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摘要:粉单竹(Bambusa chungii)是重要的材用丛生竹,具有一次造林成功即可长期获益的特点,然而对粉单竹的营养特性知之甚少。拟研究粉单竹地上部营养元素的积累和分配规律,为该竹种的养分管理提供基础,以指导科学施肥。于2013年1月,调查了不同年龄(1~3年)和不同器官(叶、枝、秆)的植株样品氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)和铜(Cu)等9种营养元素含量。结果表明,粉单竹地上部9种营养元素含量均表现为叶>枝>秆,地上部营养元素积累量为803.80 kg/hm2,大小顺序表现为秆(618.58 kg/hm2)>叶(98.25 kg/hm2)>枝(86.97 kg/hm2)。营养元素在各器官中总分配率大小表现为秆(77.0%)>叶(12.2%)>枝(10.8%)。粉单竹每生产1 t干物质所需5种大中量营养元素为12.91 kg,其中以N的吸收最多,其累积吸收量达474.53 kg/hm2,占地上部积累量的59.0%。因此,在粉单竹生产过程中应适当增施氮肥,可以促进该竹种经济部位竹秆的生长。
关键词:粉单竹;器官;营养元素;积累;分配
中图分类号: S718.43文献标志码: A文章编号:1002-1302(2016)05-0284-03
营养元素的积累和分配是生态系统的基本特征,维持着生态系统结构和功能的稳定,体现了植物对某些营养元素的需求和吸收能力[1],反映了物种的生态适应策略,营养元素在植物体内不同器官的分配受植物种类和品种的影响[2]。竹林是一种重要而特殊的森林资源,全球总面积超过2.2×107 hm2,具有一次造林成功即可长期获益的特点[3]。丛生竹是竹子资源的重要组成部分,种类占世界竹子总数的70%以上[4]。我国丛生竹有16属160余种,面积80万hm2,年产竹材5.0×106 t[5]。
粉单竹(Bambusa chungii)是我国重要的丛生竹,分布于广东、海南、广西、福建等地,面积80万hm2,其秆直、壁薄、节平、材质柔韧,是较好的造纸原料和篾用材料;竹秆密被白粉、丛态秀美雅致,是庭院观赏佳品;同时它生长快,适应性强,是河滩沿岸地区的重要水土保持林,具有良好的经济和生态效益[6-7]。以往对粉单竹的研究主要有栽培技术、生理特征和材性[8-12],对于该竹种养分循环的研究则未见报道。本试验调查和研究了1~3年生粉单竹地上部叶、枝、秆9种营养元素的含量、积累和分配,可为该竹种的林地土壤管理提供科学基础。
1材料与方法
1.1试验地概况
样地位于广东省龙门县麻榨镇小河洞村,中心地理位置113°59′47″E、23°28′40″N,海拔63 m,坡度25°,南坡。属南亚热带季风气候,年平均温度20.7 ℃,年平均降水量 1 732 mm,成土母岩为粉沙岩,试验地土壤基本理化性质如表1所示。该区域粉单竹为人工栽培,面积达500 hm2,竹龄为1~3年,密度350~380 丛/hm2,郁闭度0.7,主要经营措施有每年于6月份施用复合肥(N、P2O5、K2O含量均为15%)300 kg/hm2,砍去4年生老竹。
1.2样品采集与分析
1.2.1生物量调查与样品采集2013年1月,在调阅森林资源档案和野外调查的基础上,选择立地条件、林分组成、生长状况等具有代表性的粉单竹林,建立20 m×20 m的标准地4个。生物量调查和样品采集参照Wu等的方法[13-14]进行。
1.2.2分析方法和数据处理植株样品在实验室内用去离子水清洗后,于105°C杀青30 min,75°C烘干至恒质量,将样品粉碎后待用。将处理好的样品分为2份,1份用碳氮元素分析仪测定氮(N)含量;另1份称取0.200 0~0.300 0 g样品,用H2SO4-H2O2消煮,火焰光度计法测定钾(K)含量;钼蓝比色-分光光度法测定磷(P)含量;采用ICP-AES法测定钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)含量[15]。
营养元素积累量(吸收量)=养分含量×干物质量;植物地上部分某器官营养元素分配=某器官营养元素积累量/地上部分积累量×100%[16]。
数据处理使用Excel 2003和DPS分析软件进行。
2结果与分析
2.1粉单竹林分基本特征
由表2可知,不同年龄粉单竹在林分中的生长存在一定的差异,植株胸径大小的排序为1年生>2年生>3年生,平均株高差异不大,约11 m左右。由表2还可看出,粉单竹地上部分生物量为秆>枝>叶。随着年龄的增长,叶、枝生物量占地上部生物量的比例均有所提高。
2.2粉单竹地上部不同器官营养元素含量
