全 文 ：第 42 卷，第 1 期
2 0 1 5 年 2 月
湖 南 林 业 科 技
Hunan Forestry Science ＆ Technology
Vol． 42，No． 1
Feb ． ，2 0 1 5
收稿日期:2014 － 11 － 19
基金项目:湖南省研究生科研创新课题项目 (CX2013B355) ;中南林业科技大学研究生科技创新基金项目 (CX2013B23)。
作者简介:周国新 (1989 －) ，男，江苏省东台市人，硕士生，主要从事森林生态学研究。
杉木根、枝和叶的 C、N、P生态化学计量特征
周国新1，2，王光军1，2，3，李 栎1，2，高吉权1，2，何 丹1，2，杜 昕1，2
(1. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004; 2. 南方林业生态应用技术国家工程实验室，湖南 长沙 410004;
3. 湖南会同杉木林国家重点野外科学观测研究站，湖南 会同 418307)
摘 要:以湖南会同杉木基地Ⅲ号集水区 25 年生杉木人工林为研究对象，测定 1 月份杉木根、枝和叶的 C、N、
P含量，研究其 C、N、P 生态化学计量特征。结果表明:杉木根、枝和叶中 C 含量平均值分别为 561. 04、
515. 93、513. 56 g /kg，表现为根 ＞枝 ＞叶;N含量平均值分别为 6. 86、8. 78、7. 97 g /kg，表现为枝 ＞叶 ＞根;
P含量平均值分别为 1. 45、0. 71、1. 54 g /kg，表现为叶 ＞根 ＞枝。根的 C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P 的平均值分别为
92. 50、521. 72、5. 29;枝的 C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P的平均值分别为 65. 17、789. 82、12. 46;叶的 C ∶ N、C ∶ P、N
∶ P的平均值分别为 69. 31、355. 56、5. 53。叶的 C含量和枝的呈显著正相关;叶的 N含量和枝的呈极显著正相
关;叶的 N含量和根的呈极显著正相关;P的含量在根、枝和叶之间均呈显著正相关。
关键词:杉木;生态化学计量特征;根;枝;叶
中图分类号:Q 946 文献标识码:A 文章编号:1003 —5710 (2015)01 —0015 —04
doi:10. 3969 / j. issn． 1003 —5710. 2015. 01. 004
C，N，P stoichiometry characteristic of Chinese fir root，
branch and leaf
ZHOU Guoxin1，2，WANG Guangjun1，2，3，LI Li1，2，
GAO Jiquan1，2，HE Dan1，2，DU Xin1，2
(1. Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China;
2. National Engineering Lab for Applied Technology of Forestry and Ecology in
South China，Changsha 410004，China;
3. Huitong Ecological Station for Chinese Fir Plantation，Huitong 418307，China)
Abstract:Taken the 25 years old Chinese fir forest in different slope positions in Huitong of Hunan Province as research
object，the C，N，P contents of the Chinese fir root，branch and leaf were examined in January. The results indicated
that，the average values of C content in the root，branch and leaf were 561. 04 g /kg，515. 93g /kg and 513. 56 g /kg re-
spectively，expressed root ＞ branch ＞ leaf. The average values of the N content in the root，branch and leaf were 6. 86 g /
kg，8. 78g /kg and 7. 97 g /kg respectively，expressed branch ＞ leaf ＞ root. The average values of the P content in the
root，branch and leaf were 1. 45g /kg，0. 71g /kg and 1. 54 g /kg respectively，，expressed leaf ＞ root ＞ branch. The value
of C ∶ N，C ∶ P，N ∶ P were 92. 50，521. 72 and 5. 29 in root，65. 17，789. 82 and 12. 46 in branch，69. 31，355. 56
and 5. 53 in leaf. By the analysis of correlation，C content of the leaf and branch was a significant positive correlation，N
content of the leaf and branch，the leaf and root were very significant positive correlation，P content of root，branch and
leaf were significant positive correlation.
