基于叶片及土壤分析的古树精准复壮研究——以粤北地区典型衰弱古树为例*

魏 丹 张 耕 杨佐兵 黄华毅

（1.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.广东省林业调查规划院 ，广东广州510520）

古树被誉为活化石，是宝贵的自然与文化遗产，在气候变迁﹑植被演替﹑生态效应以及人文历史等方面都具有极高的研究价值[1]。国家近年来对古树保护的力度逐步加大，2000 年建设部就制定《城市古树名木保护管理办法》，2020 年新《森林法》第四十条规定“国家保护古树名木和珍贵树木”，最高人民法院﹑最高人民检察院联合发布《关于适用〈中华人民共和国刑法〉第三百四十四条有关问题的批复》，明确古树属于“珍贵树木或者国家重点保护的其他植物”，为古树名木提供了更强的法律保护。广东省一直重视古树保护工作，2004 年，广东省完成了第一次全省古树普查，2016 年启动的新一轮古树名木资源普查建档工作，2017 年建立了古树名木保护信息管理系统，2019 年，制定了《广东省古树名木保护与发展规划（2020—2024 年）》，为全省古树名木保护工作奠定了基础。

目前国内相关研究集中在古树资源分布﹑生长特性﹑保护现状﹑存在问题和保护建议等方面[2-5]以及古树群落生态位的动态变化[6]，对古树的生理生态进行研究的报道较少。古树保护如何做到“防治于未病”及“精准化复壮”是当前古树保护研究的重要课题[7-8]，但以往的古树保护与复壮主要侧重于病虫害治理及物理损伤修复等可视因素的管控，虽取得了较大的成果，但仍局限于经验判断及事后救治[5,9-10]。要解决这个问题就需要了解古树衰弱的成因，除了正常的生物衰老周期﹑虫害影响﹑人为扰动等因素外[11-12]，土壤营养的不足及重金属污染的加剧也是重要的原因。

植物叶片是反映树体营养状况最敏感的器官，在一定程度上能体现树体营养元素含量水平[13]。土壤是植物的物质储备库，土壤理化性质决定了古树长势好坏[14]。土壤中大量元素是土壤活性养分的储库以及植物生长所需养分的主要来源[15]。土壤重金属含量对植物生长具有重要的影响，重金属是植物生长不可或缺的微量元素，但土壤重金属含量在植物体内超出一定范围，就会对植物体产生毒害作用，促使叶片失绿和抑制植物生长[16-19]。开展叶片营养元素化验﹑检测土壤养分含量及重金属污染程度是判断此类因素危害程度，开展古树保护与复壮工作的重要基础工作。

本研究以粤北地区5 种典型古树为研究对象，测定和分析长势衰弱株的绿叶和凋落叶的养分含量﹑土壤养分含量以及土壤重金属含量，为其精准养分管理和复壮养护提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域为粤北地区，包括韶关﹑河源﹑梅州﹑清远﹑云浮5 个地级市，属亚热带季风气候，年平均气温22.3 ℃，降水充沛，年平均降水量1 300～2 500 mm，雨热同季，年蒸发量1 500～1 600 mm，土壤为赤红壤。该地区在广东省的区域发展格局中，被定位为“生态发展区”，生态区位十分重要，是广东构建森林生态屏障﹑打造粤北生态特别保护区和国家公园的重要阵地，也是当前广东构建“一核一带一区”协调发展新格局的重要组成部分。该区域共分布古树20 885 株，占广东省古树名木数量的26%。

