不同石礫含量土壤對降香黃檀礦質元素分配的影響

摘要：以不同石礫含量的土壤模擬不同石漠化程度的土壤條件，采用盆栽的方法研究降香黃檀（Dalbergia odorifera）體內礦質元素的分配規律。結果表明，降香黃檀葉的N、K、Ca、Mg元素含量普遍高于莖、根中相應元素含量。不同石礫含量對降香黃檀礦質元素的分配規律存在影響，隨著石礫含量的增加，降香黃檀的Ca、Mg含量整體呈上升趨勢；不同石礫含量條件下，降香黃檀N元素的含量變化不明顯，但P、K元素的含量變化較明顯。揭示降香黃檀在石漠化環境下礦質元素分配規律，為石漠化的科學治理提供參考。

關鍵詞：降香黃檀（Dalbergia odorifera）；土壤石礫含量；元素含量；元素分配

中圖分類號：S792" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）03-0016-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.03.003 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effect of soil with different gravel content on mineral element allocation of

Dalbergia odorifera

XI Ying-zhuo1a， 2， LIU Zhen1a， WEN Li1a， Qin Gui-li1a， TIAN Long2， YANG Zhen-de1a， 1b， YU Shu-zhong1a， 1b

（1a. Forestry College，1b. Guangxi Key Laboratory of Forest Ecology and Conservation，Guangxi University，Nanning" 530004，China；2. Experimental Center of Tropical Forestry， Chinese Academy of Forestry，Pingxiang" 532600，Guangxi，China）

Abstract： Using in the soil with different gravel content to simulate the soil conditions with different rock desertification degrees， the distribution law of mineral elements in Dalbergia odorifera was studied by pot culture. The results showed that the contents of N， K， Ca and Mg in Dalbergia odorifera leaves were generally higher than those in stems and roots. Different gravel content had an impact on the distribution of mineral elements in Dalbergia odorifera. With the increase of gravel content， the content of Ca and Mg in Dalbergia odorifera had an overall upward trend； under different gravel content conditions， the content of N elements in Dalbergia odorifera did not change significantly， but the content of P and K elements changed significantly. Revealing the distribution law of mineral elements in Dalbergia odorifera under the rocky desertification environment could provide reference for the scientific management of rocky desertification.

Key words：Dalbergia odorifera； soil gravel content； element content； element allocation

石漠化是喀斯特地區土壤質量降低的主要表現，石漠化地區以土壤自然肥力低、偏堿性、鈣元素含量高、地表崎嶇、土壤貧瘠為主要特征［1］。石漠化對該地區人類生活、社會經濟發展和生態環境安全有諸多隱患，是目前最嚴重的生態環境問題之一［2，3］。植被對已經遭到破壞的生態環境十分重要，可以對其進行修復與治理，因此可以通過選擇合適有效的植物對石漠化環境進行整治［4，5］。植物器官中礦質元素的含量控制著植物生長發育的每一個過程，植物可以根據周圍環境的實際情況來調節對礦質元素的吸收，以滿足自身的需求，決定元素在植物體內的循環模式［6］。所以，可以根據植物體內礦質元素的含量推測周圍生長環境的狀況，并且元素循環還與整個生態系統的生產能力有緊密的聯系［7-12］。

降香黃檀（Dalbergia odorifera）作為陽性樹種，尤其是自身還具有根瘤固氮、抗旱和耐貧瘠等能力，抗逆性和萌芽力強，可生長在條件惡劣的地方，自然條件下就可在陡坡、山脊、巖石裸露和干旱瘦瘠地生長。有關降香黃檀的研究主要集中在植株生物學特性［13］、育苗及組培技術［14-17］、引種栽培繁殖技術［18-21］、藥用價值［22］以及蟲害防治［23］等方面，但對其在石漠化條件下礦質元素的吸收與分配規律尚未清楚。

因此，本研究以不同石礫含量的土壤模擬不同石漠化程度的土壤條件，采用盆栽的方法研究降香黃檀在不同石漠化程度下體內礦質元素的分配規律，旨在揭示降香黃檀在喀斯特石漠化地區的適應機理及為指導喀斯特石漠化的科學治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料選取與栽培

試驗地點設在廣西大學林學院苗圃實驗基地（108°29′E，22°86′N），年平均氣溫為21.6 ℃，年均降水量為1 304.2 mm，年均相對濕度為79%。試驗材料為地徑0.7～0.9 cm、高54～56 cm的一年生降香黃檀幼苗；試驗基質為廣西南寧市石山區域的巖石、壤土（理化性質見表1），巖石加工處理為0.5 cm3的碎石，與壤土配制成碎石含量（體積比）為0%、25%、50%、75%、100% 5種栽培基質，以不同含碎石量模擬不同程度的土壤石漠化水平，其中不含石礫為對照（CK）組。單株種植于35 cm×30 cm的塑料桶，桶底打直徑2 cm的小孔利于排水，桶內裝滿栽培基質，種植前對苗的根系進行清洗，每種基質種植15株苗。并對苗進行統一的田間管理，早晚各進行1次噴灌（1～2 min），定期清理桶內的雜草。

