阿拉尔枣园生态计量特征分析.pdf

第 35 卷 第 3 期2023 年 9 月塔里木大学学报Journal of Tarim UniversityVol.35 No.3Sep.2023文章编号:1009-0568(2023)03-0070-07收稿日期:2022-10-09基金项目:新疆生产建设兵团重大科技计划项目“南疆沙区生态经济型屏障构建及产业链延伸技术研发与示范”(2021AB022)第一作者:陈苗(1995-),女,2020 级在读硕士研究生,研究方向为果树生理与生态。E-mail:通信作者:吕瑞恒(1982-),男,博士,教授,研究方向为果树生理与生态。E-mail:阿拉尔枣园生态计量特征分析陈苗1,2,周守航1,2,李伟珍1,张宇阳1,2,刘航1,2,吕瑞恒1,2(1 塔里木大学园艺与林学学院,新疆 阿拉尔 843300)(2 南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室,新疆 阿拉尔 843300)摘要 本研究以阿拉尔垦区栽培模式下的枣园为研究对象,通过测定不同年龄等级红枣样树的叶片、枝干、根系、果实各器官以及土壤样品,分析枣园地上、地下化学计量特征,揭示南疆枣园碳、氮、磷分配格局。结果表明,受年龄等级影响,P 含量在各器官中差异不显著,而根系 C、N 含量和枝干 N 含量在年龄等级间呈显著性差异,其中 V 年龄等级根系 C 含量和枝干 N 含量最低,II 年龄等级根系 N 含量最高。年龄等级对红枣植株各器官 NP 影响均不显著,对根系的 CN、CP 影响显著。从各年龄等级红枣植株叶片和根系 NP 可知,叶片和根系生长分别受 P、N 限制。除 II 年龄等级土壤 C 含量为强变异性外,其余年龄等级土壤 C、N、P 含量均为中等以下变异性。枣园土壤 CP 和 NP 呈较低水平,表明土壤可利用的 N 元素有限。因此,在生产经营过程中应适度增施 N、P 肥,有利于改善枣园生长环境条件。关键词 阿拉尔;枣园;年龄等级;化学计量特征;土壤中图分类号:S665.1文献标识码:ADOI:10.3969j.issn.1009-0568.2023.03.009Analysis of ecological stoichiometry characteristic of jujube gardens in Alar areaCHEN Miao1,2,ZHOU Shouhang1,2,LI Weizhen1,ZHANG Yuyang1,2,LIU Hang1,2,LYU Ruiheng1,2(1 College of Horticulture and Forestry,Tarim University,Alar,Xinjiang 843300)(2 The National-Local Joint Engineering Laboratory of High Efficiency and Superior-Quality Cultivation and Fruit Deep Processing Technology on Characteristic Fruit Trees,Alar,Xinjiang 843300)Abstract This experiment took the jujube gardens under the cultivation mode in Alar reclamation area as the research object,the leaves,branches,roots and fruits of jujube organs andsoil samples were obtained by determination of different age grades,and analyzed the above-ground and underground ecological stoichiometry characteristic of the jujube gardens to reveal the distribution pattern of carbon,nitrogen and phosphorus in jujube gardens in Southern Xinjiang.The results showed that there was no significant difference in the contents of P among all organs under the influence of age grades,while the contents of C and N in roots and N in branches were significantly different among different