CN103884828A - 山核桃功能器官和林地土壤c、n、p化学计量相关性确定方法 - Google Patents

山核桃功能器官和林地土壤c、n、p化学计量相关性确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性确定方法，此确定山核桃季节性精准施肥措施，包括：采样；土壤指标和植株全氮全磷含量测定；采用SPSS软件进行数据处理。采用本发明的方法，可以确定，叶片和细根的N、P含量与土壤N、P含量间没有明显的相关性，这说明山核桃植株对土壤N、P的变化具有内稳态平衡机制。叶物质的积累与叶片的C∶P比呈现极显著相关，由此我们可以推断P对山核桃碳物质的积累，即植株的生长发育乃至结实起着极其重要的作用。

Description

山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性确定方法
技术领域
本发明属于林业领域，具体而言，涉及一种山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性确定方法，此确定山核桃季节性精准施肥措施。 
背景技术
植物的生长对养分的需求主要来源于土壤，植物的生长是植物对环境适应的最终体现，即植物体内通过维持一定比例的C、N、P，反馈环境的综合作用。生态化学计量学原理表明，C、N、P间存在复杂的耦合作用，在生态系统中，C、N、P之间的耦合作用包括土壤养分的供给、根系的吸收与生长和林冠光合生产等过程，以及这些过程的反馈作用，由此使得土壤-植物体-凋落物养分元素含量具有明显的时空变化特征，同时，也增加了C、N、P元素在土壤-植物体-凋落物之间相关关系的复杂性。具体而言，C／N、C／P指标反映植物养分利用效率，控制植物C生产与养分吸收、植物向土壤归还有机物质与养分过程，对生态系统中C、N、P利用、贮存和转移起着决定作用。N／P指标则是指示了生态系统所受元素限制，对不同植物和不同地域植被来说，N／P所揭示的元素限制作用的阈值并不是相同的[4-5]。对于植物个体不同发育阶段来说，植物对养分元素的需求也是各异的，因此，了解植物在不同发育阶段的元素计量关系，对于采取有效管理措施、培育经济林有重要的指导意义。 
C、N、P生态化学计量关系反映了元素之间的平衡关系。在植物群落中，非生物环境的C、N、P关系一旦失衡，就会导致元素循环途径发生变异，由此影响群落物种之间的竞争关系，群落结构发生变化[1]，对植物个体而言，元素的失衡会改变植物的生长代谢过程，这种变化会严重影响经济林的有效产出，甚至引起植物严重病虫害。 
发明内容
本发明的目的是提供一种山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性确定方法，此确定山核桃季节性精准施肥措施。为了实现本发明的目的，拟采用如下技术方案： 
本发明一方面涉及山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性确定方法，此确定山核桃季节性精准施肥措施，其特征在于包括如下步骤： 
1.1采样 
采样地位于浙江省临安清凉峰顺溪坞，采样地土壤是由山地花岗岩发育而成，为砂质黄 壤。采样地坡度20～30°； 
1.2采样方法 
选择同一海拔高度上长势一致的山核桃5株，摘取每株树体中部向阳生长的复叶10枚，采样时间为每月15日，从5月开始至9月，10月采样是在月末，，每次共采摘50枚复叶，于80℃下烘干至恒重，粉碎过筛备用；选取树干周围1.5m处，刮去地表异物，采挖0-20cm深的土壤，去除杂物，于室内自然风干后，碾磨过100目筛备用； 
1.3土壤指标和植株全氮全磷含量测定 
每次采集的样本测定分析，土壤有机质(C)和全氮(N)测定分别采用重铬酸钾容量法-外加热法和半微量开氏法，酸溶法测定土壤全磷(P)；根、叶有机碳(C)采用重铬酸钾容量法-外加热法，全氮、全磷含量测定采用硫酸-过氧化氢消化法； 
1.4数据处理 
C、N、P含量以及C∶N、C∶P、N∶P化学计量比中的C、N、P采用质量分数g／kg表示；植物N、P养分重吸收率的计算方法如下：N(P)重吸收率(％)=(植物生长挂果期活体叶片N(P)含量-凋落物N(P)含量)／植物生长挂果期活体叶片N(P)含量×100；数据采用SPSS软件进行统计分析。 
