百山祖冷杉枝葉主要營養元素特征分析

劉亞群，駱文堅，張飛英，張東北，韓素芳，樊民亮，陳小榮，汪和木，陳必新，邵順流，夏龍娟

（1. 浙江省林業科學研究院 浙江省森林資源生物與化學利用重點實驗室，浙江 杭州 310023；2. 浙江省林業種苗管理總站，浙江 杭州 310020；3. 浙江省慶元縣試驗林場，浙江 慶元 323800；4. 浙江百山祖自然保護區，浙江 慶元 323800；5. 浙江省慶元縣林權管理中心，浙江 慶元 323800）

百山祖冷杉（Abies beshanzuensis）是我國特有的古老孑遺植物，是第四紀冰期后在局部地段唯一生存至今的松科（Pinaceae）冷杉屬（Abies）中的珍稀物種，僅分布于浙江南部慶元縣百山祖南坡海拔1700 m左右的林中，1976年定名發表時，僅有大小植株8株，現幸存3株，且長勢較弱，瀕臨滅絕。1987年被國際物種保護委員會（SSC）列為全球最瀕危的12種植物之一；1999年經國務院正式批準列為我國一級保護樹種[1～2]。

當前，百山祖冷杉的有效繁殖問題還未得到真正解決。有學者對百山祖冷杉的瀕危和繁殖困難原因作過一些分析和推測，認為開花間隔期長、花粉生活力弱、花期雨量過多、種子發育不全等生殖障礙以及幼苗或幼樹在生長過程中的“環境篩”使之更新十分困難。本研究在百山祖冷杉弱極性赤霉素（GA）開花促進、異花授粉、扦插繁殖、進化特征和活力恢復等方面研究取得了較大的突破，繁育出800株健壯的遺傳活力恢復的實生苗，至今平均苗高已逾20 cm，為保護百山祖冷杉積累了大量有價值的實驗數據[3～4]。本文測定和分析了百山祖冷杉實生幼樹植物體枝和針葉中Fe、Ca、Mg、K、Na、Cu、Zn、Mn 8種元素的含量，試圖從植物體的重要營養元素組成上為百山祖冷杉環境適應能力的深入研究提供基礎依據。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

采樣地位于慶元縣試驗林場交溪門林區，海拔約920 m，選擇4株1993年種子繁殖分屬于不同基因型的實生幼樹百山祖冷杉植株個體。

于2009年8月采集4株植株（分別標記為1號、2號、3號和4號）的中部枝條、針葉樣品各300 g，相應標記為枝1、枝2、枝3、枝4和葉1、葉2、葉3、葉4。

1.2 儀器

SOLQQR969型原子吸收分光光度計(美國熱電公司)；BS224S賽多利斯電子天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司），GZX-9140MBE數顯鼓風干燥箱（上海博迅實業有限公司醫療設備廠），FZ102精密粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司），HYD-400小型實驗振動篩（杭州藍天化驗儀器廠），萬用電熱器（嘉興市欣欣儀器設備公司）。

1.3 試劑與材料

濃硝酸（GR），高氯酸（GR），高純水，Fe、Ca、Mg、K、Na、Cu、Zn、Mn標準溶液（國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院）。

1.3 測定方法

將采集的樣品置80 ～ 90℃鼓風干燥箱中烘15 ～30 min，然后降至65℃，烘至恒重，經粉碎機粉碎，過40目篩后備用。

精確稱取樣品0.2 g于開氏瓶中，分別加濃硝酸—高氯酸〔V(HNO3)＋V(HClO4) = 3＋1〕混合溶液于消化爐中加熱，使樣品分解完全，加熱蒸發近干。冷卻后，用少量水溶解殘渣，定容至10 mL備用。按同樣方法制備空白樣品[5]。各樣品平行測定 3次，取平均值。

采用火焰原子吸收法對樣品進行測定，儀器工作條件如表1所示。

表1 8種營養元素原子吸收儀器工作條件Table 1 Conditions for Atomic absorption spectrometry

1.4 標準系列及回歸方程

標準系列、回歸方程及相關系數如表2、表3。

表2 8種營養元素的標準系列Table 2 Standards of 8 nutrient elements content mg·L－1

1.5 數據處理

變動率：測定數據的最大值與最小值之差除以平均值，也稱極差相對值。

相對標準偏差（RSD）：

RSD（%）=S/Χ×100%

式中：S為標準偏差，X為測量平均值。

表3 8種營養元素的回歸方程及相關系數Table 3 Regression equation and correlation coefficient of 8 nutrient element

