云南德宏州油茶土壤和叶片养分含量及生态化学计量特征.pdf
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1、康定旭,陈诗,欧阳利勋,等.云南德宏州油茶土壤和叶片养分含量及生态化学计量特征 J.华南农业大学学报,2023,44(4):523-530.KANGDingxu,CHENShi,OUYANGLixun,etal.NutrientcontentsandecologicalstoichiometriccharacteristicsofsoilandleafofCamellia oleiferainDehongPrefecture,YunnanProvinceJ.JournalofSouthChinaAgriculturalUniversity,2023,44(4):523-530.云南德宏州油茶土
2、壤和叶片养分含量及生态化学计量特征康定旭1,陈诗1,欧阳利勋1,饶万邦2,蔺应礼2,伍建榕1,马焕成1(1西南地区生物多样性保育国家林业和草原局重点实验室/西南林业大学林学院,云南昆明650224;2德宏州梁河县林业和草原局,云南德宏679200)摘要:【目的】云南德宏州是我国唯一处在热带北缘的油茶种植区,研究该区域油茶土壤和叶片养分含量及生态化学计量特征,为油茶科学施肥、精准管理提供理论依据。【方法】采用生态化学计量学的研究方法,测定并分析油茶土壤和叶片碳、氮、磷、钾含量与化学计量特征。【结果】油茶林地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾质量分数分别为 47.77、2.56、0.69和 5.28gk
3、g1,土壤有效磷和速效钾质量分数分别为 3.69和 26.05mgkg1,土壤有机碳、全氮、全磷的变化具有协同性,土壤速效钾、有效磷含量直接取决于土壤全钾、全磷含量。油茶叶片碳、氮、磷和钾质量分数分别为 422.09、13.51、0.97和 4.92gkg1;氮、磷协同变化,且均受到土壤磷调控,油茶生长发育受到氮、磷双重限制,其中磷为主要限制元素。叶片磷和磷钾比具有内稳态特征,内稳态指数 HP为 5.08,HP:K为 3.26,其余元素及化学计量比均不具备内稳态特征。【结论】云南德宏州油茶需持续加强磷元素投入,同时均衡投入氮、钾元素,以保障油茶的健康与持续产出。关键词:油茶;生态化学计量;养分
4、限制;内稳态特征;精准施肥中图分类号:S794.4文献标志码:A文章编号:1001-411X(2023)04-0523-08Nutrient contents and ecological stoichiometric characteristics of soil andleaf of Camellia oleifera in Dehong Prefecture,Yunnan ProvinceKANGDingxu1,CHENShi1,OUYANGLixun1,RAOWanbang2,LINYingli2,WUJianrong1,MAHuancheng1(1KeyLaboratoryofNat
5、ionalForestryandGrasslandAdministrationonBiodiversityConservationinSouthwestChina/CollegeofForestry,SouthwestForestryUniversity,Kunming650224,China;2DehongLiangheCountyForestryandGrasslandBureau,Dehong679200,China)Abstract:【Objective】DehongPrefectureinYunnanProvinceistheonlyCamellia oleiferagrowinga
6、reainthenortherntropicalmarginofChina.WeconductedthestudyonsoilandleafnutrientcontentandecologicalstoichiometriccharacteristicsofC.oleiferainthisareatoprovideatheoreticalbasisforscientificfertilizationand accurate management of C.oleifera.【Method】We determined and analyzed the contents of carbon,nit
7、rogen,phosphorusandpotassiuminsoilandleavesofC.oleiferabyecologicalstoichiometry.【Result】Thecontentsoforganiccarbon,totalnitrogen,totalphosphorusandtotalpotassiuminC.oleiferaforestsoilwere47.77,2.56,0.69 and 5.28 gkg1 respectively,while the contents of available phosphorus and available收稿日期:20220615
8、网络首发时间:2023042409:05:56首发网址:https:/ in soil were synergistic;The contents of available potassium and available phosphorus in soildirectlydependedonthecontentsoftotalpotassiumandtotalphosphorus.Thecotentsofcarbon,nitrogen,phosphorusandpotassiuminC.oleiferaleaveswere422.09,13.51,0.97and4.92gkg1respect