在本发明的一个优选实施方式中，山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性中山核桃植株对土壤N、P的变化具有内稳态平衡机制。 
在本发明的另一个优选实施方式中，山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性中，P对山核桃碳物质的积累，即植株的生长发育乃至结实起着极其重要的作用。 
本发明以重要干果山核桃林为研究对象，利用元素的生态化学计量学原理，研究了植物与土壤之间的C、N、P计量关系随山核桃不同季节变化的特征及其相关性，以期为有针对性的培育山核桃林，提高有效经济产量提供基础。。 
具体实施方式：
1材料与方法 
1.1采样地概况 
采样地位于浙江省临安清凉峰顺溪坞，属中纬度北亚热带季风气候，近年年降雨量平均1593mm，其中降雨多集中于4～10月，年平均气温为15.8℃。采样地土壤是由山地花岗岩发育而成，为砂质黄壤。采样地坡度20～30°。 
1.2采样方法 
选择样线上(同一海拔高度)长势一致的丰产山核桃5株，摘取每株树体中部向阳生长的复 叶10枚，采样时间为2012年每月15日(从5月开始至10月，其中10月采样是在月末，叶已经凋落)每次共采摘50枚复叶，于80℃下烘干至恒重，粉碎过筛备用。选取树干周围1.5m处，刮去地表异物，采挖0-20cm深的土壤，去除石子、枯根等杂物，于室内自然风干后，碾磨过100目筛备用。山核桃细根(直径<2mm)在采土样时同时进行。 
1.3土壤指标和植株全氮全磷含量测定 
每次采集的样本带回实验室及时测定分析，土壤有机质(C)和全氮(N)测定分别采用重铬酸钾容量法-外加热法(GB9834-88)和半微量开氏法(GB7173-87)，酸溶法测定土壤全磷(P)。根、叶有机碳(C)采用重铬酸钾容量法-外加热法，全氮、全磷含量测定采用硫酸-过氧化氢消化法。 
1.4数据处理 
C、N、P含量以及C∶N、C∶P、N∶P化学计量比中的C、N、P采用质量分数g／kg表示。植物N、P养分重吸收率的计算方法如下：N(P)重吸收率(％)=(植物生长挂果期活体叶片N(P)含量-凋落物N(P)含量)／植物生长挂果期活体叶片N(P)含量×100，其中山核桃生长挂果期采样时间是8月15日，凋落物采样时间是10月底。数据采用SPSS13.0软件进行统计分析，单因素方差分析判断处理间各指标的差异，显著性水平为p<0.05或p<0.01。 
2结果与分析 
2.1山核桃林地土壤C、N、P含量变化及其化学计量比 
从5月到10月，土壤有机质(C)含量变化幅度为14.47～29.67g／kg，最高月份(9月)有机质含量是最低月份(7月)的2.05倍，变化范围较大。土壤N和P含量(N为0.21～0.84g／kg，P为0.11～0.98g／kg)，最高也是在9月份，分别是最低月份(5月和8月)的4倍和8.91倍，变化范围显著增加，尤其是土壤P含量变化最为明显。从表1还可以看出，土壤有机质C含量变化表现“单峰”趋势，而N和P则呈现“双峰”趋势。 
土壤的C∶N比变化幅度为31.52～74.80，最高在5月，是最低月份(6月)的2.37倍。C∶P和N∶P比变化在不同月份间(C∶P为30.38～137.88，N∶P为0.86～2.68)有显著差异，最高月份(C∶P为8月，N∶P为6月)化学计量比分别是最低月份(均在9月)的4.54倍和3.12倍。从表1中数据变化趋势还可以看出，三者变化趋势均呈现“三峰”模式。 
表1土壤C、N、P含量及其计量比随季节的变化 
Figure BSA0000101230870000041
2.2山核桃叶片C、N、P含量变化及其化学计量比 
不同月份绿叶叶片C含量平均值在474.84～499.20g／kg，其中在果实生长发育初期(7月)含量最高，为499.20g／kg，以后随着果实的膨大与成熟，叶片C含量呈下降趋势，但变化不明显。绿叶的N和P含量最高值均在叶片生长发育初期(5月)，平均值分别为24.65和2.70g／kg，各是最低月份(8月和7月)的1.50倍和2.18倍。对叶凋落物而言，其C含量与绿叶相比，为最高504.87g／kg，显著有别于绿叶，而凋落物中N含量则降低到最低值，为13.10g／kg，P含量平均值为1.48g／kg，与落叶前(9月)的含量变化差异不明显。综上，叶片C含量变化前期(5～7月)呈现上升趋势，而后下降。N和P含量变化则由最高值显著下降到最低值，而后又显著上升，接着又下降(表2)。 