Key words:Chinese fir;stoichiometry characteristics;root;branch;leaf
生态化学计量学综合了生物、化学、物理等学 科的基本原理，用于研究生态系统中能量和养分元
湖 南 林 业 科 技 42 卷
素的平衡，以及养分元素平衡对生态交互作用的影
响，是当前全球气候变化下生态学研究的热门领
域［1］，是研究植物器官之间相互关系的新学科［2］，
在养分循环、限制性元素的判断、养分利用效率等
研究中得到了广泛的应用［3］。目前，国内外许多
学者对植物中 C、N、P 等元素的生态化学计量空
间特征进行了研究，探讨了养分元素之间的相关关
系，取得了重要的研究成果［4］。植物器官中养分
含量受到环境中养分含量的制约［5］，而目前对植
物器官生态化学计量特征的研究还不够充分。杉木
是我国长江流域、秦岭以南地区栽培最广、生长
快、经济价值高的速生用材树种。目前，对杉木器
官的生态化学计量特征相关关系的研究还不多。本
文对 25 年生杉木人工林杉木器官的 C、N、P 含量
及其生态化学计量特征进行分析，探讨其相关关
系，为杉木林生态系统的养分机制提供基础
数据［6］。
1 研究区概况
试验地选在湖南会同杉木林国家重点野外科学
观测研究站Ⅲ号集水区，位于我国亚热带中部，属
常绿阔叶林区［7］，其地理位置为 109°45E，26°50
N，海拔 300 ～ 500 m，年均降雨量 1 100 ～ 1 400
mm，气候属亚热带湿润气候，年平均气温 16. 8
℃。该地区处于云贵高原向长江中下游平原过渡的
中山丘陵地段，其森林资源对长江中下游的生态文
明建设有着重要的作用［8］。Ⅲ号集水区是 1987 年
炼山整地后种植的杉木纯林，林内其它植物主要有
的油桐 (Vernicia fordii)、冬青 (Ilex purpurea)、杜
茎山 (Myrsinaceae)、菝葜 (Smilax china)、铁笀
箕 (Dicranopteris linearis)、华南毛蕨 (Cyclosorus
parasiticus)、狗脊蕨 (Woodwardia japonica)等。
杉木林分的基本情况见表 1，样地的土壤理化性质
见表 2 所示。
表 1 样地林分特征
Tab. 1 Characteristics of stands of Chinese fir planta-
tions
坡位
林分密度
(株 /hm2)
郁闭度
平均胸径
(cm)
平均树高
(m)
凋落物量
(g /m2)
上坡 1 975 0. 8 15. 4 13 410
中坡 1 338 0. 9 18. 5 17 480
下坡 956 0. 7 17. 7 14 450
表 2 样地土壤理化性质
Tab. 2 The physical and chemistry properties of soil
坡位 含水率(%) 容重(g /cm3) pH值 温度(℃) C(g /kg) N(g /kg) P(g /kg)
上坡 27. 13 1. 26 4. 94 13. 0 14. 30 1. 22 0. 59
中坡 18. 90 1. 12 5. 16 12. 5 14. 73 0. 93 0. 62
下坡 24. 40 1. 01 5. 07 13. 2 14. 51 1. 07 0. 61
2 研究方法
2. 1 试验设计
在Ⅲ号集水区的上坡、中坡、下坡 3 个不同坡
位上各设置 3 块半径 10 m 的圆形样地，每块样地
面积为 314 m2。根据 “随机、等量、多点混合”
的原则，按照品字布点采集杉木的根、枝和叶的样
品。测定杉木林不同坡位植物器官的 C、N、P 等
元素含量，重复 3 次，取其平均值，分析根、枝、
叶的化学计量特征及其相关性。
2. 2 样品采集
每块样地随机选取 3 株杉木:①在每株杉木树
上采集约各 500 g 的叶片、枝;在树干基部 1 m的
范围内挖取 50 cm深的土块，清理土壤和杂质，采
集约 500 g 的细根，分别装入布袋后带回实验室。
②用烘箱烘干至恒重，烘干后用粉碎机粉碎过筛，
用于 C、N、P含量测定。
2. 3 C、N、P含量测定
称样测定 C、N、P 含量。有机碳采用重铬酸
钾外加热法测定;全氮采用凯氏定氮法测定;全
磷采用硝酸 － 高氯酸消煮 － 钼锑抗分光光度法
测定［9］。
2. 4 数据分析
应用 Excel 2010 和 SPSS 19. 0 对数据进行统计
分析;采用 One －Way ANOVA，对不同器官之间
C、N、P含量以及 C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P、C ∶ N ∶ P
进行差异性检验;采用 Pearson对不同器官之间 C、