between,among which the contents of C and N in roots and stems of V age grade were the lowest,第 3 期陈苗 等:阿拉尔枣园生态计量特征分析71 and the content of N in roots of II age grade was the highest.Age grades had no significant effect on the NP of various organs of jujube plants,but had significant effect on the CN and CP of roots.According to NP in leaves and roots of jujube plants of all age grades,the growth of leaves and roots was limited by P and N,respectively.The contents of C,N,and P in soil of the other age grades showed moderate or lower variability except for the strong variability of C content in soil of II age grade.The low levels of C P and NP in jujube gardens soil indicate that the available N element in soil is limited.Therefore,the application of N and P fertilizer should be increased moderately in the process of production and management,which is conducive to improving the growth environment conditions of jujube gardens.Keywords Alar area;jujube gardens;age grades;ecological stoichiometry characteristic;soil 生态化学计量学是研究生态系统各组分主要组成元素平衡关系和耦合关系的重要方法,能够从不同尺度揭示元素在生态系统中的可获得性及限制状况,从而阐明主要组成元素循环和平衡机制1-3。碳(C)、氮(N)、磷(P)是植物个体以及土壤的重要组成元素,C N、C P、N P 等指标是反映植物体养分分配与利用策略、土壤 C、N、P 平衡(矿化和固持)特征的重要参数,因此在生态化学计量学研究中备受关注4-6。目前,针对天然林、人工防护林、特殊生境、自然和人为干扰等方面开展了大量生态化学计量特征的探讨,而干旱区生态果园的研究较为缺乏。枣(Ziziphus jujuba Mill.)是鼠李科枣属植物,是中国特有果树,具有耐干旱、耐盐碱的特性7,全国种植面积以新疆分布最广,达到 4.45105 hm2,年产量达 3.72106 t,为农民增收、区域经济和社会可持续发展起到促进作用8-9。众多学者以红枣经济价值为关注点,从育种、栽培管理、产品贮藏加工与采收、药用价值与商品功能等方面开展大量研究10-12,而从生态计量特征角度探讨枣园经营管理的研究较为缺乏。因此,本研究以阿拉尔人工栽培枣园为对象,通过调查分析不同年龄等级红枣植株各器官和土壤 C、N、P 分布特征及其化学计量特征,为干旱区枣园日常管理提供数据支撑。1 试验地概况 试验地位于第一师阿拉尔市周边团场(4022N4057N,8030E8158E),海拔 9991 005 m,属暖温带极端大陆干旱荒漠气候,干旱少雨,蒸发量大,冬季无积雪,昼夜温差大,日照充足,年平均气温8.911.4,无霜期 183 221 d,年均降雨量为40.182.5 mm7-8。2 材料与方法2.1 试验材料 2019 年 9 月 1 日2019 年 10 月 15 日,在全面踏查的基础上,依据树龄将阿拉尔垦区枣园(骏枣)划分为 5 个年龄等级:I 年龄等级(24 年)、II 年龄等级(57 年)、III 年龄等级(810 年)、IV 年龄等级(1113 年)、V 年龄等级(14 年)。每个年龄等级选择生长状况良好且具代表性枣园 3 个,每个枣园设置样方 1 个,样方大小 30 m30 m,共计 15个样方。各样方进行枣树生长状况调查,包括树高、胸径、冠幅、密度等(表 1)。依据调查结果,在I、II、III 年龄等级每个样方分别选取 2 株标准木,共计 18 株,IV、V 年龄等级各样方分别选取 1 株标准木,共计 6 株,合计共选择标准木 24 株。