绿叶叶片C、N、P间比值变异在不同月份均表现有不同的差异。C∶N在果实发育中期，即8月份最高(30.10)。在5月，由于叶低C含量和高N、P含量导致C∶N、C∶P明显低于其它月份的计量比，而N∶P也表现最低(9.13)。在7月，由于高C含量和低P含量导致C∶P最高(403.68)，N∶P也是在7月表现最高(15.31)。叶凋落物由于高C含量和低N含量导致C∶N最高(38.55)，而N∶P在凋落物中表现最低(8.83)。 
表2叶C、N、P含量及其计量比随季节的变化 
Figure BSA0000101230870000051
2.3山核桃细根C、N、P含量变化及其化学计量比 
细根C含量在山核桃生长季变化幅度较小(495.70～501.67g／kg)，随着叶逐渐凋落，细根C含量有增高的趋势(9～10月)，在10月叶完全脱落后，达到最高(506.17g／kg)。细根N含量在山核桃生长初期(5月)和末期(9月)显著高于其它生长月份的N含量，但是在这两个月中，P含量在统计学上表现最低。在7月N含量最低，为8.59g／kg，相反P含量却最高，为1.50g／kg(表3)。 
随着山核桃叶的逐渐展开到成熟，细根C∶N比表现明显的升高，在7月达到最高，为58.16，而后随着果实的渐熟，细根C∶N呈现显著下降趋势。由于细根P含量在7月最高，引起C∶P和N∶P比在该月最低，分别为333.11和5.73。 
表3细根C、N、P含量及其计量比随季节的变化 
Figure BSA0000101230870000052
2.4山核桃林地土壤和功能构件细根、绿叶C、N、P及其计量比的关联性 
山核桃林地土壤P含量与土壤有机质和N含量之间分别具有极显著和显著的线性正相关(表4)，且其斜率分别小于1和大于1，说明土壤P增加的速率分别小于土壤有机质增加的速 率或大于土壤N增加的速率。叶C物质的积累与叶P极显著负相关，却与叶C∶P比极显著正相关，说明C物质积累的过程同时需要吸收并积累一定比例的P。叶N含量与叶C∶N比极显著负相关，叶P含量与土壤C∶N比显著线性相关，而与叶C∶P极显著负相关。叶C∶P比与叶N∶P比显著线性正相关，且C∶P增加的速率明显高于N∶P增加的速率。细根C、N、P含量分别与土壤N∶P比、细根的C∶N比和细根的C∶P比极显著负相关。从表4中还可以发现，叶C∶P比、细根C∶P比分别与各自的N∶P比显著正相关。 
表4山核桃林地土壤和功能构件细根、绿叶C、N、P计量的关联性分析 
Figure BSA0000101230870000061
S，soil；L，leaf；R，root；*和**分别表示在(p<0.05)和(p<0.01)显著 
2.5山核桃N、P养分重吸收特征 
通常情况下，枯落物的N和P含量分别小于7和0.5g／kg时，认为N和P被完全重吸收，分别大于10和0.8g／kg为被不完全吸收。本研究中，山核桃叶凋落物N、P平均含量分别为13.10和1.48g／kg，表明N和P在山核桃叶枯落前并没有被完全重吸收。山核桃叶N的重吸收率为20.06％，P重吸收率为10.27％。N重吸收率显著高于P重吸收率(p<0.05)。 
3讨论与结论 
3.1土壤C、N、P化学计量关系变异特点及其关联性 
土壤养分是植物赖以生存的物质基础，尤其是土壤中的氮和磷，是限制植物生长的重要养分，直接影响着植物群落生产力或产量[8-10]。本研究中，土壤磷含量与土壤有机质显示极显著正相关，与土壤氮表现显著正相关。这与已有研究土壤磷含量的变化趋势随有机质的增加而增加相一致[11]，这表明，向林地土壤施入有机肥，不但可以增加土壤有机质，土壤磷含量也得到了很大的提高。同时，在一定的全氮含量范围内，磷增加的速率高于氮含量增加的速 率(表4)。原因可能在于氮能促进植物生长，尤其促进根系生长，而植物在生长过程中根系会分泌一些低分子有机酸等物质，对土壤中的P具有一定的活化作用，而且氮肥本身的生理酸性也促进了磷酸盐的溶解和释放，增加了土壤中的P含量。因此，增加山核桃林地土壤有机质的含量，对于山地P提升有促进作用。 
土壤中的有机质、N和P在不同月份一般都表现显著变化，这可能与植物不同的生长发育阶段对元素的需量与吸收有关。 
3.2山核桃叶片、细根C、N、P化学计量关系变异特点及其关联性 
