全 文 ：第 35卷 第 3期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.35 No.3
2007年 3月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Mar.2007
迁栖地樟科与木兰科 21种珍稀植物叶片微量元素与土壤微量元素1)
　　　　　　　　　 钟志祥　徐有明　　万开元　陈　防
(华中农业大学 ,武汉 , 430070)　　　　(中国科学院武汉植物园)
　　摘　要　在研究樟科与木兰科 21种珍稀植物在迁栖地武汉植物园生长状况的基础上 , 分析了珍稀植物叶片
中的微量元素质量分数与其生长的土壤中微量元素质量分数。结果表明 ,酸性土壤中 6种微量元素的质量分数顺
序为 Fe>Mn>Cu>Zn>B>Mo,其质量分数均值大小和全国均值相差不大。 21种珍稀植物叶片微量元素分析显
示 , 其质量分数大小顺序为 Fe>Mn(或 Mn>Fe)>B>Zn(或 Zn>B)>Cu>Mo。与植物正常生长地的微量元素
质量分数范围相比较 , 21种珍稀植物中 , Mn质量分数偏高 , 部分植物 Fe质量分数较大 , Cu、Zn、B质量分数较为正
常 , Mo质量分数偏低。生物吸收系数顺序则为 Zn>Fe>Mn>B>Cu。
关键词　珍稀植物;微量元素;迁地保护;樟科;木兰科
分类号　Q945.12TraceElementsinLeavesof21RareSpeciesofMagnoliaceaeandLauraceaeintheEx-situConservationSiteofWuhanBotanicalGardenandTraceElementsinSoil/ZhongZhixiang, XuYouming(HuazhongAgriculturalUniversi-ty, Wuhan430070, P.R.China);WanKaiyuan, ChenFang(WuhanBotanicalGarden, ChineseAcademyofSci-ences)//JournalofNortheastForestryUniversity.-2007, 35(3).-46 ～ 48Anexperimentwasconductedtoanalysethetraceelementsbothinleavesof21 rarespeciesofMagnoliaceaeandLauraceaeandinthesoilintheex-situconservationsiteofWuhanBotanicalGardenintermsoftheirgrowthstatus.Re-sultsshowthatthesequenceoftraceelementcontentintheacidsoilisFe, Mn, Cu, Zn, B, Mofromhightolowinorder.TheaveragevaluesoftraceelementcontentsoftheseplantsinthegardenareclosetothoseofmostplantsgrowninChina.ThesequenceoftraceelementcontentisFe, Mn(orMn, Fe), B, Zn(orZn, B), Cu, Mofromhightolowinorder.Comparedwiththenormalcontentrange, thecontentsofCu, ZnandBarenormal, butFeandMncontentsofsomeplantsarehigher, andMocontentofaltherareplantsinthegardenislower.ThesequenceofabsorptioncoeficientforthetraceelementsisZn, Fe, Mn, B, Cuinorder.Keywords　Rareplants;Traceelements;Ex-situconservation;Magnoliaceae;Lauraceae
　　植物正常生长过程中 , 不仅需要 N、P、K、Ca、Mg、S等大
中量营养元素 , 还需要必要的微量元素 [ 1] 。微量元素在植物