2.2.1粉单竹地上部不同器官氮、磷、钾含量由图1可以看出,粉单竹不同器官中的N、P、K含量均为叶>枝>秆。随着年龄的增大,地上部各器官P、K含量随之降低,N素在叶、枝中增加,而秆中则呈先降低而后升高的趋势。
粉单竹地上部各器官中营养元素的含量均表现为N>K>P,叶、枝、秆中N元素含量介于29.25~30.16、9.34~11.51、5.30~6.67g/kg,P元素含量介于1.67~1.69、0.53~0.58、0.24~0.59 g/kg,K元素含量介于4.27~5.19、2.95~3.22、2.21~4.34 g/kg。
2.2.2粉单竹地上部不同器官钙、镁含量由图2可以看出,粉单竹地上部各器官中Ca、Mg含量大小为叶>枝>秆。随着年龄的增大,Ca含量在叶、枝中减小,而在秆中则相对增加,Mg含量在枝中减小,而在叶、秆中相对增加。
粉单竹叶、枝、秆中元素含量均表现为Ca>Mg,叶、枝、秆中Ca 元素含量介于3.86~5.17、0.56~0.63、0.25~0.38 g/kg,而Mg元素含量介于1.80~1.88、0.30~0.54、0.22~0.26 g/kg。 2.2.3粉单竹地上部不同器官铁、锰、锌、铜含量由图3可以看出,粉单竹地上部各器官中Fe、Mn、Zn、Cu含量大小均表现为叶>枝>秆。随着年龄的增大,粉单竹地上部各器官中Zn元素含量降低,Fe元素含量在叶中增加而在枝、秆中降低,Mn元素在叶、枝中降低而在秆中增加,Cu元素含量在叶、枝中增加,而在秆中降低。
粉单竹营养元素含量大小顺序在2年叶、枝和3年枝、秆中表现为Mn>Fe>Zn>Cu,而在1、2 年秆和3年叶中则表现为Fe>Mn>Zn>Cu。叶、枝、秆中Fe元素含量介于 317.77~347.42、88.53~104.59、63.25~90.19 mg/kg,Mn元素含量介于270.12~403.68、161.93~174.35、19.73~64.54 mg/kg,Zn元素含量介于63.02~80.93、28.44~28.93、10.94~17.01 mg/kg,Cu元素含量介于9.79~11.31、6.82~8.43、3.44~5.12 mg/kg。
2.3粉单竹地上部不同器官营养元素积累量
由表3可以看出,粉单竹地上部各器官9种营养元素的积累量为803.80 kg/hm2,不同器官营养元素积累量的大小顺序为秆(618.58 kg/hm2)>叶(98.25 kg/hm2)>枝(86.97 kg/hm2),秆中所占比例达77.0%。各营养元素的积累量大小顺序为N>K>P>Ca>Mg>Fe>Mn>Zn>Cu,N素所占比重达59.0%。
2.4粉单竹地上部不同器官营养元素的分配
由图4可知,粉单竹9种营养元素总的分配率大小表现为秆(77.0%)>叶(12.2%)>枝(10.8%),营养元素在秆中所占比例均超过50%,其中K、Cu在秆中的分配率达88.5%和81.8%。叶中的Ca和枝中的Mn所占比例也较大,分别为34.4% 和26.8%。
2.5粉单竹不同营养元素的利用效率
营养元素利用效率反映了植物对土壤养分环境的适应和利用状况,可用Chapin指数表示,即植物养分积累量与植物生物量之比。从表4可以看出,粉单竹每生产1 t干物质所需5种营养元素为12.91 kg,低于苦竹[17],高于青皮竹和雷竹[18],与毛竹[19]相似。5种营养元素中需要量最大的是N素,达 7.73 kg,占59.9%。相关研究也表明,粉单竹生长过程中对氮的需求量远高于磷、钾,肥料配比N ∶P ∶K为 5 ∶1 ∶1[20]。
3结论
粉单竹地上部9种营养元素含量均表现为叶>枝>秆。地上部各器官营养元素含量大小顺序为N>K>P>Ca>Mg,在2年生叶、枝和3年生枝、秆中表现为Mn>Fe>Zn>Cu,而在1、2年生秆和3年生叶中则表现为Fe>Mn>Zn>Cu。
粉单竹地上部各器官9种营养元素的积累量为 803.80 kg/hm2,在不同器官的大小顺序表现为秆(618.58 kg/hm2)>叶(98.25 kg/hm2)>枝(86.97 kg/hm2),秆中所占比例达77.0%。营养元素中以N的积累量最大,所占比重达59.0%,表明粉单竹具有较强的N吸收能力,适时合理地补充氮肥,可能对促进粉单竹的生长具有良好的效果。
粉单竹9种营养元素总的分配率大小表现为秆(77.0%)>叶(12.2%)>枝(10.8%),营养元素主要分配在秆中,所占比例均超过50%。每生产1 t干物质所需5种营养元素为12.91 kg,其中需要量最大的是N素,达 7.73 kg,占59.9%。这更进一步说明粉单竹在生长过程中施加氮肥的重要性。
参考文献:
[1]杨菲,肖唐付,周连碧,等. 铜矿尾矿库无土修复植物营养元素含量特征[J]. 地球与环境,2011,39(4):464-468.