N∶P比是衡量植物营养状况和判断植物受养分限制情况的重要指标。在群落水平上，当叶片N∶P<14时，植物生长主要受N限制；N∶P>16时，植物生长主要受P限制；当14<N∶P<16时，植物生长受N和P共同限制。在本研究中，山核桃生长期间，叶片的N∶P均值为11.92，明显小于14，表明该样地山核桃生长总体上受N限制。尽管季节因素对该区域植物叶片N∶P变化影响显著，但影响研究区植物生长的限制性元素未随生长季节变化而改变。这与我们观察测定的该样地的山核桃叶片叶绿素含量明显小于其他样地有一致之处。研究发现，叶片、细根N、P含量并没有在土壤N、P含量最高月份而呈现最高，叶片和细根的N、P含量与土壤N、P含量间没有明显的相关性，这说明山核桃植株对土壤N、P的变化具有内稳态平衡机制。叶物质的积累与叶片的C∶P比呈现极显著相关，由此我们可以推断P对山核桃碳物质的积累，即植株的生长发育乃至结实起着极其重要的作用。 
植物体的C与N和C与P含量具有明显的相关性，因此，植物体的C∶N和C∶P通常能反映植物对N和P的利用效率，一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况。植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率，反之，营养元素供应充足，元素利用效率较低。我们的研究发现，在山核桃整个绿叶生长期(5～9月)，由嫩叶展开期植株对氮、磷的低效率利用，到果实成熟期转而对氮、磷的高效率利用(表4)，也即在果实发育期土壤氮、磷供应相对减少，这同时也说明了在果实发育期土壤养分的供应情况直接影响着当年的产量。叶片的N、P含量与叶片的建成，也即C∶N和C∶P成极显著负相关，从斜率可以看出，N的利用效率对叶N的影响远比P的利用效率对叶P的影响要强烈。这一点与根中的N、P分别与C∶N和C∶P的关系有一致之处，这进一步说明了叶片及细根建成过程中对C的积累主要由N控制，且N、P投入为非等速的。再者，反映叶片对P的利用效率高低的指标C∶P，与N和P的相对限制性(即N∶P)呈显著正关联。我们的研究还发现，细根建成过程中反映P利用效率的指标C∶P强烈依赖根中N∶P(斜率为20.76)。以上研究说明了，植物对某单个元素的吸收利用，与其他元素的供给有着紧密的关联，元素之间的耦合效应在施肥生产实践中应考虑不同肥料的有效配比。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。 
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。 

Claims (3)

1.山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性确定方法，此确定山核桃季节性精准施肥措施，其特征在于包括如下步骤：
1.1采样
采样地位于浙江省临安清凉峰顺溪坞，采样地土壤是由山地花岗岩发育而成，为砂质黄壤。采样地坡度20～30°；
1.2采样方法
选择同一海拔高度上长势一致的山核桃5株，摘取每株树体中部向阳生长的复叶10枚，采样时间为每月15日，从5月开始至9月，10月采样是在月末，，每次共采摘50枚复叶，于80℃下烘干至恒重，粉碎过筛备用；选取树干周围1.5m处，刮去地表异物，采挖0-20cm深的土壤，去除杂物，于室内自然风干后，碾磨过100目筛备用；
1.3土壤指标和植株全氮全磷含量测定
每次采集的样本测定分析，土壤有机质(C)和全氮(N)测定分别采用重铬酸钾容量法-外加热法和半微量开氏法，酸溶法测定土壤全磷(P)；根、叶有机碳(C)采用重铬酸钾容量法-外加热法，全氮、全磷含量测定采用硫酸-过氧化氢消化法；
1.4数据处理
C、N、P含量以及C∶N、C∶P、N∶P化学计量比中的C、N、P采用质量分数g／kg表示；植物N、P养分重吸收率的计算方法如下：N(P)重吸收率(％)=(植物生长挂果期活体叶片N(P)含量-凋落物N(P)含量)／植物生长挂果期活体叶片N(P)含量×100；数据采用SPSS软件进行统计分析。
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性中山核桃植株对土壤N、P的变化具有内稳态平衡机制。
3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于山核桃功能器官和林地土壤C、N、P化学计量相关性中，P对山核桃碳物质的积累，即植株的生长发育乃至结实起着极其重要的作用。
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