生命周期中扮演着非常重要的角色 ,它们与植物的光合作用 、
碳水化合物的运转和积累密切相关 , 对植物的干物质积累起
着重要的作用 [ 2] 。由于人类的过度活动 , 地球上许多植物的
生存环境发生了很大的变化 , 这给植物的生存带来了严重的
威胁 , 许多物种在地球上已经消失或正在消失。随着人们对
环保的逐渐重视 , 生物多样性研究和珍稀濒危植物的保护也
得到广泛关注 , 实施了珍稀濒危植物迁地保护策略。珍稀濒
危植物在新的迁栖地能否正常生长发育 、繁殖 , 能否完成从
“种子到种子”的最低保护标准 [ 3] , 不仅与其生长环境有很大
的关系 , 而且与其对土壤中有效营养元素能否正常吸收也有
很大的关系。在生态条件相似的异地保育中 , 除了要注重气
候 、生物条件等因子外 ,矿质营养也是不可缺少的因素。文中
以武汉植物园迁地保护的 21种珍稀植物为材料 ,研究了叶片
微量元素质量分数与相应土壤微量元素质量分数的状况 , 旨
在为珍稀濒危植物的有效保护与开发利用提供科学依据。
1　迁栖地概况与实验方法
武汉植物园地处北纬 30°37′、东经 114°08′, 属于亚热带
季风气候区 , 年均温 16.3 ℃, 最低气温 -17.3℃, 最高气温
42.2℃, 年均降雨量 1 214 ～ 1 448 mm, 多集中于 4月— 7月。
无霜期 211 ～ 272d,日照总时数 1 810～ 2 100h,总辐射 4.37×
106 ～ 4.76×106kJ/m2。土壤为湖滨沉积物上发育的中性黏
1)加拿大钾磷肥研究中心(PPI)中国项目部资助项目(PPI/PPIC
-HB-27)。
第一作者简介:钟志祥 ,男 , 1979年 3月生 ,华中农业大学 2003级
植物学专业硕士研究生。
通讯作者:陈防。
收稿日期:2006年 7月 10日。
责任编辑:李金荣。
土 [ 4] 。珍稀植物生长在园内展区 1、水岛 、展区 2和珍稀植物
区 4个地点。 4个地点土壤类型基本一致 , 植物生长状况稍
有不同。 21种珍稀植物名称与生长状况见表 1。
2004年 6月— 10月 ,于每月 20日对植物进行取样。 在
树冠中下部枝条上 , 分东南西北四个方位选取当年春梢以下
成熟叶片 10 ～ 100片(数目视树叶大小而定)。 叶片用蒸馏
水洗净 , 80℃烘干至恒质量 , 然后粉碎。称取粉碎后的样品
1.25g,放入马福炉中在 480℃下灼烧 3h, 直至完全灰化。冷
却后 ,灰分用盐酸溶解 , 用 ICP-AES法 [ 5]测定元素质量分
数。
在展区 1、水岛 、展区 2和珍稀植物区 4个小区内 , 于当
年 10月各取 4份土壤样品 ,混匀 , 室内阴干 ,过 1mm筛。 按
照《土壤养分状况系统研究法 》[ 6]中的方法分析 Fe、Cu、Mn、
Zn、B质量分数;Mo采用草酸 -草酸铵提取极谱法测定 [ 7] 。
以 pH计测定 4个土样的 pH值。
2　结果与分析
2.1　迁栖地珍稀植物生长与土壤状况的关系
表 1中 21种珍稀植物生长表现各不相同 , 有的生长很
好 ,有的生长状况较差。在相同的生长环境下 ,珍稀植物生长
不一致 ,反映出迁栖地新的环境与珍稀植物原生环境可能存
在差异外 , 还与土壤环境存在很大的关系。 由 4个栽培区土
壤微量元素有效态质量分数(表 2)可以看出 , 除展区 2 Fe质
量分数远高于其他 3处外 , 4个地点微量元素质量分数相差
不大。 Fe质量分数平均值和 Mn质量分数平均值都低于全国
平均水平 [ 8-9] , Zn较全国平均水平稍高 , Cu、Mo、B质量分数
接近全国平均水平。 6种元素质量分数顺序为 Fe>Mn>Cu
>Zn>B>Mo。植物园土壤显酸性 , 珍稀植物区 、水岛 、展区
1和展区 2的 pH值分别为 5.04、 5.07、5.06和 4.30, 平均值
为 4.88,其中展区 2 pH较低。 Fe和 Mn质量分数较其他元素
高 ,可能与土壤 pH值较低有关。
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2007.03.016
表 1　21种珍稀植物的生长状况及生长地点
植物种类 树高 /m
胸径 /
cm
树冠 /
m
生长
状况
是否
座果 生长地点