[2]宋智芳,安沙舟,孙宗玖.放牧地伊犁绢蒿营养元素分配特点[J]. 草业科学,2014,31(1):132-138.
[3]李伟成,盛海燕,钟哲科.竹林生态系统及其长期定位观测研究的重要性[J]. 林业科学,2006,42(8):95-101.
[4]彭颖,范少辉,苏文会,等. 箣竹地上生物量分配格局及秆形结构特征[J]. 四川农业大学学报,2013,31(3):296-301.
[5]马乃训. 国产丛生竹类资源与利用[J]. 竹子研究汇刊,2004,23(1):1-5.
[6]曾翔. 不同气候地区粉单竹生物学特性和生理学特性研究[D]. 长沙:中南林业科技大学,2011.
[7]叶喜青,黄竞中,舒夏竺.龙门县粉单竹产业发展现状及对策[J]. 惠州学院学报,2013,33(6):63-66.
[8]徐平,周纪刚,舒夏竺,等. 粉单竹丰产栽培技术研究[J]. 广东林业科技,2007,23(6):32-35.
[9]杨秀艳,傅懋毅,谢锦忠,等. 粉单竹纸浆材材性的地理变异及产地选择[J]. 林业研究:英文版,2009,20(3):261-267.
[10]陈建华,曾翔,曹福祥,等. 不同气候地区粉单竹竹材化学成分含量的分析[J]. 中南林业科技大学学报,2011,31(3):17-20.
[11]李本祥,李婕,蒋俊明,等. 粉单竹引种川南的适应性研究[J]. 世界竹藤通讯,2012,10(6):13-17.
[12]蒙启骏,李兵云,付时雨,等. 酶处理对粉单竹SCMP纤维表面化学成分影响[J]. 造纸科学与技术,2013,32(4):69-73,57.
[13]Wu J S,Xu Q F,Jiang P K,et al. Dynamics and distribution of nutrition elements in bamboos[J]. Journal of Plant Nutrition,2009,32(3):489-501.
[14]叶晶,葛高波,应雨骐,等. 青皮竹地上部营养元素的吸收、积累和分配特性研究[J]. 植物营养与肥料学报,2015,21(1):164-170.
[15]邱尔发,陈卓梅,洪伟,等. 山地麻竹林生态系统养分分配格局[J]. 生态学报,2004,24(12):2693-2699.
[16]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M]. 北京:中国农业科学技术出版社,2000.
[17]刘力,林新春,金爱武,等. 苦竹各器官营养元素分析[J]. 浙江林学院学报,2004,21(2):172-175.
[18]吴家森,周国模,钱新标,等. 不同经营类型毛竹林营养元素的空间分布[J]. 浙江林学院学报,2005,22(5):486-489.
[19]吴家森,吴夏华,叶飞. 雷竹林营养元素分配与积累[J]. 竹子研究汇刊,2005,24(1):29-31.
[20]戴启惠,黄大勇. 粉单竹纸浆林施肥制度研究[J]. 广西林业科学,1997,26(1):31-35.康洁. 几种花卉植物光合色素和根系活力日变化及相关性分析[J]. 江苏农业科学,2016,44(5):287-289,368.
