全 文 ：202 生 态 学 报 18卷
强度均比相应的人工林的大，说明格氏栲天然林土壤有机质分解能力和腐殖质再合成强度均比人工林的
大．土壤营养贮量和养分供应能力亦比人工林的强．天然林土壤肥力明显比人工林的高。
4．2 格氏栲人工林土壤各类指标的根际效应(R／S值)比天然林的明显．这与人工林土壤条件相对鞍差有
关。
4．3 格氏栲天然林和人工林根际是一十相对偏酸的环境，根际土有机质、全氮及交换性盐基离子总量均
比全土大，但人工林根际土壤速效性氨、磷、钾存在一定程度亏缺现象．这与 目前天然林和人工林林木生长
速度及土壤中养分浓度差异有关 。
4．4 格氏栲天然林经过120余年的演变．目前群落多样性和结构均比人工林复杂0．天然林水源涵养、自我
培肥能力均比人工林的优越。天然林根际土壤营养贮量与供应状况明显比人工林的好，这是目前格氏栲天
然林地力较高的重要原因之一，目前应加强对 日益减少的天然常绿阔叶林的保护并开展相应的研究．以保
持和提高地带性常绿阔叶林多样性 ，充分发挥其改善环境的有益功能。
参 考 文 献
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2 7
第 1 8卷第2期
1 9 9 8年 3月
生 态 学 报
ACTA EC0L0GICA SINI‘：A
Vo】．18．No．2
M al"．， 1 998
落叶松落叶前后重金属元素
内外迁移循环规律研究
攫 5 7> ． Lo、 吴燕玉
(中国科学院沈阳应用生态研究所 陆地生态系统痕量物质生态过程开放实验室 沈阳 110015)
摘要 供试元素在落叶橙各部位的古量和贮量J瓯序为 Zn>Cu>As>Pb>Cd，并与环境中相应元素浓度呈
正相关 元素的迁移主要发生在叶和枝、干、根之问．落叶时叶中5 的 z力迁移到枝、干中，且贮量均有增加·
存在明显的内循环，占总循环量的25 ,Cu、Pb、cd、As主要为外循环t其循环量占总贮量的2O ～71 ，循
环率分别为3O 、68 、27 和23 。
关麓词 落叶橙．重金属，迁移，循环。
TRANSFER AND CYCLlNG 0F HEAVY M ETALS lN AND
0UT OF THE LARCH TREES(Larix olgensis var．koreana Nakai)
BEF0RE AND AFTER LEAF FALLEN
Yu Guoying W u Yanyu
(Laboratory of Ecological Preen of Trace sub~tance in T s Ecosyster~
“ of Appt~ed Ecotogy．Academia Sinica·Sh~ayang，10015，China)
Abstract The measured content and storage of trace elements in each parts of larch trees
was Zn> Cu> As> Pb> Cd，which has positive correlations with that in soil．During the
leaf—falling period，a about 6 of Zn in leaves was transferred to trunk，branch and root．A
general increase in Zn storage was observed demonstrating an obvious internal cycling rate
Zn of 25 ol the gross cycling．The cycling of Cu，Pb，Cd and As were almost external，and
waried from 20 ～ 71 of gross storage in trees and their cycling rates were 30 ，68 ，
27 and 23 respectively．
Key words： larch，heavy metals，transfer，cycling．
随着采矿、冶炼、制造加工业的迅速发展，大量废弃的重金属不断进入土壤一植物系统．并经食物链，直
接威胁人类的健康 因此．重金属污染与防治问题弓『起了人们的广泛关注。国内外学者纷纷对重金属在怍
物、蔬菜等经济作物体内吸收积累、转化、生态效应等开展了广泛的研究 但这些研究的对象主要草车