黄山木兰(Magnoliacylindrica) 7.0 7.0 4.6×4.8 一般 是 展区 1
天目木兰(M.amoena) 10.0 13.0 7.2×7.7 较好 是 展区 1
巴东木莲(M.patungensis) 6.0 14.0 4.1×4.3 较好 否 展区 1
宝华玉兰(M.zenii) 9.0 12.0 6.5×5.1 较好 是 展区 1
云南拟单性木兰(Parakmeriayunnanensis) 2.0 3.0＊ 0.8×1.0 较差 否 展区 1
马褂木(Liriodendronchinense) 11.0 17.0 6.7×6.9 较好 否 展区 1
大果木莲(Manglietiagrandis) 3.0 2.5 1.3×1.1 较差 否 展区 1
峨眉含笑(Micheliawilsonii) 4.3 3.5 1.6×1.5 较差 否 展区 1
浙江楠(Phoebechekiangensis) 6.0 10.0 5.0×4.0 较好 是 展区 1
天竺桂(Cinnamomumjaponicum) 2.2 2.6 1.0×1.5 一般 是 展区 1
舟山新木姜子(Neolitseasericea) 7.0 7.0 3.7×3.4 一般 否 展区 1
紫楠(Phoebesheareri) 6.5 8.0 3.9×3.9 一般 是 展区 1
楠木(P.zhennan) 8.5 8.5 4.0×4.1 一般 是 展区 1
闽楠(P.bournei) 3.5 3.0＊ 0.5×0.8 一般 是 展区 1
观光木(Tsoongiodendronodorum) 4.5 7.0 3.5×3.4 较差 否 展区 1
红花木莲(Magnoliainsignis) 1.5 6.0＊ 0.8×2.1 较差 否 展区 2
天目木姜子(Litseaauriculata) 2.5 3.5＊ 1.7×1.9 一般 否 展区 2
凹叶厚朴(Magnoliaofficinalissubsp. 7.0 10.1 3.0×4.4 较好 否 水岛
　　　　biloba)
深山含笑(Micheliamaudiae) 5.0 6.0 3.3×2.6 较好 是 水岛
含笑(M.figo) 3.8 4.0＊ 2.5×2.2 一般 是 珍稀植物区
阔叶樟(Cinnamomumplatyphyllum) 5.5 11.0 5.2×5.3 较好 否 珍稀植物区
　　注:＊为地径值。
2.2　植物微量元素的变化
2.2.1　植物微量元素质量分数
由 21种植物微量元素质量分数均值(表 3)可知 , Fe质量
分数较大 ,最大值为 596.74×10-6 , 远高于正常质量分数上限
300.00×10-6 ,平均值达到了 268.38×10-6。同一树种不同月
份间叶片元素质量分数标准差较大, 质量分数差异显著。不同
植物之间元素质量分数相差较大 , 如舟山新木姜子 Fe质量分
数是云南拟单性木兰的 4倍 ,这可能由植物自身因素所决定。
表 2　土壤微量元素质量分数 ×10-6　
地点 速效Fe 速效 Mn 速效 Zn 速效 Cu 速效 Mo 速效 B
珍稀植物区 13.8 15.7 1.09 1.46 0.08 0.74
水岛 12.2 13.8 0.55 1.07 0.11 0.89
展区 1 17.5 13.5 1.02 1.30 0.06 0.69
展区 2 56.7 9.9 1.38 2.30 0.15 0.62
平均值 22.6 13.2 1.01 1.53 0.10 0.74
全国均值 30.0 25.8 0.76 1.61 0.14
　　每种植物 Mn元素质量分数相对于植物正常生长的质量
分数均偏大 , 而且远高于正常质量分数范围。成熟叶片 Mn
质量分数为 10.00 ×10-6 ～ 20.00 ×10-6 , 这一值相当稳
定 [ 10] 。而表 3所示 Mn最小值为 26.61 ×10 -6 , 最大值达
482.64×10 -6 , 平均值 175.69 ×10-6 , 远超出正常范围。 Zn
的正常质量分数范围是 25.00×10-6 ～ 150.00×10-6 ,从表 3
中可以看出 ,大部分植物 Zn质量分数均在此范围内 , 少数植
物略低于此值 , 标准差相对较小 ,表明 Zn质量分数较为稳定。