1.2 樣品采集

隨機采集降香黃檀樹冠上層東、南、西、北4個方向的成熟葉片（不包括葉柄），混合作為葉樣，每種栽培基質采集20片；后將降香黃檀整株挖出帶回，將根、莖分出；用去離子水清洗，105 ℃殺青30 min，再55～65 ℃烘干至恒重，粉碎過100目篩，待測。

1.3 測定方法

1）樣品的處理。樣品烘干粉碎后，稱取根、莖、葉樣品各0.25 g，置于50 mL消煮管中，加5 mL濃硫酸消化過夜，用消煮爐低溫（80～100 ℃）加熱1～2 h，之后升高溫度（170 ℃以下）加熱消煮至溶液清亮，如果反應液久煮不清，可等其冷卻后滴加1～2滴雙氧水，再繼續消煮，直至反應液變成無色透明，取下冷卻。完全冷卻后向反應液中加入去離子水，定容至1 L，用來檢測元素含量。

2）指標的測定。N、P、K的測定參照中華人民共和國農業部2011年12月1日實施的植物中N、P、K測定的行業標準，其中，全N含量采用蒸餾滴定法檢測，全P含量采用鉬銻抗比色法檢測，全K含量采用火焰光度法檢測，Ca、Mg、Zn的含量檢測均采用火焰原子吸收分光光度法［24］。每項指標做3個重復。

1.4 數據分析

數據采用軟件SPSS 19.0對在不同石礫含量土壤中降香黃檀的元素含量及元素比值進行LSD最小顯著性差異法檢測分析（Plt;0.05）。

變異系數計算公式為：

CV=s/x×100%" （1）

式中，s為標準差；x為平均值。

2 結果與分析

2.1 不同石礫含量對降香黃檀礦質元素含量的影響

由圖1可知，葉的N含量在75%石礫含量下最高，為1.953 g/kg；葉的P含量在25%石礫含量下最高，為0.190 g/kg；除了在100%石礫含量下，其他石礫含量下葉的N含量均顯著高于對照。隨著石礫含量的增加，葉的Mg、Zn含量整體呈上升趨勢，在100%石礫含量下達到最高，分別為8.123、72.433 g/kg。

不同石礫含量下，降香黃檀莖的P、K、Zn、Ca、N、Mg含量均無顯著差異。對照組莖的K含量最高，為0.447 g/kg，莖的K含量在50%石礫含量下最低，為0.137 g/kg；相較于對照組和其他處理組，莖的P、K含量在50%、75%石礫含量處理下較低；隨著石礫含量的提高，降香黃檀莖的Zn含量呈下降趨勢。

隨著石礫含量的增加，降香黃檀根的Ca、Mg、Zn含量整體呈上升趨勢，且均在100%石礫含量下達到最大，分別為36.393、2.727、84.803 g/kg；對照組根的P含量最高，為0.117 g/kg。

隨著石礫含量的升高，降香黃檀的P、K元素含量呈現波動的趨勢，分別在75%和50%時含量最??；降香黃檀的Ca、Mg元素含量均呈上升趨勢；但對降香黃檀的Zn、N元素含量影響不大。

不同石礫含量處理下降香黃檀的礦質元素的變異系數不同（表2）。不同器官的N含量變異系數均低于14.00%，在0%、25%、75%和100%石礫含量下，均表現為莖＞根＞葉；P含量的變異系數較大，在75%石礫含量下，葉的變異系數高達44.94%，在0%、50%、75%和100%石礫含量下，均表現為葉＞莖＞根；K含量的變異系數基本介于N、P之間，在0%、25%和75%石礫含量下，均表現為根＞莖＞葉。

不同器官的Ca含量變異系數變化明顯，根的變異系數較高，均大于16.00%，而葉的變異系數較低，均低于4.00%，且均表現為根＞莖＞葉；Mg含量變異系數較小，根、葉的變異系數偏高，均高于9.00%，而莖的變異系數偏低，均低于6.00%，表現均為根＞葉＞莖；Zn含量變異系數較大，均高于13%，在50%、75%和100%石礫含量下，均表現為莖＞根＞葉。

2.2 不同石礫含量對降香黃檀礦質元素比值的影響

由表3可知，隨著石礫含量的提高，降香黃檀的元素比值也產生了一定的變化；在25%和100%石礫含量下的元素比值大多小于CK組的元素比值，而在50%和75%石礫含量下的元素比值大多大于CK組的元素比值。且隨著石礫含量的增加，與CK組相比，降香黃檀的Ca/P和Zn/P比值變化較大，其中根部的比值變化明顯；而降香黃檀的Zn/Ca比值變化較小，其中葉部的比值變化不明顯。