采用挖掘收获法对标准木进行整株取样,同一年龄等级所选标准木按照叶片、枝干(包括枝条与主干部分)、根系、果实器官类型进行混合取样,每份样品 5001 000 g。同时,在每个调查样方内设置土壤剖面1 个,按 020 cm、2040 cm、4060 cm、6080 cm、80100 cm 分层采集土壤样品,相同年龄等级同一层次土壤样品混合均匀,带回实验室风干、过筛、待测。2.2 测定方法 植株(叶、干、根、果)样品、土壤样品有机碳采用重铬酸钾容量法-外加热法测定,全氮采用凯氏定氮仪进行测定,全磷采用钼锑抗比色法测定13。72 塔里木大学学报第 35 卷表 1 不同年龄等级枣园基本信息概况年龄等级地径cm树高m冠幅m根幅m东西南北东西南北主根m种植密度(株 hm-2)I4.570.401.480.081.420.171.040.111.270.250.920.160.520.056 767II5.270.632.060.361.480.241.270.290.760.100.650.100.690.145 151III8.540.412.770.242.000.561.790.640.820.140.810.050.620.114 141IV10.361.253.230.252.041.032.041.030.900.060.990.050.710.203 417V11.050.122.230.091.710.321.650.140.830.090.860.160.740.182 6262.3 数据整理与分析 试验数据均在 Mircorosoft Office Excel 2010 软件中进行整理并作图,采用单因素方差分析(ANOVA)的最小显著差异(LSD)进行显著性差异检验,计算养分含量、生态化学计量比和变异系数,变异系数=(标准差均值)100%,变异系数100%为强变异性。3 结果与分析3.1 不同年龄等级红枣植株各器官 C、N、P 含量分析 由图 1 分析可知,红枣植株各器官 C、N、P 含量随着年龄等级的增长呈现出一定的动态变化且变化规律各不相同。其中,不同年龄等级各器官 C 含量、N 含量和 P 含量分别为 132.03449.23 gkg、5.8521.62 gkg 和 0.541.15 gkg。除根系 C 含量以外,其他器官 C、P 含量受年龄等级影响差异不显著,V 年龄等级根系 C 含量显著低于其他年龄等级。随着年龄等级的增长,根系 P 含量呈现先下降后上升的趋势。除叶片、果实器官以外,其他器官 N 含量在年龄等级间均差异显著,其中 V 年龄等级枝干 N 含量显著低于 I、III 年龄等级,II 年龄等级根系 N 含量显著高于 III、IV、V 年龄等级。不同小写字母表示不同年龄等级间差异显著(P0.05);下同。图 1 不同年龄等级红枣植株各器官 C、N、P 含量分析3.2 不同年龄等级红枣植株各器官 C、N、P 化学计量特征分析 由图 2 分析可知,不同年龄等级各器官 CN、C P和 N P 分别为11.73 80.94、111.92 683.47 和7.3222.91。年龄等级对红枣各器官 N P 影响均不显著,而根系器官 C N、C P 在年龄等级间均存在差异显著,具体均表现为 VIIIIVIII,并且与 III年龄等级 C N、C P 相比,V 年龄等级分别显著下降59.51%、69.57%,与 IV 年龄等级根系 C N、C P 相比,V 年龄等级分别显著下降 53.11%、68.90%。第 3 期陈苗 等:阿拉尔枣园生态计量特征分析73 图 2 不同年龄等级红枣植株各器官 C、N、P 化学计量比3.3 不同年龄等级枣园土壤 C、N、P 含量分析 由表 2 分析可知,5 个年龄等级枣园各土层土壤C、N、P 含量范围分别为 0.29 20.71 gkg、0.101.61 gkg、0.421.43 gkg。V 年龄等级各土层 C、N 含量均为最高,II 年龄等级各土层 N 含量均为最低。C 含量均值随着年龄等级的增长表现为先增加后降低再增加,III 年龄等级土壤碳含量空间分布为强变异性,其他年龄等级都为中等变异性。N 含量均值随着年龄等级的增长表现为先降低后增加再降低再增加趋势,II 年龄等级土壤 N 含量空间分布为弱变异性,其他年龄等级都为中等变异性。P 含量均值随年龄等级增长表现为先增加后降低再增加,各年龄等级土壤 P 空间分布均为中等变异性。