大多数植物 Cu质量分数处在正常范围内(除云南拟单性木
兰和深山含笑外), 但 Cu质量分数物种间差异较大 , 部分植
物月份间差异极为明显(标准差较大), 如红花木莲 、舟山新
木姜子等。 Mo质量分数较正常质量分数严重偏小 , 一些植物
Mo质量分数低于正常质量分数底限 ,许多样品不能被检测出
来 ,表明 Mo较为缺乏。B质量分数都处在正常质量分数范围
内 ,各种植物月份间的变化较小 ,而且物种间的差异也不大。
表 3　各植物 6种微量元素 5个月份间平均质量分数的变化 ×10-6
植物种类 Fe Mn Zn Cu Mo＊ B
黄山木兰 403.90±324.53 26.61±10.66 30.75±9.97 9.95±7.44 0.088±0.044 43.98±6.52
天目木兰 350.30±285.79 146.11±75.77 35.67±24.69 5.89±2.87 0.047±0.015 42.38±9.77
巴东木莲 161.18±106.50 88.67±38.20 25.17±8.29 7.73±6.47 0.227±0.076 36.47±4.35
宝华玉兰 253.16±157.45 96.64±36.20 28.13±13.12 11.49±12.84 0.107±0.088 49.48±29.08
观光木 283.43±176.51 300.53±214.72 23.57±7.26 10.46±6.11 0.149±0.055 22.94±4.30
红花木莲 190.85±74.16 482.64±92.34 38.09±20.26 18.18±18.50 0.032±0.042 50.30±9.13
凹叶厚朴 229.14±169.57 83.00±35.25 22.34±7.43 9.10±3.18 0.100±0.071 50.26±13.17
云南拟单性木兰 148.43±58.85 116.23±32.91 16.73±5.29 4.57±2.31 0.300±0.111 54.24±21.52
含笑 277.46±194.37 96.27±127.40 32.61±13.33 9.92±4.99 0.318±0.247 43.86±13.79
马褂木 321.10±146.93 70.34±18.31 40.11±10.10 10.10±8.15 0.083±0.042 49.23±9.40
深山含笑 169.84±92.43 152.68±143.66 17.35±2.46 4.20±3.26 0.052±0.056 39.78±3.86
大果木莲 265.36±170.56 76.04±40.96 27.62±7.17 8.31±6.71 0.248±0.261 34.14±7.68
峨眉含笑 166.63±48.17 323.05±249.09 25.58±19.50 9.89±6.14 0.135±0.099 45.96±13.14
阔叶樟 303.47±183.48 110.69±29.67 37.00±9.42 5.57±1.17 0.060±0.050 28.97±5.50
浙江楠 285.29±173.36 345.44±99.01 31.83±5.89 10.83±3.41 0.018±0.000 26.80±5.80
天竺桂 195.52±87.77 129.20±32.70 22.35±4.18 6.09±1.17 0.058±0.046 16.46±2.96
舟山新木姜子 596.74±419.36 72.42±20.59 44.46±15.07 19.65±20.38 0.143±0.072 62.91±6.81
紫楠 265.18±130.73 189.85±39.59 36.85±4.65 12.59±3.91 0.084±0.105 26.65±4.83
楠木 232.91±87.85 288.64±63.53 57.98±61.40 41.62±5.49 未检出＊＊ 23.47±6.98
天目木姜子 359.94±182.04 305.86±89.44 47.50±3.14 8.52±5.42 0.357±0.0001 33.85±6.14