*国家自然科学基金和中国科学院重点资助课题
**在中国科学院水生生物研究所从事博士后研究
收稿El期：1995一ii一18，修改稿收到El期：1996 08—07．
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204 生 态 学 报 18卷
植物 ，尤以1年生草本植物为主 ，而木本植物的重金属污染生态学研究较为少见。
木本植物尤其是高大乔术 ，它们的生物产量高 ，占有很大空阿，有巨大的根、茎、叶面积作用于环境，并
对污染物有一定的吸收积累、转化和降解作用，且积累的污染物不会在短期内释放到环境中，同时大部分
林木 生产术材和绿化为主要目的，不进入食物链而对^体产生伤害。故污水和污泥的林地利用 日趋广
泛 林术尤其是落叶乔术对许多营养元素具有循环再利用的功能，也是森林生态系统养分免遭损失的重要
机制之一。
本文针对重金属元素进入该系统后，其吸收积募和内外循环的关系进行研究。利用沈阳生态站小区试
验， 落叶松为供试树种 ，通过调考分析其落叶前后的生物量、供试元素含量、贮量及变化，深入探讨重金
属在木本植物体内的迁移积累过程和内外循环规律 ．为污泥和污水的林地利用进行可行性分析。
l 材料与分析
1．1 试验条件
该研究在中国科学院沈阳生态试验站进行的 ，落叶松生长呈现明显的季节性，春季4、5月问，{对术萌发
薪枝薪叶，7月处于生长顶峰，8月“后逐渐转入生长停滞阶段，10月严霜以后大部分针叶凋落，树木转入休
眠阶段 。固此8月下旬到1O月下旬可视为树木生长盛季进入休眠阶段的转换期，这期间将发生最为活跃的
养分内外循环过程。供试土壤为草甸棕壤 。
1．2 材料与设计
供试树种为落 叶松(LaHx olgensis var．kore一
删 Nakai)，试验设两种处理，即对照组和处理组 ，
投加浓度 如表 1，其 中不 包括 其背 景含 量 (CA
0．175，Pb 19．8，Cu 19．74，Zn 56．93，As 8．23
nag／kg)，处理组浓度为土壤中各元素临界含量的3
倍，属重污染级。该处理是在1992年进行的，将供
1 表l 试验设计
Table l The design of exoerlment(mg／kg)
试小区耕作层土壤翻起 ，按设计浓度投加污染物，拌匀，铺开 平衡15d“后，种植落叶松树苗，管理。
1．3 研究方法
]994年分别于落叶松(5龄)落叶前后的8月下旬和11月上旬选择长势相同的标准树5株，伐倒后分根
材、根皮、干材、干皮、枝材、枝皮和叶7部分实行全株解剖，测定各部位的生物量鲜重和干重(60C，8h烘
干)，取样测定供试元素的含量(湿法消化，日立180-80原子吸收分光光度计测定)，并利用 下公式计算各
部位落叶前后的元素贮量 r
落叶前某部位元素贮量一8月份该部位干重×8A份该部位元素含量
落叶后某部位元素贮量一11月份该部位干重ר月份该部位元素含量
上述计算中t对照组落叶前后的生物量、处理组落叶后的生物量均为宴测值，处理组落叶前的生物量是通
过回归方程得到的 ]，其回归方程如下 ：(式中 为胸径)
根重 v一2．2448x 。 r—O 9661
干重 一1．4002x。““ 0 9458
枝重 一0．1442x ⋯‘ r一0．9542
叶重 一0．96妇一8．56 r—O．9228
2 结果与讨论
2．1 生物量及分配
8A和11月供试落叶抡单株生物量及各部位干重测定结果见表2。l1月和8A单株生物量比较接近，表
明处理组落叶前生物量的回归拟合效果较好．但8月份的鲜重 明显高于¨月份之鲜重，显然是由8月份树术
含水量较高所致。
两实验组生物量的 检验结果表明t供试浓度对落叶松生长没有显著影响。在生物量分配上主干(包括
皮和材)占单株总重的40 t枝重 占30 ，根重 占20 ，叶重约]0H。同时发现落叶前后各部位干重占全株
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2期 亲国营等：落叶松落叶前后重金属元素内外迁移循环规律研究 205
总千重的比率基本相近，但如果仔细捡查皮／材 比率可知，l】月组明显高于8月组，其机理可能是落叶时有
较多的营养物质自叶中输入皮层
表2 供试埘术各部位的生物量(kg)
Table 2 Biomass of different parts of tested trees
2．2 元素含量
落叶前后各部位的元素含量测定结果见表3 比较对照组与处理组可知，植物体内各部位的元素含量