1.2 研究对象

为确保古树树种代表性，按照以下要求对研究区内古树树种进行筛选：1）典型树种，筛选广东省优势古树种类，广东省古树数量占比位于前4 的科由多到少依次为：桑科（30.74%）>无患子科（21.44%）>樟科（8.38%）>壳斗科（6.89%），合计占总数的67.45%；且所选树种所在科在广东省分布的Ⅰ﹑Ⅱ级古树中，数量所占比例均能排前5 位；2）合适树龄，研究筛选的古树树龄介于400～800 a 之间，虽树龄较高但未达树龄极限，通过科学合理的修复措施，具有复壮的可能性，而树龄800 a 以上的古树，复壮的难度更大，不在本次研究范围；3）典型生境，处于人为干扰较少的粤北乡村，且未受明显严重病虫害影响。最终选出5 个树种分别为：樟Cinnamomum camphora﹑苦槠Castanopsis sclerophylla﹑雅榕Ficus concinna﹑榕树Ficus microcarpa和秋枫Bischofia javanica，对每个树种进一步筛选出衰弱株各一株，5 株古树的生长和样地概况详见表1。所选衰弱树种具有修复的可能性，土壤营养元素不足作为其衰老的主要成因，具有典型性，属于“精准修复”研究对象。

表1 5 株古树的生长和样地概况Tab.1 Growth performance and general condition of five old trees

表2 5 株古树土壤养分含量 Tab.2 The soil nutrient content in soil of five old trees

1.3 研究方法

1.3.1 样品采集 2018 年10 月，分别采集5 株古树枝条新生无病虫害﹑无损伤的枝头绿叶和刚掉落的叶片各10 片，密封标注带回实验室。用4 点取样法选取距离古树1～5 m 周边人为破坏少的0～40 cm 土壤约1 kg，分成2 袋，带回实验室分别用于土壤养分和土壤重金属（镉Cd﹑汞Hg﹑砷As﹑铅Pb﹑铬Cr﹑铜Cu﹑锌Zn﹑镍Ni）的测定。

1.3.2 叶片养分、土壤养分和重金属测定 将绿叶和凋落叶放在烘箱中以75 ℃的状态下烘干24 h后至恒质量取出称重，将叶片的干重样品粉碎后进行养分分析。用重铬酸钾－浓硫酸消煮后以凯氏定氮法测定氮含量（N）；样品用硫酸－双氧水消煮处理后，用钼锑抗比色法测定磷含量（P），用火焰光度法测定钾含量（K）；用原子吸收分光光度法测定钙含量（Ca）﹑镁含量（Mg）和硫含量（S）[20]。

土壤有机质用重铬酸钾滴定法测定；全氮含量用半微量凯氏法测定；用氢氧化钠碱熔法将土壤样品溶融后提取待测液，用钼蓝比色法测全磷含量，用火焰光度计测全钾含量；碱解氮用碱解扩散法测定；用0.5 mol·L-1的碳酸氢钠提取土壤样品后，用钼蓝比色法测有效磷；用1 mol·L-1的中性醋酸钠提取土壤样品后，用火焰光度计测有效钾；用盐酸－氢氟酸－高氯酸－硝酸消煮土壤样品后定容，采用等离子体发射光谱仪（ICP-AES）测定土壤重金属（Cd﹑Hg﹑As﹑Pb﹑Cr﹑Cu﹑Zn﹑Ni）[20]。分析测试结果参照《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》GB15618—2018[21]，可确定土壤中重金属含量水平。

1.4 数据分析

运用Microsoft Excel 2003 对叶片养分﹑土壤养分和重金属指标进行处理并作图；采用SAS8.2对数据进行多重比较，对土壤养分采用Duncans法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同古树鲜叶与凋落叶的叶片养分含量比较

5 株古树的鲜叶与凋落叶养分含量具有不同差异性，见图1。

图1 5 株古树叶片养分含量Fig.1 Leaf nutrient content of five old trees

2.1.1 N 5 株古树的鲜叶和凋落叶的N 含量具有显著差异（P<0.05），其中，樟和雅榕落叶后的N含量分别增加0.84 g/kg 和2.17 g/kg，而苦槠﹑榕﹑秋枫分别减少了0.73 g/kg﹑1.83 g/kg﹑3.15 g/kg。樟树与雅榕鲜叶的N 含量显著低于（P<0.05）凋落叶的N 含量，其他的古树的绿叶N 含量显著高于（P<0.05）凋落叶的N 含量。