闽楠 176.13±73.79 188.48±42.32 39.73±9.08 8.56±3.82 0.113±0.057 34.15±6.10
平均值 268.38 175.69 32.45 12.64 0.130 38.87
正常质量分数范围 100 ～ 300 10～ 20 25～ 150 5 ～ 25 0.1～ 300 2～ 100
　　＊部分溶液中 Mo质量分数小于 1×10-6而未被测出;＊＊所有样品Mo质量分数均小于 1×10-6。
　　不同植物对元素需求的不同 ,除了遗传的影响外 , 也是对
环境的一种适应。 21种植物 6种元素质量分数平均值顺序
不完全相同 , 巴东木莲 、宝华玉兰 、凹叶厚朴等大多数木兰科
植物和樟科植物舟山新木姜子属于 Fe>Mn>B>Zn>Cu>
Mo类型 ,阔叶樟 、天竺桂 、紫楠等多数樟科植物则为 Fe>Mn
>Zn>B>Cu>Mo, 观光木 、红花木莲和峨嵋含笑则为 Mn>
Fe>B>Zn>Cu>Mo, 浙江楠和闽楠为 Mn>Fe>Zn>B>
Cu>Mo, 黄山木兰为 Fe>Zn>B>Mn>Cu>Mo。所有植
物 6种元素质量分数平均值顺序为 Fe>Mn>B>Zn>Cu>Mo。和广布树种相比 , 21种植物中部分具有和广布种相似的
营养吸收顺序 , 如观光木 、红花木莲 、峨嵋含笑以及浙江楠 、闽
楠的 Mn、Fe、Zn、Cu质量分数顺序与杉木 [ 11]相同 ,巴东木莲 、
宝华玉兰 、阔叶樟 、天竺桂等 Mn、Fe、Zn、Cu质量分数顺序与
柑桔叶片质量分数顺序类似 [ 12] 。
2.2.2　元素背景值分析
元素背景值是指未受污染介质中元素的质量分数 , 如环
境背景值是指环境中诸因素 , 如大气 、水体 、土壤以及植物 、动
物和人体组织等在正常情况下 , 化学元素的质量分数及其赋
存形态 [ 13] 。此处是指在受到人为干扰的情况下 , 21种珍稀
植物营养元素的质量分数特点。 133个样品的元素背景值显
47第 3期　　　　　　　　钟志祥等:迁栖地樟科与木兰科 21种珍稀植物叶片微量元素与土壤微量元素　　　
示(表 4):Fe、Cu、B正常质量分数范围都在其背景值范围内 ,
Fe和 Cu背景值范围较广 , 质量分数上限和下限远超出正常
范围 , 但平均值在正常范围 ,这反映了不同植物对 Fe和 Cu的
吸收存在较大的差异;Mn质量分数下限处在正常范围内 , 上
限远高于正常范围上限 , 平均值也远高于正常范围上限 , 表明Mn质量分数高 , 变化幅度大;所有植物样品 Zn质量分数均处
于正常范围内;许多样品 Mo质量分数低于正常质量分数下
限 , 最大值仅为 0.64×10-6 , 由于许多样品 Mo质量分数小到
不能被检测出来 , 故其质量分数平均值也低。
表 4　珍稀植物各微量元素的背景值及平均值 ×10-6　
微量元素 背景值范围 平均值
Fe 76.84 ～ 1 032.87 262.00±184.46
Mn 17.35 ～ 678.22 176.00±144.73
Cu 1.40 ～ 231.66 10.00±9.47
Zn 10.26 ～ 82.84 30.91±13.16
B 1.174 ～ 107.73 38.00±15.60
Mo 0 ～ 0.64 0.07±0.11
2.2.3　植物体内元素质量分数的相关性分析
植物体内元素质量分数的变化往往存在着一定的相关
性。植物体内各元素相关性分析(表 5)表明:Fe和 Zn、Fe和
Cu存在极显著正相关 , Zn和 Cu存在显著正相关;Fe和B、Mn
和 Zn、Mn和 Cu、Zn和 B都表现为正相关 , 但不显著;Fe和
Mn、B和 Mn、B和 Cu都呈负相关 , 但均不显著(因部分样品
Mo质量分数未检出 ,故未进行相关性分析)。
表 5　植物体内各元素的相关性
元素 Fe Mn Zn Cu B
Fe 1　
Mn -0.103 1　
Zn 0.604＊＊ 0.109 1　
Cu 0.460＊＊ 0.012 0.202＊ 1　
B 0.103 -0.109 0.071 -0.032 1
　　注:＊＊极显著;＊显著。
2.3　生物吸收系数
元素的生物吸收系数表示植物对元素的吸收和富集能力 ,
反映了植物元素与土壤元素的相互关系 [14] ,也就是反映元素从
土壤迁移到植物的难易程度 [ 15-16]。本研究采用植物的生物吸收