表 2 不同年龄等级枣园各土层土壤 C、N、P 含量分析元素含量年龄等级土层cm02020404060608080100均值变异系数%C(g kg-1)N(g kg-1)P(g kg-1)I8.541.24b5.201.05bc1.940.03b1.390.20a0.400.28b3.8584.16II5.891.92bc7.822.77ab6.611.19a2.992.64ab3.812.19ab5.2548.10III3.992.82bc0.400.28d0.600.28b3.901.90ab0.290.15b2.02109.36IV2.951.46c2.991.41cd2.601.07b1.920.00ab3.032.37ab2.7949.24V20.713.90a10.562.24a6.462.89a7.032.22a6.831.19a9.7956.52I0.350.01c0.270.01d0.210.00d0.160.02c0.150.01c0.2333.15II0.220.03d0.150.00e0.100.00e0.120.00c0.100.01c0.144.18III0.220.03d0.370.03c0.500.05b0.420.03a0.500.05b0.4028.35IV0.420.03b0.430.03b0.430.09c0.250.05b0.300.05bc0.3723.99V1.610.05a0.910.05a0.830.03a0.440.05a1.040.26a0.9742.15I0.530.04bc0.620.05b0.430.03d0.680.03a0.440.04b0.5419.87II0.760.02b0.600.06bc0.490.05cd0.490.02b0.420.02b0.5522.94III0.500.11c0.480.01d0.520.03c0.700.17a0.590.04a0.5620.41IV0.430.08c0.540.02cd0.660.02b0.650.05a0.450.08b0.5520.28V1.430.24a0.920.00a0.840.04a0.630.04ab0.600.01a0.8936.4474 塔里木大学学报第 35 卷3.4 不同年龄等级枣园土壤 C、N、P 化学计量特征分析 由表 3 分析可知,不同年龄等级的枣园土壤C、N、P 含量不同,其土壤 C、N、P 生态化学计量比特征也不同,5 个年龄等级枣园各土层土壤 C N、C P、NP 分别为0.6166.11、0.5215.99、0.201.73。除 60 80 cm 土层外其他土层各年龄等级C N 在年龄等级间存在显著差异。除 6080 cm 土层外,V 年龄等级 C P 均显著高于 III 年龄等级,在6080 cm 土层中,V 年龄等级 C P 显著高于 I 年龄等级。在各土层中,I 年龄等级 N P 均显著低于V 年龄等级。除 III 年龄等级土壤 C N、C P 空间分布为强变异性,其余年龄等级各计量比均为中等变异性。表 3 不同年龄等级枣园各土层 C、N、P 空间化学计量比化学计量比年龄等级土层cm02020404060608080100均值变异系数%CNCPNPI24.623.38a19.493.73b9.220.13b8.540.95a2.621.94b13.9761.26II26.866.06a52.1618.44a66.1111.87a24.9322.01a36.9022.01a40.6253.75III18.9515.52ab11.048.57b1.280.69b9.224.00a0.610.26b8.31108.14IV6.832.88b7.203.92b6.163.02b9.590.00a9.516.02b7.7048.05V13.072.72ab11.561.93b7.693.24b16.044.44a7.460.59b11.3037.71I15.991.23a8.472.05ab4.500.43bc2.050.37b0.980.74b6.9684.94II7.802.72b12.283.26a12.642.98a6.115.44ab8.844.74ab9.3445.68III7.373.36b0.840.58c1.180.56c7.163.82ab0.520.29b3.38104.95IV6.581.62b5.582.92bc3.921.53bc3.050.00ab6.895.63ab5.4458.38V15.686.52a11.432.44a7.693.49ab11.093.23a11.322.11a11.1334.94I0.650.04b0.430.03c0.490.04c0.240.03b0.350.04cd0.4333.97II0.290.04c0.240.02d0.200.02d0.250.01b0.240.02d0.2414.75III0.440.10bc0.760.04b0.960.06a0.620.16a0.850.09b0.7328.17IV0.980.14a0.800.04b0.660.09b0.380.09b0.680.13bc0.7031.45V1.150.19a0.980.05a0.990.07a0.700.12a1.730.44a1.1136.264 讨论与结论4.1 红枣植株各器官 C、N、P 计量特征分析 C、N、P 元素作为植物生长、发育重要的参与者,其含量、比值计量特征能够更好的反映植物生长状态以及功能器官属性的发挥,尤其表现在叶片与根系部位3-4。