全 文 ：第 3 卷 第 3 期
1 9 9 0 年 6 月
林 业 科 学 研 究
FO R E S T R E S E A R C I{
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杉木人工林中微量营养元素的
含量 、 积累和生物循环 ’
傅金和 !夔噩!
(中国林业科学研究院亚热带林 业研究所 ) (中南林学 院 )
关健词 衫木人工林, 徽量元素 , 生物循环
微量元素在植物体内参与各种生理生化活动 , 其作用机制有很强的专一性 , 是植物 正常
生长发育所不可缺少和相互替代的 。 森林生态系统的养分循环 中 , 也包括微量营养元素的循
环 。 本文对杉木林中的微量元素(Fe 、 M n 、 Z n 、 C u 、 B )进行了研究 , 旨在了解杉木林生态
系统中这些元素的含量 、 积累和分布状况 , 以 及它们在系统中循环的规律 , 以期进一步完善
杉木林生态系统中养分循环的研究 , 为合理经营杉木人工林 , 维持林地肥力 , 保持人工林生
态系统的稳定提供一些参考 。
一 、 试验地概况
试验地位于湖南会同县广坪乡深冲林场 , 2 6 0 5 0 ‘ N , 10 0 0 4 5 ‘ E 。 海拔高 3 0 0 m , 相对
高度 1 0 m 以下 。 属亚热带湿润气候。 年相对湿度 80 % , 年降水量 1 00 一 1 40 0 m m , 年平
均温度1 6 . 8 ℃ 。 气候温和 , 降水均匀 , 是杉木中心产区之一 。 母岩是震旦 纪板 溪 系灰绿色
衰 1 试脸地林分特征
标 准
地号
密 度
(株 / ha )
平均脚径 }平均树高
地 形部位
(e m ) (m )
蓄 积 t
(m
3
/ h
a
)
一比山坡下部山 坡上部 1 6 3 52 2 35 1412 2 2 5 . 8 21 7 7 . 8 1
板岩。 土壤属中有机质厚层山地黄壤。 林下
植被是亚热带常见的林下灌木及草木 , 如怜
木、 山苍子及一些蔗类和苔醉 。
林分均为 19 6 6年春全垦整地后营造的杉
木纯林 。 表 1 列 出了试验林分的特征。 1 9 8 0
~ 1 9 8了年 , 每年对这两块标准地进行了固定
样地调查 。
二 、 研 究 方 法
用克拉夫特分级法对标准地内所有林木分级 , 选出各生长级及林分标准木 , 两标准地各
选出12 株 。伐倒标准木 , 以 Z m 区分段实测干材 、 皮 、 叶、枝和果的鲜重 。根采用分层 挖掘法 。
本文于 1 98 9年 4 月 1 7 日收 到。
* 本文为研究生论文 。 试验室分析在中南林学院生态研究室进行 , 得到了田大伦副教授 和朱小年老师等的 大力帮助 ,
湛小勇老师对 论文修改提 出了许 多宝贵愈见 , 另承蒙肖泽宏研究员和易德坤 、吴 楚材两位教授审阅 , 在此一并 致谢 。
3 期 傅金和等 : 杉木人工林中微量营养元素的含量 、 积累和生物循环 2 81
用平 二 a( 刀 ZH )“计算林木各器官的生物量并推算林分生物量 。
在标准地所在的W 集水区 , 分上 、 下两部位 , 按 S 形路线 取 5 个 1 x l m “样方 , 测定
死 、 活地被物量 。
在集水区上 、 下部各有一个面积为20 m “的穿透水承接器 , 每半月从其上收集凋 落 物。
枝和叶烘干前按龄组分级 , 根按大小分级。 样品用干灰化法 , 盐酸溶解 , 最后定容待测 。 另
以 S 形路线 , 用土钻取 5 个点的同一层次的土壤混合样 , 风干研碎后过 。。 5 m m 尼龙筛待测。
Fe
、
M n
、
C u
、
Z n 用原子吸收仪测定 , B 用姜黄素比色法测定 。
三 、 结 果 与 分 析
(一 ) 土壤中的有效态微量元素
土壤是植物营养元素的主要来源 。 从林木营养角度看 , 分析土壤中有效态微量元素的含
量与分布具有实际指导意义 。 测定结果(表 2 )表明 , 杉木林分所在土壤中 , 各有效态微量元
表 2 土坡中不同深度有效态微量
元素含量 (单位 . P m )
琳\ 、 ‘ ·e }· n ⋯·u ⋯·n ⋯·深度 (“m ) \\ 一 { { { 1
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素含量高低的顺序是 : Fe > M n > Z n > C u >
B
。 在土壤垂直分布上 , 除 C u 的含量 基本
保持不变外 , 其它元素含量均 呈由上往下递
