珍贵树种土沉香生长环境的土壤特性与营养特性分析.pdf
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1、生态环境学报 2012,21(4):666-672 http:/ Ecology and Environmental Sciences E-mail: 基金项目:国家林业局“948”项目(2008-4-01);广东省优良乡土树种良种选育与繁育专项(粤财农2009306 号)作者简介:王冉(1985 年生),女,助理工程师,主要研究方向为森林栽培生理。E-mail:243671169 *通信作者:张方秋(1964 年生),男,研究员,主要研究方向为林木遗传育种。E-mail: 收稿日期:2011-07-21 珍贵树种土沉香生长环境的土壤特性与营养特性分析 王冉2,何茜1,丁晓纲3,李吉跃1,张方
2、秋3*,潘文3 1.华南农业大学林学院,广东 广州 510642;2.河南省森林航空消防站,郑州 471003;3.广东省林业科学研究院,广州 510520 摘要:对我国野生土沉香4个主要分布区的土壤特性及自身营养特性进行了分析研究。结果表明,不同分布区的同一土层的土壤物理性质有明显的差异(P0.05)。海南临高分布区各层土壤容重最小,总空隙度、自然含水量毛管持水量比较高;海南屯昌分布区各层的土壤容重最大,总空隙度较低;广东东莞分布区与广东陆河分布区各层土壤松紧度比较适宜,透水性,通气性,持水能力比较协调。各分布区土壤均呈酸性,其有机质含量和营养元素含量偏低。土壤有效Mn、有效B均处于较低水平
3、,有效Fe的含量均高于临界值;海南屯昌分布区土壤中有效Cu的含量极低,其余3分布区则均高于临界值;除海南临高分布区有效Zn的含量高于临界值,其他3个分布区均低于临界值;海南屯昌分布区土壤有效S含量稍低于临界值,为中等水平,广东陆河分布区高于临界值处于较高水平,广东东莞分布区为临界值的2.76倍,而海南临高分布区则高达临界值的7.31倍,均处于极高水平。野生土沉香叶片各营养元素之间的相关性总体不明显。关键词:土沉香;土壤理化性质;微量元素;营养特性 中图分类号:S714.2 文献标志码:A 文章编号:1674-5906(2012)04-0666-07土沉香(Aquilaria sinensis)
4、是我国特有的珍贵药用植物1,也是我国生产传统名贵药材中药沉香的唯一植物资源。许多研究表明土壤类型、地球化学环境、地理景观和气候条件等是决定名优农林产品分布及其品质的主要因素2-4。国内外有关对沉香的研究多集中在药理病理、药材质量、化学成分、经济价值等方面1,5-6,土壤理化性质是反映土壤肥力水平的一个重要方面7。而对沉香植株生长环境土壤特性方面的报导尚未见到。因此,本文对我国土沉香分布区的土壤理化性质及叶片营养元素进行分析研究,以全面了解其土壤特性和营养特征,为沉香资源开发、制定栽培管理措施和提高药材质量提供理论依据。1 材料与方法 1.1 研究区自然概况 于 2009 年 3 月在海南省、广
5、东省的 4 个主要土沉香分布区(海南屯昌、海南临高、广东东莞、广东陆河)内选择 8 个调查点采集土壤、植物样品调查点设置地区以土沉香自然分布区的中心地带为主,4 个分布区调查点基本情况见表 1。1.2 研究方法 1.2.1 样品采集 在海南省、广东省的4个主要分布区(海南屯昌、海南临高、广东东莞、广东陆河)内选择个8个分布点,每个分布点选择3个20 m20 m的标准地实测并记录土沉香分布点生态环境特点。土壤样品采集:在调查试验地的基础上,根据典型性和代表性的原则,2009年4月中旬5月在8个分布点,每个分布点选择3个标准地,用环刀法按土壤不同深度分层(020、2040、4060、6080 cm
6、)自上而下取自然状态土样,重复3次,带回室内用于土壤物理性质分析测定。同时将所取各样点分层土壤样品混合带回室内用于土壤化学性质分析测定。叶片样品采集:在分布点区域内,每个标准地根据胸径每株土沉香植株选择成熟叶 15 片,用干净布擦拭叶片表面灰尘等异物,并使叶片不受机械损伤,将叶片带回实验室烘干。1.2.2 测定项目及方法(1)土壤理化性质的测定。土壤理化性状测定指标包括机械颗粒组成、容重、自然含水量、毛管持水量、最大持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、pH值、全N、有效N、全P、速效P、全K、速效K、有效Cu、有效Zn、有效Fe、有效Mn、有效Ca、有效Mg、有效B、有效态S。其中,p