N、P、C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P、C ∶ N ∶ P 进行相关性
分析。C、N、P含量以单位质量的养分含量 (g /
kg)表示，C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P、C ∶ N ∶ P 采用质
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第 1 期 周国新，等:杉木根、枝和叶的 C、N、P生态化学计量特征
量比。
3 结果与分析
3. 1 杉木根、茎和叶的 C ∶ N ∶ P 生态化学计量特
征
表 3 结果表明:根、枝和叶中 C 含量平均值
分别为 561. 04、515. 93、513. 56 g /kg，表现为根
＞ 枝 ＞ 叶;N 含量平均值分别为 6. 86、8. 78、
7. 97 g /kg，表现为枝 ＞叶 ＞根;P含量平均值分别
为 1. 45、0. 71、1. 54 g /kg，表现为叶 ＞ 根 ＞ 枝。
根的 C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P 平均值分别为 92. 50、
521. 72、5. 29，枝的 C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P平均值分
别为 65. 17、789. 82、12. 46，叶的 C ∶ N、C ∶ P、
N ∶ P平均值分别为 69. 31、355. 56、5. 53。由单因
素分析可知，根、枝和叶中的 C、N、P 含量以及
C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P的差异性均不显著。
表 3 杉木根、茎和叶的 C、N、P生态化学计量特征
Tab. 3 C，N，P stoichiometry characteristic of root，stem and leaf of Chinese fir
植物器官 C(g /kg) N(g /kg) P(g /kg) C ∶ N C ∶ P N ∶ P
叶 513. 56 ± 52. 77 a 7. 97 ± 2. 30 a 1. 54 ± 0. 47 a 69. 31 ± 27. 15 a 355. 56 ± 110. 2 a 5. 53 ± 1. 39 a
枝 515. 93 ± 17. 32 a 8. 78 ± 3. 19 a 0. 71 ± 0. 19 a 65. 17 ± 26. 92 a 789. 82 ± 162. 3 a 12. 46 ± 5. 01 a
根 561. 04 ± 25. 92 a 6. 86 ± 2. 66 a 1. 45 ± 0. 93 a 92. 50 ± 36. 54 a 521. 72 ± 240. 3 a 5. 29 ± 1. 16 a
注:数据为平均值 ±标准差;相同字母表示植物器官之间差异性不显著(P ＞ 0. 05)。
3. 2 杉木根、茎和叶 C ∶ N ∶ P生态化学计量的相
关性
由表 4 ～表 6 杉木根、枝、叶的生态化学计量
相关性分析结果可知:叶的 N 含量与枝的 N 含量
呈极显著正相关，叶的 N 含量与枝的 P 含量、叶
的 C ∶ N与枝的 C ∶ P、叶的 C ∶ N ∶ P 与枝的 C ∶ P
及 N ∶ P均呈显著正相关。叶的 N含量与根的 P含
量呈极显著正相关，叶的 N 含量与根的 N 含量呈
显著正相关。枝的 N 含量与根的 P 含量、枝的 P
含量与根的 N 含量及 P 含量均呈极显著正相关;
枝的 N含量与根的 N含量呈显著正相关。
4 结论与讨论
杉木叶、枝、根中的 C 含量分别为 513. 56 g /
kg、515. 93 g /kg、561. 04 g /kg，N 含量分别为
7. 97 g /kg、8. 78 g /kg、6. 86 g /kg，P 含量分别为
表 4 杉木叶与枝 C ∶ N ∶ P生态化学计量的相关性
Tab. 4 The relationship of C ∶ N ∶ P stoichiometry characteristics between leaf and branch
枝
叶
C N P C ∶ N C ∶ P N ∶ P C ∶ N ∶ P
C 0. 532 0. 176 － 0. 724 － 0. 228 － 0. 105 0. 167 － 0. 472
N － 0. 755 1. 000＊＊ 0. 570 － 0. 598 － 0. 408 0. 251 － 0. 756
P － 0. 844 0. 985* 0. 686 － 0. 570 － 0. 396 0. 230 － 0. 693