关键词:粉单竹;器官;营养元素;积累;分配
中图分类号: S718.43文献标志码: A文章编号:1002-1302(2016)05-0284-03
营养元素的积累和分配是生态系统的基本特征,维持着生态系统结构和功能的稳定,体现了植物对某些营养元素的需求和吸收能力[1],反映了物种的生态适应策略,营养元素在植物体内不同器官的分配受植物种类和品种的影响[2]。竹林是一种重要而特殊的森林资源,全球总面积超过2.2×107 hm2,具有一次造林成功即可长期获益的特点[3]。丛生竹是竹子资源的重要组成部分,种类占世界竹子总数的70%以上[4]。我国丛生竹有16属160余种,面积80万hm2,年产竹材5.0×106 t[5]。
粉单竹(Bambusa chungii)是我国重要的丛生竹,分布于广东、海南、广西、福建等地,面积80万hm2,其秆直、壁薄、节平、材质柔韧,是较好的造纸原料和篾用材料;竹秆密被白粉、丛态秀美雅致,是庭院观赏佳品;同时它生长快,适应性强,是河滩沿岸地区的重要水土保持林,具有良好的经济和生态效益[6-7]。以往对粉单竹的研究主要有栽培技术、生理特征和材性[8-12],对于该竹种养分循环的研究则未见报道。本试验调查和研究了1~3年生粉单竹地上部叶、枝、秆9种营养元素的含量、积累和分配,可为该竹种的林地土壤管理提供科学基础。
1材料与方法
1.1试验地概况
样地位于广东省龙门县麻榨镇小河洞村,中心地理位置113°59′47″E、23°28′40″N,海拔63 m,坡度25°,南坡。属南亚热带季风气候,年平均温度20.7 ℃,年平均降水量 1 732 mm,成土母岩为粉沙岩,试验地土壤基本理化性质如表1所示。该区域粉单竹为人工栽培,面积达500 hm2,竹龄为1~3年,密度350~380 丛/hm2,郁闭度0.7,主要经营措施有每年于6月份施用复合肥(N、P2O5、K2O含量均为15%)300 kg/hm2,砍去4年生老竹。
1.2样品采集与分析
1.2.1生物量调查与样品采集2013年1月,在调阅森林资源档案和野外调查的基础上,选择立地条件、林分组成、生长状况等具有代表性的粉单竹林,建立20 m×20 m的标准地4个。生物量调查和样品采集参照Wu等的方法[13-14]进行。
1.2.2分析方法和数据处理植株样品在实验室内用去离子水清洗后,于105°C杀青30 min,75°C烘干至恒质量,将样品粉碎后待用。将处理好的样品分为2份,1份用碳氮元素分析仪测定氮(N)含量;另1份称取0.200 0~0.300 0 g样品,用H2SO4-H2O2消煮,火焰光度计法测定钾(K)含量;钼蓝比色-分光光度法测定磷(P)含量;采用ICP-AES法测定钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)含量[15]。
营养元素积累量(吸收量)=养分含量×干物质量;植物地上部分某器官营养元素分配=某器官营养元素积累量/地上部分积累量×100%[16]。
数据处理使用Excel 2003和DPS分析软件进行。
2结果与分析
2.1粉单竹林分基本特征
由表2可知,不同年龄粉单竹在林分中的生长存在一定的差异,植株胸径大小的排序为1年生>2年生>3年生,平均株高差异不大,约11 m左右。由表2还可看出,粉单竹地上部分生物量为秆>枝>叶。随着年龄的增长,叶、枝生物量占地上部生物量的比例均有所提高。
2.2粉单竹地上部不同器官营养元素含量
2.2.1粉单竹地上部不同器官氮、磷、钾含量由图1可以看出,粉单竹不同器官中的N、P、K含量均为叶>枝>秆。随着年龄的增大,地上部各器官P、K含量随之降低,N素在叶、枝中增加,而秆中则呈先降低而后升高的趋势。
粉单竹地上部各器官中营养元素的含量均表现为N>K>P,叶、枝、秆中N元素含量介于29.25~30.16、9.34~11.51、5.30~6.67g/kg,P元素含量介于1.67~1.69、0.53~0.58、0.24~0.59 g/kg,K元素含量介于4.27~5.19、2.95~3.22、2.21~4.34 g/kg。
2.2.2粉单竹地上部不同器官钙、镁含量由图2可以看出,粉单竹地上部各器官中Ca、Mg含量大小为叶>枝>秆。随着年龄的增大,Ca含量在叶、枝中减小,而在秆中则相对增加,Mg含量在枝中减小,而在叶、秆中相对增加。