7、H值采用酸度计法;有机质采用铬酸氧还滴定法;全氮采用半微量凯氏定氮法测定;全磷采用钼锑抗比色法;全钾采用NaOH熔融火焰光度法;速效氮采用碱解扩散法;速效磷采用0.5 MNaHCO浸提钼锑抗比色法;速效钾采用1mol/L NH4Ac浸提火焰光度法;交换性钙和交换性镁采用NH4Ac浸提EDTA滴定法(中国科学院南京土壤研究所)。王冉等:珍贵树种土沉香生长环境的土壤特性与营养特性分析 667(2)叶片养分的测定。叶片营养成分主要测定指标包括N、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn。1.2.3 数据处理 采用SPSS16.0、EXCEL等分析软件进行数据处理和统计分析,采用单因素方差(one-way AN
8、OVA)分析土沉香野生分布区内土壤物理性质,采用Duncan法进行多重比较。2 结果与分析 2.1 野生土沉香分布区土壤物理性质 不同分布区的同一土层的土壤容重差异比较明显(图 1,P0.05)。4 个主分布区上层(020 cm)与(2040 cm)土壤容重大小顺序相同,海南屯昌分布区最大,海南临高分布区最小;下层(4060cm)土壤中,海南屯昌分布区与广东东莞分布区最大,显著大于其他分布区,广东陆河分布区次之,海南临高分布区最小。在各层土壤中,海南临高分布区的总孔隙度显著大于其他各分布区(P0.05)。各分布区在3层土壤中的大小顺序相同,海南临高分布区最大,广东陆河分布区次之,海南屯昌分布区
9、与广东东莞分布区之间没有显著性差异(P0.05,图2)。海南屯昌分布区的孔隙度为上层中层下层上层,广东陆河分布区的总孔隙度随着土壤深度的增加而下降。上层土壤与中层土壤呈现出相同的趋势中,海南临高分布区与广东东莞分布区土壤的毛管持水量之间不存在显著差异,并且显著大于广东陆河分布区,海南屯昌分布区显著小于广东陆河分布区(图3,P海南临高分布区广东陆河分布区海南屯昌分布区。2.2 野生土沉香分布区土壤化学性质 2.2.1 土壤有机质和营养元素含量 各样点土壤的 pH 在 4.445.22 之间,均呈强酸性(表 2),表明野生土沉香适合在酸性土壤中生长。森林土壤中的有机质是判断土壤肥力高低的一个重要指
10、标,主要形成于地表森林枯枝落叶层的分解补充与累积8。相对于其他树种9,野生土沉香分布区内土壤有机质平均质量分数比较低(0.892.12 gkg-1),广东陆河分布区最高(1.91 gkg-1),最低的是广东东莞分布区(1.58 gkg-1)。土壤中的N、P、K质量分数是植物生长必要的也是最重要的元素。土壤全N质量分数是土壤N素养分的贮备指标,在一定程度上说明土壤N的供应能力10。土壤全N质量分数依次为海南临高分布区(1.06 gkg-1)广东东莞分布区(0.90 gkg-1)海南屯昌分布区(0.84 gkg-1)广东陆河分布区(0.55 gkg-1)。全P是衡量土壤中各种形态磷素总和的一个指标
11、,土沉香各分布区土壤全P质量分数变化不大(0.320.35 gkg-1),广东陆河分布区土壤全P质量分数最高(0.351 gkg-1),海南临高分布区(0.32 gkg-1)最低。土壤K是植物光合作用、淀粉合成和糖类转化所必需的元素,也是衡量土壤肥力的一个重要指标11。全K质量分数为广东东莞分布区(28.04 gkg-1)最高,远远大于其他分布区,海南临高分布区其次(14.61 gkg-1),海南屯昌分布区最低,仅为6.95 gkg-1。土壤有效N质量分数依次为广东陆河分布区(83.14 mgkg-1)海南临高分布区(74.39 mgkg-1)广东东莞分布区(55.66 mgkg-1),海南屯
12、昌分布区最低(55.42 mgkg-1)。各分布区土壤有效P质量分数在0.503.23 mgkg-1之间,广东东莞分布区质量分数最高,为3.23 mgkg-1,海南屯昌分布区次之(3.13 mgkg-1),广东陆河分布区为1.34 mgkg-1,海南临高分布区质量分数最低仅为0.50 mgkg-1,仅为广东东莞分布区的15.5%。各分布区土壤有效K质量分数依次为广东东莞分布区(59.67 mgkg-1)海南屯昌分布区(58.13 mgkg-1)广东陆河分布区(52.09 mgkg-1)海南临高分布区(51.09 mgkg-1)。2.2.2 土壤微量元素含量 土壤微量元素是土壤肥力不可或缺的组成