均与土壤中元素投加浓度呈正相关 0．9856)，不同元素在各部位的含量存在差异。供试元素在不同部
位分配的大小顺序为 ：cd：根>枝>干>叶，Pb：叶>枝皮>干皮>根皮>枝材>根材>干材，cu：根皮>
叶>干皮>枝皮>枝材>干材>根材，zn：叶>枝皮>干皮>根皮>根材>枝材>干材，As：干材>枝>叶
>根>千皮
表3 落叶前后落叶松各部位单位生物量元素贮量(mg／kg)
Table 3 Concentration of heavy metals in different parts of larch
比较落叶前后各部位的元素含量+可以发现几乎所有元素的含量均发生丁变化。落叶后根皮和枝材中
的cd明显减少，根材、干皮、枝皮中cd略有增加，干材中变化不大：Ph在根皮、干皮中减少，干材、枝皮、枝
材中增加I根皮和干皮中的Cu向根材、千材和枝中转移；zn主要发生在由地下部分向地上部分迁移；As
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206 生 态 学 报 l8卷
是由根和干材中向干皮和枝中转移。落叶中所有供试元素含量均高于生长叶中元素含量。
供试的5种元素在落叶松各解剖部位含量的大小顺序为Zn>Cu>As>Pb>Cd
2．3 元素贮量 。
根据树木各部位干重和元素含量并按前述计算方法，分别得到落叶松各部位的元素贮量(表4)。对于
生长的落叶松来说，对照组Cd的贮藏库主要是根皮和枝，约为总贮量的70 ，处理组Cd也多分布于根
(皮、材)和枝叶中}Pb多积累在叶、枝皮和根中(这可能与针叶树开放式呼吸有关，黄会一“：也报道了类似
结果，同时也不排除在落叶松中存在着有利于Pb整合运输的机制)fcu在低浓度处理时主要分布在根皮、
干皮、枝皮和叶中，约占全树的8O ，在高浓度处理时，根材、干材和枝材中的 cu显著增加，叶中贮变量变
化不大；zn在两组处理中均主要分别于叶、枝皮和根 内tAs在植株各部位的含量 比较均匀，贮量与生物量
的大小顺序一致。伴随冬天的到来，各元素在体内的分布也发生了变化．对照组叶、干材、干皮、根材中的
Cd均有增加，处理组枝皮中的 Cd贮量下降，向干皮和叶等部位输送}落叶时叶和枝皮中的Pb贮量增加}
落叶后Cu贮量除对照组干皮和处理组根皮有所下降外．其余各部位均明显增加，由此可以看出，到了8月
以后树木的生长虽然出现停滞．而植物根系与土壤溶液之间仍然存在着活跃的元素交换，表现为元素的吸
收和转运tZn则表现为根中的贮量减少．干皮、枝皮和叶中贮量增加,As在落叶后主要贮藏于叶、枝皮、干
皮以及根中。
由此看出．叶是供试元素的重要贮藏库，也是落叶前后元素迁移和再分配的重要场所。cd、Pb、Cu、As
4种元素在落叶中的贮量明显大于生长叶的贮量，且处理组大于对照组。只有zn元素在落叶中的贮量小于
生长叶的贮量，说明在叶的凋落过程中，一部分zn又回到了植物体内，参与了营养元素的循环利用和再分
配机制。
衰4 落叶前后落叶松各部位元素贮量(rag)
Table 4 Amount of heavy metals in different parts of larch
2．4 植物体内的元素迁移
表5～表8分别列出了落叶松叶、根、干、枝4部分落叶前后元素的贮量和变化 对植株针叶来说，对照组
落叶中 cd、Pb、Cu、As贮量比生长叶分别增加了268 、42 、1．2 和134 ，Zn减少 了8．3 {处理组落叶
中这4种元素也依次增加了58，5 、8．3 、14．7 和58．8 ，Zn减少了23．6 (表5)。供试元素在植株根中
的贮量隧叶的凋落发生了如下变化 ：对照组所有元素均增加，cd、Pb、cu、zn、As分别增加了69 ，1．6 、
186．7 、27．7 和153．2 ，处理组Cd元素增加了56．4 ，而Pb、Cu、Zn、As分别减少了80．5 、13．5 、
24．2 和17．5 (表6) 对于树干，对照组供试元素均增加，Cd、Pb、Cu、Zn、As分别增加了38．7 、66．9 、
27 、66．7 和52．6 ，处理组 Cd、Pb、Cu、Zn也呈增加趋势 ，分别增加了62．8 、41．7 、20 和27．4 ，
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2期 余国营等：落叶松落叶前后重金属元素内外迁移循环规律研究 207