减的趋势。 值得注意的是有效态 M n 在林地
表土层有明显的聚集 , 这可能是表土层有机
质含量高 , 生物富集作用强烈所致。
将表 2 与土壤有效态微量元素的分级和
评价标准 1 比较 , 不难看出该灰绿板岩发育
的土壤中 , Fe 含量很高 , B 和 C u 含量低 ,
而M n 和 Z n 的含量属中等水平。
(二 ) 植物中微量营养元素含量特点
植物中化学元素含量主要取决于土壤中的有效态元素的丰度 , 也取决于植物自身的吸收
和积累能力。 杉木各组分中微量元素含量分别列于表 3 、 表 4 , 其含量顺序是 : 叶> 枝 > 皮
> 木材。
1
. 衫木枝、 叶中的微量元素含量 表 3 表明 , 各生长级林木的同龄叶间的微量 元素含
量与林木生长级无关 , 枝也如此 。 这与杉木枝、 叶中的大量元素含量规律相一致。 枝 、 叶中
的养分含量与其本身的年龄密切相关 , 与其它各龄叶相比 , 当年生 叶中 Fe 、 M n 、 Cu 含量
最低 , 而 B 含量最高。
为了评价杉木的营养状况 , 将杉木一年生叶和二年生叶的养分浓度与成熟叶片中微量元
素含量分级标准 [s, . 〕比较 , 结果如下 : M n—高量 , Fe 、 Z n 、 C u—适 量 , B—低量。众所周知 , 植物中的元素绝大部分来自土壤中相应的有效态元素 。 因此 , 植物与土壤中的营
养元素有一定的相关。 整个红壤区普遍缺 B l“] , 土壤有效B 少 (< 。. 5 p p m ) , 导致杉木叶中
含B 量低 (< 15 p p m )。 而 B 参与植物蛋白质的合成 , 氮素和糖类的代谢 , 并对根系发育及果
实、 种子形成有影响 。 如林地适当增加些 B , 对杉木生长发育无疑会起促进作用 , 杉木种子
园中尤其如此。
2 8 2
表 3
林 业 科 学 研 究 3 卷
杉木不同生长级各盼叶 、 枝的橄t 元素含皿 (单位 : PP m )
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Fe M n C u
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总 平 均 2 5 0 . 8 1 6 2 . 1 1 3 72 . 6 40 5 . 0 2 1 . 5 1 」 1 4 . 72 ) 13 . 3 5 ! 5 9 9 」 1 2 . 6 3 」 8 , 9 0
同时也证实了杉木是富集 M n 的植物 阴。 在所有微量元素中 , 土壤有效 M n 量与 p H 值
相关性最大 囚 , 随 pH 值的降低而增加。 因此该酸性土壤中 ( p H 二 4 . 9一 5 . 2) 有 效 M n 含量
高 , 杉木吸收 M n 也就多。
2
. 衫木干材 、 皮 、 果和根 系中的微量元素含量 从表 4 可看出 , 元素含量高低 基本上
是果> 皮 > 干材。 进一步分析可发现果中 B 元素含量较高 , 接近于叶的水平 。 这证实了 B 对
植物生殖过程有影响的结论 。
根系中元素含量 (表 4 )基本上是细根 > 粗根> 大根 , 但差异不大。 根系作为吸收养分的
器官 , 除 F e 外 , 其它元素含量均低于枝和叶 , 高于木材 , 略低于树皮 。 可见根系将吸 收 到
的营养元素迅速运到枝 、 叶中去 。
3 期
表 4
傅金和等 : 杉木人工林中微量营养元素的含量 、 积累和生物循环 2 8 3
杉木树千 、 果及根系中微量
营养元素的含量
必需的微量营养元素含量 (p p m )
Fe ⋯M 一i } Z n 阵干树 材皮 1 73 . 31 99 . 01 2 0 5 4 3 0 91 3 1 。 43 9 8 . 3 1 3 . 6 11 6 . 5514 . 4 4 一3 . 785 . 〔811 1 · 2 9
3
. 活地被物 中的微量元素含 量 活 地
被物的叶、 枝 (表 5 )与杉木叶、 枝相比, 前
者元素含量高得多 (M n 除外 )。 而且活地 被
物中B 元素含量正常。 可见活地被物对营撇
元素的吸收和积累能力更强些 。
表 s 活地被物微量营养
元素含量 (单位 : P m)
‘伪‘比口a通内z舀几,J‘
.⋯‘伙J,理匕2,山上d土4 5 5 . 844 7 . 22 77 . 8
2 4 6
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.