13、部分,其中能被植物吸收利用的部分称为有效含量。参考1985年在西安召开的微量元素肥料工作会议制定的“全国农业系统的土壤速效微量元素丰缺指标”和1989年中国科学院在南京召开的微量元素工作会议制定的“中国科学院微量元素组的土壤有效态微量元素评价标准”,结合前人的研究12-13,对土沉香野生分布区土壤微量元素有效含量(表3)进行分析。海南屯昌分布区土壤中有效Cu的质量分数(0.07 mgkg-1)极低,海南临高分布区的质量分数(1.59 mgkg-1)较高,广东2个分布区(东莞0.35 图 3 不同分布区的土壤毛管持水量 Fig.3 Soil capillary moisture capacity
14、 density of different distribution areas 表 2 土壤化学性质 Table 2 The chemical properties of soil 调查点 pH 有机质 全氮 全磷 全钾 有效氮 速效磷 速效钾 w/(gkg-1)w/(mgkg-1)1 4.85 1.73 0.84 0.33 6.95 55.42 3.13 58.13 2 5.22 1.70 0.99 0.32 12.02 55.34 0.44 50.35 3 4.87 1.96 1.12 0.31 17.20 93.44 0.56 51.83 4 4.59 2.12 1.13 0.29 4
15、0.22 53.38 4.56 66.30 5 4.52 1.77 0.90 0.36 25.42 65.82 2.88 73.80 6 4.77 0.89 0.68 0.37 18.47 47.78 2.26 38.90 7 4.53 2.05 0.57 0.36 10.25 89.73 1.31 54.83 8 4.44 1.78 0.52 0.34 8.91 76.55 1.36 49.35 0102030405002020404060cm土壤层次Soil tayer(d/cm)土 壤 毛 管 持 水 量C apilla ry m o is ture ca pa cityo f s o
16、il(%)海南屯昌分布区海南临高分布区广东东莞分布区广东陆河分布区c a a bcaa b土壤层次/cm 土壤毛管持水量/%d b a c 王冉等:珍贵树种土沉香生长环境的土壤特性与营养特性分析 669 mgkg-1,陆河0.39 mgkg-1)质量分数处于中等水平,均高于临界值(0.2 mgkg-1)。有效Zn的质量分数,除海南临高分布区(1.95 mgkg-1)高于临界值(1.0 mgkg-1),其他3个分布区均低于临界值,海南屯昌分布区(0.36 mgkg-1)与广东陆河分布区(0.41 mgkg-1)质量分数极低,广东东莞分布区(0.89 mgkg-1)质量分数偏低。4个分布区土壤的有
17、效Fe质量分数均高于临界值(7 mgkg-1),广东东莞处于较高水平,其他3个分布区都呈现出极高的水平。相对于土壤有效Mn的临界值质量分数(10 mgkg-1),而4个分布区的土壤有效Mn质量分数均处于极低的水平。同样,4个分布区的土壤有效B质量分数也都低于临界值,海南临高分布区(0.46 mgkg-1)略低于临界值,海南屯昌分布区(0.14 mgkg-1)、广东东莞分布区(0.15 mgkg-1)、广东陆河分布区(0.13 mgkg-1)约为临界值的1/3,均处于极低水平。海南屯昌分布区土壤有效S质量分数(15.42 mgkg-1)稍低于临界值(0.5 mgkg-1),显示出中等水平,广东陆
18、河分布区(24.36 mgkg-1)高于临界值处于较高水平,而海南临高分布区(116.96 mgkg-1)为临界值的7.31倍,广东东莞分布区(44.22 mgkg-1)为临界值的2.76倍,均处于极高水平。有效Ca的大小顺序为广东陆河分布区广东东莞分布区海南屯昌分布区海南临高分布区,有效Mg的大下顺序为广东东莞分布区广东陆河分布区海南屯昌分布区海南临高分布区。2.3 野生土沉香营养特性研究 植物从土壤中吸收营养来维持正常的生长、生理活动。植物叶片中各种养分含量和比例可以间接反映植物对某种养分的喜好度和吸收能力14。因此,研究土沉香的叶片养分含量对于研究其营养特性和需肥规律有重要的现实意义。由
19、于野生土沉香在我国为零星散生,本研究所调查的分布区内土沉香的树龄各异,为了更好地了解野生土沉香自身营养特点,对所调查的土沉香进行径阶划分4 cm为一个径级,由图4可知,12、20径阶覆盖了8个调查点,因此,采用这2个径阶的野生土沉香的叶片样品进行植物营养测定。2.3.1 各分布区野生土沉香叶片营养特征 对 12、20 cm 径阶的野生土沉香叶片样品充分混合检测养分质量分数,所得结果如表 4 所示。野生土沉香叶片(12 径阶)含 N 量的大小顺序为海南屯径阶 图 4 野生土沉香各分布区径阶分布 Fig.4 The diameter class in the distribution area o