2.1.2 P 5 株古树鲜叶的P 含量显著高于（P<0.05）凋落叶的P 含量，其中雅榕差值最大，减少1.57 g/kg。5 株古树鲜叶的P 含量显著高于（P<0.05）凋落叶的P 含量，其中雅榕落叶前后的P 含量变化最大。

2.1.3 K 5 株古树的鲜叶和凋落叶的K 含量具有不同差异性，樟﹑苦槠﹑榕﹑秋枫和雅榕落叶后的叶片K 含量分别减少4.15﹑1.34﹑0.42﹑4.06﹑8.48 g/kg。除了榕落叶前后的K 含量没有明显差异外，其他古树绿叶的K 含量显著高于（P<0.05）凋落叶的K 含量，其中雅榕落叶前后的K 含量变化最大。

2.1.4 Ca、Mg 和S 5 株古树的鲜叶和凋落叶的Ca﹑Mg 和S 含量具有显著差异（P<0.05）。樟树和苦槠落叶后的Ca 含量分别增加8.08﹑1.03 g/kg，而榕﹑秋枫和雅榕分别减少8.53﹑0.63﹑4.09 g/kg；樟树﹑苦槠﹑秋枫和雅榕落叶后的Mg 元素分别增加了0.84﹑0.51﹑0.27﹑1.97 g/kg，而榕减少0.53 g/kg；樟树﹑苦槠﹑榕和雅榕落叶后的S含量各增加0.16﹑0.205﹑0.054﹑0.36 g/kg，而秋枫减少0.234 g/kg。

2.2 古树叶片养分与健康株比较

2.2.1 苦槠 本研究中，苦槠落叶N﹑P﹑K﹑Ca和Mg 含量均低于李茂等[22]研究发现苦槠落叶N（10.27±1.90 g/kg）﹑P 含量（0.29±0.07 g/kg）﹑K（6.98±0.49 g/kg）﹑Ca（8.48±1.17g/kg）和Mg 含量（3.11±0.51 g/kg），是因为受到不同地区的气候环境﹑树种特性以及人为因素等影响，同时表明苦槠的叶片凋落物养分较低，归还率较低。

2.2.2 樟 张龙等[23]对樟树人工林进行营养诊断，得出樟树人工林叶片N﹑P﹑K﹑Ca 和Mg养分的适宜范围分别为8.87±1.64 g/kg﹑1.95±0.38 g/kg﹑3.91±0.43 g/kg﹑11.66±1.34 g/kg和10.05±0.97 g/kg。 本 研 究 中 古 樟 的 叶 片N﹑P﹑K﹑Ca 和Mg 养 分 含 量11.36±3.41 g/kg﹑1.07±0.32 g/kg﹑7.87±2.36 g/kg﹑20.67±6.20 g/kg﹑2.96±0.89 g/kg 和0.57±0.17g/kg。 与张龙等的研究相比，N 和K 的含量较低，因此，可在古樟的日常维护管理中适当调整营养元素的含量。

2.2.3 秋枫 本研究中秋枫的叶片N﹑P﹑K﹑Ca﹑Mg﹑S 营 养 元 素 含 量 分 别 为10.86±0.98 g/kg﹑0.94±0.24 g/kg﹑18.80±1.54 g/kg﹑13.59±1.54 g/kg 和3.44±0.25 g/kg﹑1.13±0.06 g/kg；凋落叶的营养元素含量分别为7.71±0.54 g/kg﹑0.62±0.12 g/kg﹑14.74±2.21 g/kg﹑12.96±2.21 g/kg﹑3.71±0.15 g/kg和0.90±0.04 g/kg。古树长期生长吸收往往使根际土壤的N﹑P﹑K 等大量元素较贫乏，加之秋枫枯枝落叶等凋落物又带走了养分元素，周边原有土壤养分较缺乏，根系得到的营养物质极为有限，更容易造成古树的衰亡。