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.
1
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.
4
5 8
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8 3
根桩细粗根大
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砂全根平均 º 26 6 . 4 } 7 8 . 43 , 5 · 。1 111 · 。8
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枝
,
茎 ⋯:::. :⋯‘::: :⋯::. ::⋯::. ::⋯’: ;:
¹ 根系分级 : 细 根是D < 。. 2 cm ; 粗根刀 = 。. 2~ 。. 5
c m , 大根D > 。. 阮m ; º 系平均木的加 权平均值 . ( 三 ) 杉木林中微量营养元案的积累、
分配和生物循环
1 . 衫木林生态系统中营养元素的积累和分配 林分生物量测定结果见表 6 。 杉 木 林生
态系统中微量元素的积累和分配状况与杉木林的产量结构不同 。 系统中微 量 元 素 总 量 为
80 3
.
263 k g / ha
, 其中土壤占92 。4% , 杉木仅占6 。4 % 。这表明尽管杉木生长快 , 轮伐期短 , 养
分消耗在系统中所占比重却很小。 占林木生物量 6 。 3 % 的叶 , 其微量元素积累量却占林木 总
贮量的2 6 . 1 % 。 与之相反 , 占林木生物量54 . 9 %的干材 , 其微量元素积累量仅为林木 总贮
量的32 。 3 % 。 从系统养分利用角度看 , 尽管叶的养分积累量高 , 但它在生物循环过程中 , 通
过凋落归还分解 , 能直接给土壤补充相当多的有效养分 , 供林木重新吸收利用 。
在整个土壤一植被系统中 , 土壤系统贮存了92 %以上的微量元素量 。具体到 M n 元素 ,
则迥然不同 , 杉木中 M n 贮量占系统中总贮量的35 . 6% 。这进一步证实了杉木是富 集 M n 的
植物 , 而且主要富集在叶中 。
2 . 林木微量元素的年净积累 研究表明 , 杉木林净生产 力 (5 . 298 t/ 五a) 是 活 地 被 物
( 1
.
35 6 t/ ha )的 4倍多 , 但它们的微量元素年净积累量相差无几 , 杉 木 为 2 . 274 k g / ha ·a,
活地被物为2 . 14 5 k g / ha ·a 。 由此看来 , 要尽可能保留地被物 , 以免造成养分的大量丧失 。 同
时由于活地被物对营养元素的吸收能力较强 , 故可以每年在成林里对活地被物进行XlJ 割 , 弃
于林地 , 以加速林木的养分循环 , 并可减轻活地被物与林木竞争养分 。
3 . 衫木凋 落物及其营养元素的归还 作为营养元素生物循环的主要归还者 , 凋落物既是
林地营养元素的一种补充 , 也直接影响林地土壤的物理性质和结构。 该研究中杉木年凋落量
为2 。 9 t/ ha , 其中叶、 枝、 果和碎屑分别占总量 的45 . 6 % 、 23 . 9 % 、 2 6 . 2 %和 4 . 3 % 。 凋落
物的时间分布, 杉木凋落属春秋型 , 两个高峰分别在生长季的开始和末期 , 叶也如此 。
杉木微量元素的归还量是3. 62 k g / ha ·a , 以 M n 和 Fe 归还量最多 。 各组分中又 以 叶
的归还量最高( 占总量的5 5 . 2 % ) , 进一步说明叶对养分循环具有重要意义 。
4
。 衫木林营养元素的生物循环 研究表明 , 杉木林微量元素的年吸收量 、存留量和归还
量分别是 5 . 4 5 k g / ha ·a 、 1 . 823 k g / ha ·a 和 3 . 62 k g / ha ·a( 见表 7 ) 。 其生物循环的 平 _均
速率是6 . 5% 。各微量元素的生物循环速率都较大 , 均超过52 % Iz1 , 其大小是 M n > C u > Z抹
2 8 4
表 6
林 业 科 学 研 究 3 卷
杉木人工林生态系统的生物 , 及其傲最养分的空间分布
系统各层次微 企元素含 鼠 (k g / ha )
组分或土层
生物且或土维
(t/ h
a )
Fe } M
n z n ⋯ C u ⋯ B 总 计间空
杉
木
8
.
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1 1
.
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2
。
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.
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1 2
.
3 2 5
2 2
.
3 2 5
2
.
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1
.
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.
3 3 0
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.
1 0 3
2
.
4 5 3
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.
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.
0 2 9
4
.
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.
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.
0 0 9
1
.
6 2 0
1
.
7 51
0
.
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0
.
1 7 3
0
.
0 3 9
0
.
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0
.