本研究这5 个年龄等级的枣园叶片 C、N、P 含量平均值分别为317.18 gkg、18.3 gkg、1.04 gkg,低于全球陆生植物叶片 C、N、P 的平均含量(464.00 gkg、20.60 gkg、1.99 gkg),5 个年龄等级枣园叶片 C N最大值为21.94,低于全球 C N 平均水平22.5,C P最小值为247.37,高于全球 C P 平均水平23214,说明本研究区红枣树叶片 C P 较高,红枣叶片 P 含量相对缺乏,可能限制了阿拉尔地区红枣植株生长发育。年龄等级对叶片养分含量及其计量比影响均不显著,可能是受采样时间影响,该时期叶片已经成熟,代谢活动相对稳定15,需要通过分析不同生长时期叶片来进一步验证。植物叶片的 NP 是反映环境对植物生长的限制状况的重要指标,NP 16 时,植物生长分别受 N、P 限制16。叶片NP 随着年龄等级的增长总体表现增加,其最小值为 16.70 大于 16.00,说明红枣植株叶片生长受 P 限制的情况随着年龄等级增长更明显。第 3 期陈苗 等:阿拉尔枣园生态计量特征分析75 本研究中 5 个年龄等级的枣园根系 C N、C P最大值分别为37.76、367.83,均低于全球植物根系平均水平(48.25、1 158.00)17。V 年龄等级根系CN、C P 显著小于其他年龄等级。根系部位属于生理、生化代谢旺盛区,低年龄等级高于其他年龄等级阶段,可能是由于树木对营养元素的分配策略因系统发育位置差异而不同,充足的 N、P 元素为低年龄等级阶段营养的快速累积提供可能18-19。5 个年龄等级根系 NP 最大值为11.65 小于 14.00,说明各年龄等级红枣植株根系生长受 N 限制,从而可能限制了阿拉尔地区红枣植株的生长发育。4.2 枣园土壤 C、N、P 计量特征 不同年龄等级枣园土壤 C、N、P 含量均值为4.74 gkg、0.42 gkg、0.62 gkg,均远低于全国土壤(11.12 gkg、1.06 gkg、0.65 gkg)水平20,由此可知,本研究区枣园土壤具有低 C、N、P 分布的特征,除 II 年龄等级土壤 C 含量为强变异性外,其他年龄等级土壤 3 种元素含量均为中等以下变异性,原因可能与土壤质地、吸收根分布空间特征有关系21。不同年龄等级 020 cm 土壤 N 含量均值分别为 0.35 gkg、0.22 gkg、0.22 gkg、0.42 gkg、1.61 gkg,按照南疆农田肥力划分指标22,I、II、III、IV 年龄等级枣园土壤肥力为等级 I(0.5 gkg),V 年龄等级枣园土壤肥力为等级 IV(1.5 gkg)。土壤中的 C NP 是评价土壤质量的重要指标,土壤 C N 与有机碳分解速度成反比关系,C P 与土壤 P 有效性呈反比关系,N P 可用作 N 饱和的诊断指标6,14,23。本研究区 5 个年龄等级枣园 060 cm土壤 C P 和 NP 最大值分别为15.99、1.73,均远低于我国土壤 C P 和 N P 均值(60.0、5.1)20,且 V年龄等级 NP 大于其他年龄等级 N P,说明该研究区可能存在 N 素有效性低,土壤可利用性 P 素下降的现象。、年龄等级 0 60 cm 土壤 C N 均值(15.38、60.53)均高于我国土壤 C N 均值(11.9),、年龄等级(6.16、6.58、9.63)低于我国土壤C N,表明、年龄等级枣园受到人为干扰较强烈,不利于土壤 C 的积累。从枣树个体功能器官与土壤空间的养分变化特征综合分析得到,阿拉尔地区 N、P 元素会限制枣园各年龄等级器官功能的发挥,且各年龄等级枣园土壤 N 元素存在普遍缺乏现象,随着年龄等级增长枣园土壤存在 P 元素缺乏的问题越加明显。近年来,由于红枣经济效益下滑,红枣生产投入也逐渐降低,同时水肥一体化的管理措施也是造成上述问题的原因之一。因此,在枣园经营管理过程中,各年龄等级阶段增施农家肥,提高土壤肥力。同时,结合年生长节律,适度增施 N、P 肥,满足红枣对有效 N、P 元素的吸收,从而促进红枣林木的生长。参考文献1 孟庆权,葛露露,林宇,等.格氏栲天然林及人工林和杉木人工林生活叶-凋落叶-土壤生态化学计量特征J.西北林学院学报,2019,34(6):8-15.2 吴旭,牛耀彬,陈云明,等.黄土丘陵区沙棘混交林叶片、凋落物、土壤碳氮磷化学计量特征J.水土保持学报,2021,35(4):369-376.3 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