2.3 不同石礫含量對降香黃檀礦質元素分配的影響

由表4可知，降香黃檀根、莖、葉的礦質營養元素在不同石礫含量條件下的分布規律大致相同。除P元素外，隨著石礫含量的增加，莖的礦質元素占比整體呈下降趨勢，但根的礦質元素占比整體呈上升趨勢；在100%石礫含量下，降香黃檀根的礦質元素占比最高，莖的礦質營養元素占比最低。隨著石礫含量的增加，降香黃檀莖的礦質元素向葉與根轉移，特別是向根部轉移較多。

3 小結與討論

3.1 不同石礫含量對降香黃檀礦質元素含量及比值的影響

本研究中，降香黃檀根、莖、葉的Ca、Mg元素含量隨著石礫含量的增加而上升，并且整個植株的Ca、Mg含量也有所提高；在不同石礫含量條件下，降香黃檀N元素的含量變化不明顯，但P、K元素的含量變化較明顯。從整體來看，在50%、75%石礫含量處理下降香黃檀的P含量較低，在50%石礫含量處理下降香黃檀的K含量較低。降香黃檀在100%石礫含量處理下生長緩慢，元素不斷積累，因此礦質元素的含量偏高。

已有研究表明，植物中N、P質量分數及其分配特征能夠反映植物對特定生態環境的適應方式及生存策略的變異［25］。高等陸生植物葉片的N/P比值大于16時，P元素會限制植物的生長，小于14時，N元素限制植物的生長，在比值為14～16時，N、P元素共同限制植物的生長［26］。本研究中，在0%、25%、50%、75%和100%石礫含量條件下，降香黃檀葉中N/P比值分別為14.52、9.74、18.40、21.94、11.98。在0%、25%和100%石礫含量處理下N元素限制降香黃檀的生長，而在50%和75%石礫含量處理下P元素限制降香黃檀的生長。

礦質元素是影響植物生長發育、開花結果和品質改良的重要因子，對植物的生命活動有重要的作用［27］。并且植物通過自身光合作用所得到的營養物質和吸收的礦質元素是其生長發育所需營養物質的重要來源［28］。因此，生長環境會對植物礦質元素的含量產生影響。按照周運超［7］的算法，葉片Ca、Mg元素含量之和超過40 g/kg的植物便為嗜鈣型植物，本研究所有處理組葉片的Ca、Mg元素含量之和均高于40 g/kg，因此，降香黃檀為嗜鈣型植物。羅緒強等［26］研究發現，喀斯特植物的元素含量特點大多為高Ca、Mg、低N、P，與本研究結果相同。喀斯特巖溶植株往往會缺乏Zn元素［29］，在不同石礫含量處理下，降香黃檀的Zn含量大多高于CK組。

3.2 不同石礫含量對降香黃檀礦質元素分配的影響

隨著石礫含量的不斷提高，降香黃檀葉、根的礦質營養元素含量逐漸增加，其中，根的礦質營養元素含量增加最顯著，而莖的礦質元素含量卻呈明顯的下降趨勢。根系生長狀況很大程度上制約著植株地上部分的生長狀況［30］；而營養物質的轉移主要由莖負責，由于莖新陳代謝較慢和本身的生物量較大，導致莖擁有較高的礦質元素總含量。葉片可以轉化和儲存養分，植物為了滿足自身的生長發育而將體內大部分的營養成分運輸至葉片，所以N、P等流動性元素會從莖和根轉移到葉片儲存［31］。并且隨著石礫含量提高，土壤含量下降，整個栽培基質的貧瘠程度也在不斷提高。根據元素分配規律可以判斷，降香黃檀根的代謝旺盛，會從周圍的環境中吸收更多的礦質元素來促進生長［32］。因此，在石礫含量不斷增加的情況下，降香黃檀莖的礦質營養元素含量呈減小趨勢，而根部的礦質元素含量呈增加趨勢。

對各試驗組降香黃檀各器官的礦質元素分配占比的測定可知，在不同石礫含量處理下，降香黃檀的地上部分礦質元素占比大多小于對照組，而根系礦質元素分配占比大多高于對照組。說明石漠化環境會導致降香黃檀礦質元素重新分配，促使降香黃檀的根系去吸收更多的礦質元素，令根系更加健壯，從而提高降香黃檀的生長效能，增強對石漠化環境的抵抗力。隨著中國西南地區降雨量的減少和喀斯特石漠化的加劇，優先考慮降香黃檀的種植，可能有利于當地養分循環，維持土力穩定。

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