2.2.4 榕 本研究中榕的叶片N﹑P﹑K﹑Ca﹑Mg营养元素含量分别为12.28±0.65 g/kg﹑1.54±0.15 g/kg﹑18.08±1.82 g/kg﹑23.75±1.82 g/kg和3.14±0.31 g/kg。李迎[24]研究表明，古榕树叶 片N﹑P﹑K﹑Ca 和Mg 营 养 元 素 含 量 的 基本 标 准 分 别 为10.93±1.68 g/kg﹑0.60±0.04 g/kg﹑15.52±0.61 g/kg﹑7.18±1.15 g/kg 和0.39±62.20 g/kg。与李迎的研究相比，本研究的古树营养元素含量较高。

2.2.5 雅榕 本研究中雅榕的叶片N﹑P﹑K﹑Ca﹑Mg﹑S 营养元素平均含量分别为7.69 g/kg﹑2.24 g/kg﹑28.22 g/kg﹑24.06 g/kg﹑0.81 g/kg 和0.41 g/kg；凋落叶的营养元素平均含量分别为9.86 g/kg﹑0.67 g/kg﹑19.74 g/kg﹑19.97 g/kg﹑2.78 g/kg 和0.77 g/kg。

2.3 土壤养分含量

5 株古树土壤有机质含量范围为4.12～34.59 g/kg，其中，樟树的土壤有机质含量处于丰富水平，其他的古树土壤有机质均处于不达标状态，秋枫含量最少，含量仅0.412%，处极缺水平，而苦槠和榕﹑雅榕有机质含量分别处于中下和缺乏水平。

5 株古树全N 含量范围为0.23～1.72 g/kg，碱解N 含量范围为7.57～111.68 mg/kg；全P 含量范围为0.21～0.39 g/kg，有效P 含量范围为2.46～12.90 mg/kg；全K 含量范围为12.17～23.94 g/kg，土壤有效K含量范围为11.46～32.62 mg/kg。土壤养分含量可以为植物生长提供物质供应，反映了土壤肥力。参照《土壤环境质量》标准分级，除了樟树的碱解N 含量，苦槠﹑秋枫和雅榕的有效P 含量，榕的全K 含量处于中上水平，以及秋枫﹑雅榕的全K 含量处于丰富水平，其他养分含量均处于缺乏水平。因此，可有针对性对不同古树补充适当的养分。

本研究中，秋枫的土壤养分含量全N﹑全P﹑全K﹑碱解N﹑有效P﹑有效K 含量分别为0.226±0.067 8 g/kg﹑0.253±0.075 9 g/kg﹑23.09±6.927 g/kg﹑7.57±2.271 mg/kg﹑10.8±3.24 mg/kg﹑32.62±9.786 mg/kg，陈香等[25]研究表明秋枫pH 值﹑全N﹑全P﹑全K﹑碱解N﹑有效P﹑有效K 含量分别为11.28±0.13 g/kg﹑0.68±0.01 g/kg﹑0.32±0.01 g/kg﹑12.84±0.04 g/kg﹑45.18±0.63 mg/kg﹑23.80±0.13 mg/kg 和45.56±0.25 mg/kg 的基质下均能较好生长，特别是对其苗高生长影响显著，其土壤养分元素含量较为丰富。根据秋枫的土壤养分含量和秋枫的叶片养分以及凋落叶养分，可以进行客土改善土壤，或在土壤中适当施入速效的复合肥和有机肥，特别是补充氮磷和镁肥，如施用0.50 kg 钙镁磷肥，缓解暂时的营养缺乏，或不定期进行叶面施肥，迅速改良植株营养状况。