只有 As略有减少(表7)。枝是植株生长点的着生部位，即使落叶后仍需孕育新的叶芽、花芽、枝芽，势必存
在着活跃的物质迁移和交换，对照组枝 CA、Pb、Zn、As分别减少了40．9 、1】．9 、25．8 和31．7 ，只有
Cu增加了46．2 }处理组各元素贮量均增加，Cd、Pb、Cu、Zn、As分别增加了49．7 、25．1 、37．1 、l8
和46．3 。
丧5 落叶时松树叶片元素贮量爰输人■
Table 5 Input of heavy metals from falling leaves of larch
丧6 落叶时松树根部元素贮量爰输人■
Table 6 Input of he avy metals in root from falling ]eaves of larch
丧7 落叶时松树干元素贮■爰输人量
Table 7 Input of he avy metals in trulk from falling lea ves of larch
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208 生 态 学 报 l8卷
2．5 植株与外界的元素迁移和交换
树木在严霜过后 ，针叶在短时间内集中稠落是养分向体外迁移的主要方式之一．供试元素也不例外。
从表5就可看出落叶时元素的输出量，Pb的输出量较大，对照组和处理组因叶凋落而产生的输出量分别为
48．27mg和G5．03mg．占全株总贮量的57．9 和73．3 ，说明落叶抡具有较强的 Pb代谢能力，这可能为铅
锌尾矿植被恢复树种选择具有重要的参考价值。输出量最大的是 Zn，对照组和处理组的输出量分别为
56．46mg和127 5mg，约占全树总量的28．6 和31．3 。对照组和处理组 Cu输出量占全纣总量的比例相
同(22．5 )，别为12．1mg和21．2mg．而 Cd、As的输出率在对照组为27．2 和28．8 ，在处理组为10．2
和16．1 。
落叶前后树木与外界的无索迁移与交换除叶凋落 外．还可 通过根系的吸收和分泌来进行，同时也
与树木皮层呼吸与淋溶有关，表9列出了落叶松体内元素贮量与变化量，大致可 看出叶稠落这一时期元
素的收支情况。由于测算本身带有一定的系统误差，表中各元素总贮量的微小差异虽不能直接地理解为元
素的吸收和排除．但除对照组 Cd和处理组 Pb叶凋落后的贮量有所减步外，其余各处理元素贮量均有增
幅．因此在8月至10月这段时间里，尽管树木的生长出现停滞，但仍然存在着剧烈的元索吸收、积累和分配
过程
衰9 落叶时松树干枝根元素贮量爰辅人量
Table 9 Input of heavy metals from faling leaves of larch
2．6 元素内外循环通量和循环率
关于植物元 素的内外循环、循环通量和循环率，至今尚无统一的定义和计算方法，这里仍借用沈善
敏。。 对杨树养分循环的有关概念和计算方法来定量金属元素的内外循环及循环率 ，得各项参数如表10。
对于树木来说，除了根、干、枝、叶间存在着元素迁移和交换外，已知树木边材和心材之间也存在着某
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2期 余国营等：落叶松落叶前后重金属元紊内外迁移循环规律研究 209
些营养元紊的迁移和交换，如 N、P、K、Mg等 ，估计 Cd、Pb、Cu、Zn、．As也存在着类似过程，表10的结果只限
于表征落叶橙根、干、枝、叶之间的元紊循环量，因此表1O所列结果是偏低的。拄这种偏低的估计 ，处理组
cd和 As的总循环量小于对照组，Pb、Cu、Zn的总循环量为处理组大于对照组。只有 Zn元紊存在着明显的
内循环，其对照组和处理组的内循环率分别为4．9 和7．3 ，外循环大于内循环，外循环率分别为23 和
23．7 。ca、Pb、Cu、As则主要为外循环．其循环率在对照组分别为47 、66 、19．7 和26．5 ，在处理组
则依次为13．3 、71 35+6 和20 。元紊的循环量可占总贮量的2o 。
参 考 文 献
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8 沈善敏等．杨树主耍营养元素内循环和外循环研究 I 落叶前后养分在植物体内外的迁移和循环．应用生态学报
】993．4(1)：27～31
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