C ∶ N 0. 919 － 0. 598 － 0. 921 0. 567 0. 562 0. 295 0. 419
C ∶ P 0. 455 － 0. 713 － 0. 302 0. 989* 0. 926 0. 469 0. 961*
N ∶ P 0. 108 － 0. 604 0. 088 0. 913 0. 826 0. 375 0. 972*
注:“* ”表示显著相关(P ＜ 0. 05) ;“＊＊”表示极显著相关(P ＜ 0. 01)。下表 5、表 6 同。
表 5 杉木叶与根 C ∶ N ∶ P生态化学计量特征的相关性
Tab. 5 The relationship of C ∶ N ∶ P stoichiometry characteristics between leaf and root
根
叶
C N P C ∶ N C ∶ P N ∶ P C ∶ N ∶ P
C 0. 213 0. 500 － 0. 448 － 0. 408 － 0. 233 0. 235 － 0. 678
N － 0. 889 0. 966* 0. 748 － 0. 549 － 0. 386 0. 213 － 0. 649
P － 0. 819 0. 992＊＊ 0. 652 － 0. 580 － 0. 400 0. 237 － 0. 714
C ∶ N － 0. 645 0. 087 0. 769 0. 447 0. 441 0. 397 0. 508
C ∶ P － 0. 181 0. 661 － 0. 018 0. 017 0. 252 0. 793 － 0. 315
N ∶ P 0. 169 0. 474 － 0. 384 － 0. 047 0. 163 0. 602 － 0. 376
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湖 南 林 业 科 技 42 卷
表 6 杉木枝与根 C ∶ N ∶ P生态化学计量特征的相关性
Tab. 6 The relationship of C ∶ N ∶ P stoichiometry characteristics between branch and root
根
枝
C N P C ∶ N C ∶ P N ∶ P C ∶ N ∶ P
C 0. 941 0. 480 0. 343 0. 315 － 0. 450 － 0. 739 － 0. 408
N － 0. 085 0. 972* 0. 996＊＊ － 0. 761 － 0. 661 － 0. 453 － 0. 882
P 0. 051 0. 995＊＊ 0. 999＊＊ － 0. 682 － 0. 694 － 0. 536 － 0. 899
C ∶ N － 0. 835 0. 106 0. 234 － 0. 438 0. 371 0. 695 0. 086
C ∶ P 0. 566 0. 650 0. 572 0. 112 － 0. 158 － 0. 212 － 0. 344
N ∶ P 0. 844 0. 456 0. 334 0. 322 － 0. 119 － 0. 446 － 0. 266
1. 54 g /kg、0. 71 g /kg、1. 45 g /kg，C ∶ N 分别为
69. 31、65. 17、92. 50，C ∶ P分别为 355. 56、789、
82、521、72，N ∶ P 分别为 5. 53、12. 46、5. 29。这
与田大伦［10］等对杉木林生态系统的研究结果接近。
植物不同器官中的 N、P 含量均为正相关关
系，是由于植物生长需要消耗大量的 ATP 来合成
蛋白质，也体现了环境供应养分元素的共变性［11］。
另外，叶片的 N ∶ P 受 P 限制，而根的 N ∶ P 表现
为受 N 限制［12］。总体来看，植物器官中的 P 对 N
∶ P的影响更大，这是由于植物能从环境中直接吸
收利用的 P 比 N 更少［13］。N 对根系的影响较大，
因为根上附着很多的微生物，微生物维持生长会储
存大部分的 N，而凋落物分解 N 的速度要快于 N
从有机物转化成为植物可利用的状态［14］。植物器
官的生态化学计量特征会随着环境中养分因子的限
制情况而呈现出相应的变化，这种适应性可通过植
物发育和不同器官的功能性状进行阐述［15］。研究
植物器官养分的生态化学计量特征对杉木林的养分
储存和维持长期的生产力有着重要的意义。
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(文字编校:唐效蓉)
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