20、f wild Aquilaria sinensis 表 3 沉香野生分布区土壤中微量元素质量分数 Table 3 The microelements of soil in the distribution areas mgkg-1 调查点 w(有效 Ca)w(有效 Mg)w(有效 Fe)w(有效 Zn)w(有效 Cu)w(有效 Mn)w(有效 B)w(有效 S)1 93.19 6.68 16.37 0.36 0.07 0.86 0.14 15.42 2 87.55 7.45 18.40 0.95 1.95 0.31 0.41 103.58 3 92.91 5.81 15.83 2.94 1.2
21、3 0.74 0.50 130.33 4 114.09 17.36 15.28 1.00 0.16 5.14 0.18 37.99 5 117.15 32.76 11.76 0.91 0.73 4.21 0.18 66.41 6 145.87 43.10 7.31 0.76 0.25 4.75 0.10 28.25 7 139.30 12.65 18.89 0.38 0.65 2.59 0.13 29.46 8 128.35 9.96 33.60 0.44 0.13 0.89 0.12 19.25 最小值 87.55 5.81 7.31 0.36 0.07 0.31 0.10 15.42 最大
22、值 145.87 43.10 33.60 2.94 1.95 5.14 0.50 130.33 平均 114.80 16.97 17.18 0.97 0.65 2.44 0.22 53.84 标准差 22.18 13.74 7.62 0.84 0.66 2.00 0.15 42.52 变异系数 0.19 0.81 0.44 0.87 1.02 0.82 0.68 0.79 670 生态环境学报 第 21 卷第 4 期(2012 年 4 月)昌分布区(0.928%)广东陆河分布区(0.864%)海南临高分布区(0.771%)广东东莞分布区(0.743%)。广东陆河分布区叶片含 P 质量分数最高(
23、0.088%),广东东莞分布区(0.044%)最低。4 个分布区土沉香叶片含 K 量差别不大。20 径阶叶片含 N 量海南屯昌分布区最高(0.928%),大于广东陆河分布区(0.864%),海南临高分布区为0.771%,广东东莞分布区为 0.743%。广东陆河分布区(0.088%)、海南屯昌分布区(0.079%)土沉香叶片含 P 量,远远大于海南临高分布区(0.058%)、广东东莞分布区(0.044%)。野生土沉香叶片所含微量元素如表 4 所示,12与 20 径阶的野生土沉香叶片含 Ca、Zn 量大小顺序相同,含 Ca 量的大小顺序为广东东莞分布区海南屯昌分布区海南临高分布区广东陆河分布区;含
24、Zn 量的大小顺序为海南临高分布区海南屯昌分布区广东东莞分布区广东陆河分布区。海南屯昌分布区 12 径阶叶片含 Mg、Fe 量最高,分别为 2.05、151.6 mgkg-1,广东陆河分布区含 Mg 最低(1.94 mgkg-1),广东东莞分布区含 Fe 量最低(123.47 mgkg-1)。海南屯昌分布区 20 径阶叶片含 Mg 量最高(2.77 mgkg-1),广东陆河分布区最低(1.58 mgkg-1),海南临高分布区(183.45 mgkg-1),广东陆河分布区最低(82.99 mgkg-1)。综合来看,我国野生土沉香(12,20 径阶)叶片含 N 量为 0.803%、0.821%;含
25、 P 量为 0.0628%、0.06638%;含 K 量为 0.791%、0.808%;含 Ca 量为 16.735、17.616 mgkg-1;含 Mg 量为 2.223、2.210 mgkg-1;含 Fe 量为 135.081、144.668 mgkg-1,含Zn 量为 128.513、137.998 mgkg-1。2.3.2 野生土沉香叶片各养分之间的关系 由表 5 可见,叶片营养元素之间的相关性总体不明显,12 径阶叶片 K、Mg、Zn 4 种元素与其他元素都为不显著的相关。叶片 N 与 Ca、Mg 为负相关,说明 Ca、Mg 的富集对 N 的吸收起抑制的作用;与 P、K、Fe、Zn
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