9、ively.Nitrogenand phosphorus changed synergistically,and were both regulated by soil phosphorus.The growth anddevelopmentofC.oleiferawaslimitedbynitrogenandphosphorus,ofwhichphosphoruswasthemainlimitingelement.ThePandPKinleavesshowedhomeostasis,Hpwas5.08andHP:Kwas3.26,whiletheotherelementsandstoichi
10、ometricratiosdidnotshowhomeostasis.【Conclusion】InordertoensurethehealthandsustainableproductionofC.oleiferaforest,theinputofphosphorusshouldbecontinuouslystrengthened,andtheinputofnitrogenandpotassiumshouldbebalanced.Key words:Camellia oleifera;Ecologicalstoichiometry;Nutrientlimitation;Homeostasisc
11、haracteristic;Precisionfertilization植物生态化学计量学研究植物器官元素含量的计量特征及它们与环境因子、生态系统功能的关系,常用于判断植物体和群落的养分限制情况和指导生态系统养分管理1。土壤生态化学计量是土壤有机质组成和养分有效性的重要指标,大量元素碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)是土壤的主要养分成分2,土壤有机质的分解与积累可以由 CN、CP、NP 反映,在一定范围内,N、P 的富瘠和有效性可以作为土壤肥力的指标3;植物叶片生态化学计量能反映植物生长特性和养分限制状况,特定的植物叶片 NP、NK、PK 阈值可以判断植物体 N、P、K 养分限制情况4-5
12、;土壤叶片生态化学计量密切相关,土壤理化性质、养分有效性的改变会影响植物叶片的化学计量特征,进而影响植物的养分吸收和生长发育6,植物则通过根系及枯落物将养分归还土壤,改变土壤化学计量特征,影响土壤理化性质7;研究土壤和叶片生态化学计量及相关关系,可以指导林地养分管理,为林地经营抚育措施的制定提供参考。油茶 Camellia oleifera 为我国特有的木本油料树种,油茶及其副产品在工业、农业和医药等方面均具有良好的经济、生态和社会效益8。油茶土壤和树体养分高度相关,油茶生长发育需消耗大量的土壤养分,土壤肥力水平高低直接影响油茶的生长、产量和茶油质量9,N、P、K 等元素的投入对油茶幼林生长、
13、春梢生长、叶绿素积累、花芽分化、油茶果和茶油产量的提高等具有明显的促进作用10-13。截至 2019 年底,云南省共发展油茶约 23 万 hm2,主要分布于文山和德宏 2 个州市14。德宏州是我国唯一处在热带北缘的油茶种植区,且坚持以近自然的方式经营管理,人为干扰程度较低,探讨该区域油茶的土壤叶片养分含量及生态化学计量特征有助于了解该区域油茶的养分特征和需肥规律,从而为油茶的科学施肥、精准管理提供科学参考。1 材料与方法 1.1 样地概况与样品采集云南省德宏州地处热带北缘,属南亚热带季风气候,立体气候明显,四季不分明,年平均气温 18.3,年平均降雨 1396.2mm。根据德宏州油茶分布情况选
14、取油茶林地,于每个林地内避开林缘等过渡区域,选择坡度、坡向、油茶树体和土壤等基本条件具有该林地代表性的区域设置样地,每个样地设置3 个 15m15m 的样方,即为 3 个生物学重复,样地基本情况见表 1。在每个样方内选取树势具有代表性的油茶 3 棵,分别在油茶基部东南西北 4 个方位距离主干 2030cm 处,去除表层枯枝落叶,向下采集 020cm 处的土壤,混合作为土壤样品。于东西南北 4 个方位的上、中、下层和内、外层分别取成熟叶 5 片混合作为叶片样品。试验共设置 6 个样地,每个样地取 9 个土壤样品、9 个叶片样品,共采集 54 个土壤、54 个叶片样品。土壤样品去除大块石砾等杂物过
15、 200 目筛,自然风干后于实验室中测定土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量。叶片样品杀青后烘干至恒质量并粉碎,过 200 目筛,测定 C、N、P、K 含量。1.2 元素测定方法土壤 SOC 采用重铬酸钾外加热硫酸亚铁滴定法测定,叶片 C 含量采用元素分析仪(ElementarvarioELcube,Germeny)测定;土壤和叶片 N、P 分别采用浓硫酸高氯酸消解和浓硫酸过氧化氢消524华南农业大学学报(https:/ 采用火焰光度法,AK 采用醋酸铵浸提火焰光度法,用火焰原子吸收分光光度计(Agilent200美国安捷伦科技有限
16、公司)测定;土壤 AP 采用碳酸氢钠钼锑抗比色法测定。1.3 数据统计与分析试验数据采用 Excel2019 和 SPSS26.0 进行统计分析,土壤和叶片 CN、CP、CK、NP、NK 和PK 采用质量比表示,土壤化学计量比中 P、K 以TP、TK 含量带入计算。使用单因素方差分析(One-wayANOVA)中 Duncans 法分别检验土壤和叶片C、N、P、K 含量及化学计量比在样地间的差异显著性(=0.05),采用 Pearson 相关分析判断油茶叶片y=cx1Hlgy=lgc+1Hlgx与土壤各养分含量及化学计量比之间的关系,对于Pearson 相关分析检验结果显著的元素与化学计量比(
17、P0.05),再对其进行土壤养分与油茶叶片对应养分间内稳态关系的拟合,从而得出叶片养分的内稳态指数(H),将稳态模型方程等式两边同时取对数,使其转化为并进行拟合,其中,y 为油茶叶片的养分元素含量,x 为土壤中对应的养分元素含量,c 为常数15,采用 Origin2019作图。2 结果与分析 2.1 油茶林地土壤和叶片 C、N、P、K 含量及其化学计量比由表 2 可知,油茶林下土壤各样地之间仅表 1 样地基本情况Table 1 Basic characteristics of sampling sites样地Plot编号Number纬度(N)Latitude经度(E)Longitude坡度/(
