过滤、定容后储存，以备测量所用。

元素的测定方法为：磷(P)的测定采用钼锑抗比色法；钾(K)的测定采用火焰分光光度法；钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)的测定均采用原子吸收光谱的方法[17-18]。

2.3 数据统计与分析

本文采用DPS 9.50数据分析处理系统对多个具备相关性的矿质元素进行分析，计算相关密切程度，找出各矿质元素间的显著相关性[11]。

3 结果与分析

3.1 华榛生长规律

对华榛进行了树干解析，得出其树高生长数据(见表1)。从表1和图1可以看出，华榛树高生长的特征为：在5～15 a间树高生长较快，树高连年生长量最大值出现在第10年，达0.93 m；树高平均生长量在10～20 a间生长较快，最大值达到0.79 m；树高平均生长量曲线和连年生长量曲线在第16年相交。

图1 华榛HZ(t)与HQ(t)的关系Fig.1 The relation of HZ(t) and HQ(t) of C.chinensis

从表1和图2可以看出，华榛的胸径生长呈现出“慢-快-慢”的规律，胸径连年生长量最大值出现在第15年，达到0.84 cm；胸径平均生长量在第10～20年间生长较快；在第17年平均生长

表1 华榛树高、胸径、材积生长量表Tab.1Height, DBH, volume curve growth of C.chinensis 树龄/a指标树高/m胸径/cm材积/m3增长量3.01 2.80 0.001 6 5平均生长量0.60 0.56 0.000 3 连年生长量0.600.56 0.000 3增长量7.68 6.10 0.022 610平均生长量0.77 0.61 0.002 3连年生长量0.93 0.66 0.004 2增长量11.94 10.30 0.050 8 15平均生长量0.80 0.69 0.003 4连年生长量0.85 0.84 0.005 6 增长量13.91 11.90 0.082 820平均生长量0.70 0.60 0.004 1连年生长量0.39 0.32 0.006 4增长量14.60 13.20 0.112 225 平均生长量0.58 0.53 0.004 5连年生长量0.14 0.26 0.005 9增长量15.26 14.30 0.140 630 平均生长量0.51 0.48 0.004 7连年生长量0.13 0.22 0.005 7

图2 华榛DZ(t) 与DQ(t)的关系Fig.2 The relation of DZ(t) and DQ(t) of C.chinensis

量曲线和连年生长量曲线相交，此后胸径生长进入数量成熟阶段。

从表1和图3可以看出，华榛材积生长在早期较慢，连年生长量在第20年达到最大值0.006 m3；而平均生长量在30 a仍处于上升阶段，平均生长量曲线与连年生长量曲线仍未相交，材积生长未达到数量成熟阶段。

图3 华榛VZ(t)与VQ(t)的关系Fig.3 The relation of VZ(t) and VQ(t) of C.chinensis

3.2 华榛各部位营养元素的分布与相关性分析

通过对各部位营养元素进行测定并进行相关性分析，得出华榛各部位矿质元素间的相关性(见表2)。

表2 华榛各部位矿质元素相关性分析Tab.2 Mineral elements dependency in different parts of C. chinensis相关系数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水平上相关性显著,**表示在0.01水平上相关性极显著。

从表2中可以看出：P元素与K元素、P元素与Mg元素、K元素与Mn元素、Mg元素与Cu元素之间具有显著相关性(P﹤0.05);P元素与Mn元素、P元素与Cu元素、Mg元素与Mn元素、Mn元素与Cu元素之间极显著相关(P﹤0.01)。

4 结论与讨论

(1) 随着树龄的增加，华榛树高、胸径和材积都在持续增加，30 a时分别达到了15.26 m、14.30 cm和0.1 406 m3。华榛树高、胸径和材积在前5年生长均较慢，这是由于林木根系、枝叶等器官均未达到成熟，对养分的吸收与累积能力较弱有关。侯海龙等[19]对钩栗天然林生长规律研究以及黄石嘉等[20]对青冈栎的生长规律研究中也发现了同样的特性。华榛的树高速生期在5～10 a，连年生长量最大值出现在第10年，达到0.93 m，达到峰值后迅速下降，在第16年树高平均生长量曲线与连年生长量曲线相交。华榛胸径速生期在10～15 a，连年生长最大值出现在第15年，达到0.84 cm，此后连年生长量开始迅速下降，在第17年华榛平均生长量曲线与连年生长量曲线相交。华榛材积生长总体趋势是“慢-快-慢”，材积速生期在5～10 a，连年生长量最大值出现在第20年，达0.006 m3，达到峰值后缓慢下降，材积的连年生长量和平均生长量在30 a以前未相交，表明华榛材积生长仍未进入数量成熟阶段，材积生长潜力依然很大。

(2) 对乔木树种矿质元素的研究主要涉及元素种类与含量分布，赵华[21]关于日本落叶松矿质元素含量的初步研究以及刘元等[22]对阔叶树种矿质元素的分布研究中均有涉及；本文通过对华榛矿质元素的含量及相关性研究得出相关结论(见表2)，为该树种的养分管理提供了有利依据。

(3)由于试验条件和样本选择的限制，本文未对全域内的华榛开展生长特性，以及华榛林木整个生命周期矿质元素含量与相关性的研究。在今后的研究中，可以进一步扩大研究范围，提高相关研究的广泛性和适应性，为合理经营管理华榛林分提供依据。