粉单竹叶、枝、秆中元素含量均表现为Ca>Mg,叶、枝、秆中Ca 元素含量介于3.86~5.17、0.56~0.63、0.25~0.38 g/kg,而Mg元素含量介于1.80~1.88、0.30~0.54、0.22~0.26 g/kg。 2.2.3粉单竹地上部不同器官铁、锰、锌、铜含量由图3可以看出,粉单竹地上部各器官中Fe、Mn、Zn、Cu含量大小均表现为叶>枝>秆。随着年龄的增大,粉单竹地上部各器官中Zn元素含量降低,Fe元素含量在叶中增加而在枝、秆中降低,Mn元素在叶、枝中降低而在秆中增加,Cu元素含量在叶、枝中增加,而在秆中降低。
粉单竹营养元素含量大小顺序在2年叶、枝和3年枝、秆中表现为Mn>Fe>Zn>Cu,而在1、2 年秆和3年叶中则表现为Fe>Mn>Zn>Cu。叶、枝、秆中Fe元素含量介于 317.77~347.42、88.53~104.59、63.25~90.19 mg/kg,Mn元素含量介于270.12~403.68、161.93~174.35、19.73~64.54 mg/kg,Zn元素含量介于63.02~80.93、28.44~28.93、10.94~17.01 mg/kg,Cu元素含量介于9.79~11.31、6.82~8.43、3.44~5.12 mg/kg。
2.3粉单竹地上部不同器官营养元素积累量
由表3可以看出,粉单竹地上部各器官9种营养元素的积累量为803.80 kg/hm2,不同器官营养元素积累量的大小顺序为秆(618.58 kg/hm2)>叶(98.25 kg/hm2)>枝(86.97 kg/hm2),秆中所占比例达77.0%。各营养元素的积累量大小顺序为N>K>P>Ca>Mg>Fe>Mn>Zn>Cu,N素所占比重达59.0%。
2.4粉单竹地上部不同器官营养元素的分配
由图4可知,粉单竹9种营养元素总的分配率大小表现为秆(77.0%)>叶(12.2%)>枝(10.8%),营养元素在秆中所占比例均超过50%,其中K、Cu在秆中的分配率达88.5%和81.8%。叶中的Ca和枝中的Mn所占比例也较大,分别为34.4% 和26.8%。
2.5粉单竹不同营养元素的利用效率
营养元素利用效率反映了植物对土壤养分环境的适应和利用状况,可用Chapin指数表示,即植物养分积累量与植物生物量之比。从表4可以看出,粉单竹每生产1 t干物质所需5种营养元素为12.91 kg,低于苦竹[17],高于青皮竹和雷竹[18],与毛竹[19]相似。5种营养元素中需要量最大的是N素,达 7.73 kg,占59.9%。相关研究也表明,粉单竹生长过程中对氮的需求量远高于磷、钾,肥料配比N ∶P ∶K为 5 ∶1 ∶1[20]。
3结论
粉单竹地上部9种营养元素含量均表现为叶>枝>秆。地上部各器官营养元素含量大小顺序为N>K>P>Ca>Mg,在2年生叶、枝和3年生枝、秆中表现为Mn>Fe>Zn>Cu,而在1、2年生秆和3年生叶中则表现为Fe>Mn>Zn>Cu。
粉单竹地上部各器官9种营养元素的积累量为 803.80 kg/hm2,在不同器官的大小顺序表现为秆(618.58 kg/hm2)>叶(98.25 kg/hm2)>枝(86.97 kg/hm2),秆中所占比例达77.0%。营养元素中以N的积累量最大,所占比重达59.0%,表明粉单竹具有较强的N吸收能力,适时合理地补充氮肥,可能对促进粉单竹的生长具有良好的效果。
粉单竹9种营养元素总的分配率大小表现为秆(77.0%)>叶(12.2%)>枝(10.8%),营养元素主要分配在秆中,所占比例均超过50%。每生产1 t干物质所需5种营养元素为12.91 kg,其中需要量最大的是N素,达 7.73 kg,占59.9%。这更进一步说明粉单竹在生长过程中施加氮肥的重要性。
参考文献:
[1]杨菲,肖唐付,周连碧,等. 铜矿尾矿库无土修复植物营养元素含量特征[J]. 地球与环境,2011,39(4):464-468.
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[10]陈建华,曾翔,曹福祥,等. 不同气候地区粉单竹竹材化学成分含量的分析[J]. 中南林业科技大学学报,2011,31(3):17-20.
[11]李本祥,李婕,蒋俊明,等. 粉单竹引种川南的适应性研究[J]. 世界竹藤通讯,2012,10(6):13-17.
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