系数来探讨土壤营养与叶片营养间的关系。根据公式:生物吸收
系数 =叶片 A质量分数 /土壤 A质量分数(A代表某种元素质量
分数平均值)计算生物吸收系数,结果见表 6。
表 6　 21种珍稀植物 6种微量元素的生物吸收系数
珍稀植物 Fe Mn Zn Cu B
黄山木兰 23.08 1.97 30.15 24.63 9.45
天目木兰 20.02 10.82 34.97 12.39 14.16
巴东木莲 9.21 6.57 24.68 5.94 6.31
宝华玉兰 14.47 7.16 27.57 8.84 42.15
云南拟单性木 8.48 8.61 16.40 3.51 31.18
马褂木 18.35 5.21 39.33 7.77 13.62
大果木莲 15.16 5.63 27.08 6.39 11.13
峨眉含笑 9.52 23.93 25.07 7.61 19.04
浙江楠 16.30 25.59 31.20 8.33 8.41
天竺桂 11.17 9.57 21.91 4.68 4.29
舟山新木姜子 34.10 5.36 43.59 15.12 9.87
紫楠 15.15 14.06 36.13 9.69 7.00
楠木 13.31 21.38 56.84 32.01 10.12
闽楠 10.06 13.96 38.95 6.59 8.85
观光木 16.20 22.26 23.10 8.05 6.23
红花木莲 3.37 48.75 27.60 7.90 10.52
天目木姜子 6.35 30.89 34.42 3.70 15.76
凹叶厚朴 18.78 6.01 40.61 8.50 14.80
深山含笑 13.92 11.06 31.55 3.92 4.34
含笑 20.11 6.13 29.92 6.79 18.64
阔叶樟 21.99 7.05 33.94 3.82 7.43
平均值 15.20 13.90 32.14 9.34 13.01
　　注:由于许多样品 Mo质量分数未测出 ,故此处 Mo未计入。
从表 6中可以看出, 许多植物对 Fe、Mn、Zn、B4种元素具
有较强的富集作用 ,尤其对 Zn,各种植物的平均值高达 32.14。
黄山木兰 、天目木兰 、舟山新木姜子以及楠木对 Cu的富集作
用较强 , 而其他植物对 Cu有一定的富集作用。 叶片对各种
元素富集作用大小顺序为 Zn>Fe>Mn>B>Cu。
3　结论与讨论
21种珍稀濒危植物叶片中 , Fe、Mn质量分数较高 , Zn比
较丰富 , 而缺乏 Mo。由于土壤本身显酸性 , 这在一定程度上
增加了可溶性 Fe和 Mn, 而高质量分数的 Fe和 Mn以及酸性
土壤环境 , 促使植物吸收过多的 Fe或 Mn, 故体内质量分数
大。但 Mn质量分数过高 ,则植物可能表现出缺 Fe症状。 本
研究中 , Mn质量分数很高 , 但各种植物 Fe质量分数也较高 ,
而且植物在外部形态上并没有表现出缺 Fe症状 ,其原因有待
于进一步研究与探讨。
Mn质量分数对其他元素作用的另外一个表现是影响 Mo
的质量分数 , 通常 Mn质量分数过高或出现中毒 , 伴随着 Mo
质量分数过低或者缺乏(土壤为酸性的条件下),这一点在本
研究中表现得比较突出。 Mo在植物生理生殖活动中具有很
重要的作用 , 它是硝酸还原酶的组分 ,可参与根瘤菌固氮 、光
合作用和呼吸作用等。植物缺 Mo, 其生命活动中许多过程将
无法完成 , 更谈不上 “从种子到种子”的过渡。所以植物 Mo
质量分数低可能是影响其生长的一个重要因子。
本研究中植物叶片中 6种微量元素质量分数的基本顺序
相同 ,为 Fe>Mn(或 Mn>Fe)>B>Zn(或 Zn>B)>Cu>
Mo。不同的植物对元素的需求不同 , 元素质量分数大小顺序
也不同 , 在对 Fe/Mn以及 B/Zn的吸收上表现得比较突出。
同时 ,从元素的背景值差异也可以反映出 ,植物对元素吸收差
别较大 , 则背景值范围就较广。本研究中 , Zn的富集作用最
强 ,其次为 Fe和 Mn。
建议采取措施改善植物 Mo营养状况 , 以便使植物更好
地生长 , 达到迁地保护的目的。
参　考　文　献
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