2 結果與分析

2.1 K含量

對百山祖冷杉枝和針葉中的 K含量測定結果（圖 1）表明，4個實生個體枝條 K平均含量 4410.67 mg/kg，針葉 K含量平均4590.61 mg/kg，針葉K含量稍高于枝；枝部4個樣品K含量變動率達59.36%，針葉K含量變動率為25.23%，即枝部K含量變動幅度較針葉大。其中，1號植株樣品枝部和針葉K含量均低于其相應的平均值，2號、4號植株樣品枝部和針葉K含量則均高于平均值，而3號植株樣品枝部K含量高于平均值，針葉K含量則低于平均值。

圖1 枝部和針葉K含量Figure 1 K content in branch and leaf

2.2 Na含量

對百山祖冷杉4個實生個體樣品枝和針葉的Na含量測定結果表明，在試驗設定的標樣0.00 ～ 0.40 mg/kg精度范圍內，枝部和針葉均未檢出鈉元素，表明百山祖冷杉植物枝、針葉Na含量極低。

2.3 Cu含量

參試樣品的 Cu含量測定結果（圖 2）表明，百山祖冷杉枝部Cu含量平均值是針葉的3.17倍，且Cu含量的變動率枝部也較針葉小。其中，1號、2號植株枝部Cu含量均高于相應4個樣品的平均值，而其針葉Cu含量則低于相應4個樣品的平均值；與此相反，3號、4號植株枝部Cu含量則均低于相應4個樣品的平均值，而其針葉Cu含量則高于相應4個樣品的平均值。Cu含量表現為枝部高則針葉低，枝部低則針葉高的規律。

圖2 枝部和針葉Cu含量Figure 2 Cu content in branch and leaf

2.4 Ca含量

參試樣品的Ca含量測定結果（圖3）表明，4個實生個體百山祖冷杉枝和針葉Ca含量平均值分別4718.92、9323.73 mg/kg，變動率分別為 65.17%、149.84%，均以針葉為較高。其中，枝部和針葉Ca含量均以1號植株為最高，分別達6906.59、18398.76 mg/kg，顯著高于4個參試樣品的平均值，其余3個樣品枝部和針葉Ca含量則均低于相應平均值，且其由高至低排序一致，依次為2號植株、3號植株和4號植株。Ca含量表現為枝部高則針葉高，枝部低則針葉低的規律。

圖3 枝部和針葉Ca含量Figure 3 Ca content in branch and leaf

2.5 Zn含量

對百山祖冷杉4個實生個體樣品枝和針葉的Zn含量測定結果（圖4）表明，其枝部和針葉Zn含量平均值分別為329.63、85.35 mg/kg，變動率分別為111.38%、70.80%，均以枝部為較高。其中，枝部和針葉Zn含量均以1號植株為最高，分別達519.02、105.02 mg/kg，4號植株枝部和針葉Zn含量均為最低，2號植株和3號植株枝部和針葉Zn含量則與相應平均值基本一致。總體上，Zn含量也表現為枝部高則針葉高，枝部低則針葉低的趨勢。

2.6 Fe含量

由Fe含量測定結果（圖4）表明，4個實生植株枝部平均含量為314.12 mg/kg，針葉平均含量則僅為51.21 mg/kg，相應的變動值分別為185.20%和145.09%，植株間Fe含量變化差值均較大。其中，2號植株 Fe含量在 4個植株中其枝部和針葉均屬最高，分別達657.34、89.41 mg/kg，其次為3號植株，枝部和針葉Fe含量處于平均值區域，第三、第四則分別為1號植株和4號植株。Fe含量表現為枝部高則針葉高，枝部低則針葉低的一致規律。

圖4 枝部和針葉Zn和Fe含量Figure 4 Zn and Fe content in branch and leaf

2.7 Mg含量

由Mg含量測定結果（圖5）表明，4個植株枝部平均含量為1794.17 mg/kg，針葉平均含量1417.26 mg/kg，枝部Mg含量稍高；而相應的變動率分別為24.39%和68.54%，針葉植株個體間Mg含量變化差值稍大。其中，枝2、枝1的 Mg含量分別高于其平均值，針葉則僅植株1高于平均值，其余均低于平均值，且葉2的Mg含量最低。總體上，其枝部和針葉Mg含量未呈現規律性。

圖5 枝部和針葉Mg含量Figure 5 Mg content in branch and leaf

2.8 Mn含量

Mn含量測定結果（圖6）表明，4個植株枝部平均含量為180.38 mg/kg，針葉含量 292.46 mg/kg，相應的變動值分別為 76.66%和84.51%，其Mg含量針葉較高，個體間變動率均也以針葉稍大。其中，枝4、葉1及葉4的Mn含量分別高于其平均值，枝2和葉3的Mn含量則分別為其相應的最低值，Mn含量亦未呈現出規律性變化。