3 5 5
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.
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0
.
0 71
0
.
0 1 4
0
.
2 72
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.
0 43
0
.
2 61
0
.
1 01
0
.
1 0 5
0
.
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0
.
2 6 4
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.
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.
4 2 5
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.
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(1了. 0 9 )
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.
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.
3 2 6
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0 8 6
0
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C0 7
2
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茎叶
合 舌十 1 。 9 9 4
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(0
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7 5 )
0
.
0 3 5 2
.
7 1 0
(% ) (“· 9 0 ) ⋯ (0 · 3 4 )
活地被物层
3
.
1 7 7
2
.
4 2 0
0
。
4 2 5
1
.
51 1
0
.
9 3 5
0
.
17 5
3
.
0 6 7
1
.
0 9 2
0
.
23 0
0
.
1 4 8
0
.
0 8 8
0
.
0 1 6
4
.
7 9 3
2
.
1 7 1
0
.
4 2 7
叶枝果
合 计 。
.
0 2 3 { 2
.
0 2 1
(% ) (4
.
4 6 ) (0
.
3 7 )
4
.
3 8 9
(6
.
7 2 )
0
.
2 52
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.
51 )
7
.
3 9 1
死地被物层
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·
9 2 )
} 0 ~ 1 5
e m⋯{}一{i一
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1 6 8 7
1 9 8 1
1 9 96
2 14
.
4 4 5
1 73
。
1 5 4
1 56
.
1 8 9
1 37
.
0 7 8
1 8
.
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5
.
9 3 7
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2
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4
.
12 6
1
.
9 1 5
1
。
7 1 5
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,
0 1 3
1 8 1 5
0
.
8 6 1
0
.
6 9 8
0 7 9 0
0
.
7 8 1
2 4 0
.
42 1
1 8 4
.
2 3 3
1 6 7
.
63 5
1 4 9
.
52 3
合 计 7 54 8
(% )
6 80
.
8 6 6
(96
.
0 2 )
3 5
.
9 6 3 1 4
.
3 9 5
5
·。6 ) } (8 6
·
3 7 )(5
7
。
4 5 8
( 8 9
.
5 3 )
3
.
1 3 0
(8 0
.
5 7 )
7 41
.
81 2
(92
.
3 5 )
土城ƒ有效态„
总 计 7 0 9 。 0 6 6 6 5 . 31 6 1 6 。 6 6 6 8 . 3 3 0 3 . 8 8 5 8 0 3 . 26 3
衰 7 杉木林橄 t 曹养元众的
生物翻环 ( 单位 : g/ h 。 · : )
项 口 Fe M n J Z 口 , C u 合 计
吸收 t
存 留t
归还t
循环速
率 ( 片 )
2 2 91
.
2
1 06 6
.
4
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.
8
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.
5
2 82 4
.
0
6 1 7
.
0
2 2 0 7
.
0
7 8
.
2
1 9 3
.
5
8 1
.
6
11 1
.
9
5 7
.
8
⋯B
3 」5 7 . 5
0 2 7
.
4
3 3 0
9 15 2
5 4 4 5
.
5
1 82 3
.
4
3 6 2 2
.
1
6 6
.
5
> Fe > B
。 成林阶段 , 生物循环速率随年龄
增大而增加。 本文未将降水淋洗 、 树干流及
根的归还等项养分归还加进去 , 所以实际养
分归还量还大些。
杉木与活地被物相比 , 生产一吨干物质
所需微量元素 , 无论是总量还是各个元素量 ,
都是前者 (0 . 4 0 4 k g) 小于后者 (l . 3 5 9 k g ) 。这也
说明杉木林对微量元素的利用效率是高的。
, l吸曰
OJ,l氏乃n,行‘门JJ兮Žb
5
. 采伐时杉木林生态系统 中营养元素平街的影响 一般把只运出商品材称作传统 采 伐
利用 , 而把林木地上部分全部运出的称为全树利用。 研究表明 , 全树利用的生物量移出量增
加 5 3 。 9 % , 而全部微量元素养分损失增加了1 7 1 . 9 % 。
将两种采伐方式造成的养分损失 , 与林地死地被物及土壤中的有效态养分之和相 比 , 传
统采伐者养分损失占两者之和的2 . 6 % , 而全树利用的养分损失高达两者之和的8 . 7 % 。 由此
3 期 傅金和等 : 杉木人工林中微量营养元素的含量 、 积累和生物循环 2 8 5
可见 , 从实现森林更新 、 保持林地肥力角度考虑 , 应尽可能将采伐剩余物归还给林地 , 有条
件时应对林地施肥 , 促进林木生长 。
参 考 文 献
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