2.4 土壤重金属含量

参照《土壤环境质量》标准分级，由表3 可知，5 株 古 树 的 土 壤Cd 含 量 范 围 为0.04～0.73 mg/kg，Cd 含量最高和最低分别为雅榕（0.73 mg/kg，三级）和苦槠（0.04 mg/kg，一级）。5 株古树的土壤Hg 含 量 范 围 为0.08～0.43 mg/kg，Hg 含 量 最高和最低分别为雅榕（0.43 mg/kg，三级）和秋枫（0.08 mg/kg，一级）。5 株古树的土壤As 含量范围为15.47～24.28 mg/kg，As 含量最高和最低分别为樟树（24.28 mg/kg，二级）和雅榕（15.47 mg/kg，二级）。5 株古树的土壤Pb 含量范围为30.95～58.66 mg/kg，Pb 含量最高和最低分别为苦槠（58.66 mg/kg，二级）和秋枫（30.95 mg/kg，一级）。5 株古树的土壤Cr 含量范围为30.01～83.20 mg/kg，Cr 含量最高和最低分别为秋枫（83.20 mg/kg，一级）和榕（30.01 mg/kg，一级）。5 株古树的土壤Cu 含量范围为18.66～40.11 mg/kg，Cu 含量最高和最低分别为榕（40.11 mg/kg，二级）和苦槠（18.66 mg/kg，一级）。5 株古树的土壤Zn 含量范围为53.40～114.45 mg/kg，Zn含量最高和最低分别为雅榕（114.45 mg/kg，二级）和秋枫（53.40 mg/kg，一级）。5 株古树的土壤Ni 含量范围为16.91～26.12 mg/kg，Ni 含量最高和最低分别为苦槠（26.12 mg/kg，一级）和雅榕（16.91 mg/kg，一级）。

表3 5 株古树土壤重金属含量Tab.3 The heavy metal content in soil of five ancient trees

除了雅榕土壤Cd 和Hg 含量超标，樟树的土壤Hg 和Pb 含量，苦槠的土壤Hg 和Pb 含量，榕的土壤Cu 和Pb 含量，雅榕的土壤Zn 和Pb 含量都在二级标准，5 株古树其余的重金属含量均在一级标准范围内整体而言本研究中五株古树面临土壤重金属污染程度较轻。基于雅榕的土壤Cd 和Hg 含量超标现象，应开展相关土壤重金属污染物治理工作，减少土壤重金属含量，为古树营造一个良好的土壤环境。

3 结论与讨论

植物叶片养分可以反映植物对环境的适应能力[17]和植物营养元素的丰缺情况[18-19]。古树的衰弱致濒与古树体内的矿质营养元素有关，各种营养元素有一定的比例平衡关系，如何保证内循环不被打破，是古树保护与复壮的关键点之一。N﹑P﹑K 作为植物生长的必要元素，其变化反映了5株古树不同的养分循环差异，在华南地区普遍缺乏P﹑K 环境下[26]，5 种古树对P﹑K 元素的保存能力均较强，其中雅榕古树对P﹑K 的养分保存能力最强。

造成5 株古树的土壤有机质和养分较低的原因可能是由于古树本身生长对养分的需求量较大，而土壤凋落物受到人工清理等因素的影响，导致回归土壤的有机质减少，使古树土壤有机质和养分的归还量远远不足以用于供给输出，导致土壤营养不足。补充古树营养应以土壤施肥为主，对于一些古树根系﹑枝干受损时候，可树体输送营养液来补充养分，施肥肥料主要应以充分腐熟的有机肥为主，复合肥和微量元素肥料为辅[27-28]。

本研究中，雅榕的土壤环境中Cd 和Hg 含量超标，土壤重金属含量的超标会加剧古树的衰老。随着工业化进程和城市的迅速发展，重金属和化学农药等污染物通过大气沉降﹑灌溉水等途径进入土壤，使植物土壤受到污染，从而危害植物生长[15]。古树中土壤重金属含量问题是近几年来广受关注的新问题。古树复壮过程中，应关注土壤重金属污染情况。