圖6 枝部和針葉Mn含量Figure 6 Mn content in branch and leaf

2.9 回收率實驗

為驗證上述測定結果的可靠性，對百山祖冷杉針葉、枝的每個樣品進行平行測定3次，計算各元素含量的相對標準偏差，同時對百山祖冷杉中的8種元素分別做加標回收實驗（表4）。測定結果表明，8種元素的相對標準偏差均小于5%，平均回收率在85.95% ～125.07%，證實采用原子吸收法測定8種元素穩定性好，結果可靠，能夠達到檢測要求。

表4 7種測定元素的回收率Table 4 Recovery

3 結論與討論

3.1 元素含量個體和器官部位差異

結果表明，百山祖冷杉枝部和針葉中均含有所測的K、Cu、Ca、Zn、Fe、Mg、Mn元素，但未檢出Na元素，其元素的含量大小排列順序為：Ca ＞ K ＞ Mg ＞ Zn ＞ Fe ＞ Mn ＞ Cu ＞ Na；2 個不同部位之間的元素含量存在差別，Cu、Zn、Fe含量枝部比針葉中高，K、Ca、Mg、Mn含量枝部則與針葉相當；不同實生個體枝部元素含量變動率為：Fe ＞ Zn ＞ Mn ＞ Ca ＞ K ＞ Cu ＞ Mg，針葉元素含量變動率為：Ca ＞ Fe ＞ Mn ＞ Zn ＞ Mg ＞ Cu ＞ K。此外，從4個植株個體枝部和針葉各元素的總量差異來看，1號、2號植株元素含量居前，3號、4號植物則居后，居前二植株與居后二植株元素總量數值差異較大，其與相應植株生長勢等相關性尚有待進一步分析。

3.2 元素含量相對比較

現有研究表明，大多數植物體正常生長發育其元素含量均有一定范圍值及元素缺乏臨界范圍值[6]。通常植物體內K含量一般為10000 ～ 50000 mg/kg，葉片K含量缺乏臨界范圍為7000 ～ 15000 mg/kg，百山祖冷杉枝部和針葉K含量分別為2967.68 ～ 5585.95 mg/kg，4036.13 ～ 5194.30 mg/kg，均低于報道的臨界值；通常植物體中Na的平均含量大約是干物質重的0.1%，百山祖冷杉枝部、針葉均未檢出含Na元素，其可能原因尚待證實；大多數植物Cu含量為5 ～ 30 mg/kg，百山祖冷杉枝部和針葉Cu含量分別為10.15 ～ 13.63 mg/kg、2.58 ～ 4.70 mg/kg，其枝部Cu含量處于正常水平，而針葉Cu含量則略低于一般植物水平；植物干物質中含Ca量為5000 ～30000 mg/kg，百山祖冷杉枝部及針葉Ca含量與上述數據基本相符；植物中Zn含量一般為10 ～ 100 mg/kg，百山祖冷杉枝部、針葉Zn含量分別為151.86 ～ 519.02 mg/kg、44.59 ～ 105.02 mg/kg，其枝部Zn含量處于較高水平；植物體中全Fe含量為50 ～ 250 mg/kg，百山祖冷杉枝部和針葉Fe含量分別為75.60 ～ 657.34 mg/kg、15.11 ～ 89.41 mg/kg，考慮到僅個別植株出現較高或偏低情況，多數植株處于上述正常水平；植物體內Mg含量為500 ～ 7000 mg/kg，百山祖冷杉枝部及針葉Mg含量均在此范圍內；植物中Mn的正常含量范圍為20 ～ 50 mg/kg，小于20 mg/kg為缺乏，大于1000 mg/kg可能發生Mn毒害，百山祖冷杉枝及針葉中Mn含量雖高于50 mg/kg，但遠低于可能發生Mn毒害的1000 mg/kg水平，處于相對較正常的范圍。

[1]吳鳴翔. 百山祖冷杉發現紀實[J]. 植物雜志，1999（1）：6－8.

[2]裘寶林. 試論百山祖冷杉的起源、發展和衰落[J]. 杭州植物園通訊，1997（3）：1－3.

[3]邵順流，錢華，金貞福. 百山祖冷杉插穗生根促進和不定根形成[J]. 東北林業大學學報，2006，34（5）：47－48.

[4]Shao S, Jin Z, Weng Y. Lignin characteristics of Abies beshanzuensis, a critically endangered tree species[J]. J Wood Sci，2008，54（1）：81－86.

[5]任偉，周志宇，詹媛媛. 阿拉善荒漠灌木根際中微量元素含量特征[J]. 生態學報，2009，29（7）：3759－3767.

[6]魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科技出版社，2000.