18、)Slope海拔/mAltitude土壤类型SoiltypepH林龄/年Forestage备注Remark平山Pingshan1245058982739201524红壤4.79近自然管理中营Zhongying224315398153235951红壤5.110近自然管理翁冷Wengleng32436898736401245红壤4.99近自然管理竹坪山Zhupingshan4244221981610351319红壤5.010近自然管理上河东Shanghedong5245029982649351415黄棕壤4.69近自然管理关璋Guanzhang6245356982514301566黄棕壤5.19近
19、自然管理表 2 油茶林下土壤 C、N、P、K 含量及其化学计量比1)Table 2 Soil C,N,P,K contents and their stoichiometric ratios in Camellia oleifera forest样地Plotw/(gkg1)w/(mgkg1)SOCTNTPTKAPAK158.623.08b4.030.47a1.320.16a4.380.10a6.850.81a21.510.52a236.414.15a1.990.14a0.880.24a7.071.52a4.671.26a34.957.60a343.392.76a2.130.20a0.420.0
20、3a4.490.23a2.360.16a22.131.18a449.135.98ab2.490.58a0.840.07a3.990.22a4.450.36a19.571.18a540.814.15a1.780.08a0.200.02a4.590.10a1.280.10a22.590.56a658.283.89b2.960.23a0.460.05a7.190.51a2.530.23a35.572.55a均值Average47.772.192.560.190.690.085.280.353.690.4226.051.75样地PlotCNCPCKNPNKPK115.061.17a46.664.94a
21、13.370.61a3.220.56a0.920.10a0.300.04a218.792.69a57.275.17a6.511.80a2.890.59a0.330.06a0.120.02a320.751.21a105.065.79a9.720.69a5.090.25b0.470.03a0.090.01a425.016.58a59.938.15a12.291.24a2.930.65a0.600.12a0.210.01a522.932.09a203.9810.52a8.860.77a8.840.47c0.390.01a0.040.00a619.800.53a128.619.77a8.130.18a
22、6.480.40b0.410.01a0.060.01a均值Average20.391.29100.2511.289.810.584.910.450.520.050.140.021)同列数据后的不同小写字母表示样地间差异显著(P0.05,Duncans法)1)Differentlowercaselettersinthesamecolumnindicatesignificantdifferencesamongplots(P0.05,Duncanstest)第4期康定旭,等:云南德宏州油茶土壤和叶片养分含量及生态化学计量特征525SOC 和 NP 差异显著,样地 1 和 6 的 SOC 含量显著或不
23、显著高于其余样地,样地 5 的 NP 显著高于其余样地。土壤 SOC 均值 47.77gkg1,TN 均值2.56gkg1,CN 均值 20.39,CP 均值 100.25,均高于中国土壤均值16及其他油茶种植区;TP 均值0.69gkg1,低于江西省17油茶种植区,接近中国土壤均值16及其余油茶种植区;TK 均值 5.28gkg1,接近江西省永修县18和河南省新县19油茶种植区,远低于中国土壤均值20及江西省其余油茶种植区;AK 均值 26.05mgkg1,低于其他油茶种植区;AP 均值 3.69mgkg1,高于江西省永修县油茶种植区,低于中国土壤均值 2 1 和其余油茶种植区;NP 均值
24、4.91,接近中国土壤均值16及其他油茶种植区(表 2、表 3)。表 3 其他油茶种植区和中国土壤平均 C、N、P、K 含量及化学计量比Table 3 Average soil C,N,P,K contents and stoichiometric ratios of other camellia oleifera planting regions and China区域Areaw/(gkg1)w/(mgkg1)CN CP NPSOCTNTPTKAPAK江西省17JiangxiProvince4.1444.16江西省永修县18YongxiuCounty,JiangxiProvince22.99
25、1.791.143.911.5985.57浙江省常山县22ChangshanCounty,ZhejiangProvince9.3216.526.2510.5292.2097.50河南省新县19XinCounty,HenanProvince1.222.40 0.421.01 1.8311.071.3116.29 57.13132.44亚热带油茶区23Subtropicalcamelliaregion17.371.520.365.4311.23 57.205.00中国土壤均值16,20-21AveragevalueofsoilinChina11.201.060.6516.624.711.90 61
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