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包头市油松红化针叶营养元素含量分析

2016/04/24|发布者: admin|阅读:
【摘要】为了探究油松针叶红化与针叶营养元素含量的关系,试验分析测定了油松不同红化等级针叶与正常针叶中全量N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素的含量。结果表明,红化程度重的针叶中全量N、Ca、Cu...

摘要:为了探究油松针叶红化与针叶营养元素含量的关系,试验分析测定了油松不同红化等级针叶与正常针叶中全量N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素的含量。结果表明,红化程度重的针叶中全量N、Ca、Cu含量与正常针叶相比差异显著(P<0.05),全量P、Mg、Fe含量差异不显著;因子分析结果表明,针叶红化现象与针叶中N元素的缺乏及Ca元素的过量存在着紧密的相关联系,与K、Fe、Zn元素的含量关系更为复杂。
关键词:油松;红化针叶;正常针叶;营养元素;包头市

油松(Pinus tabulaeformis Carr.)为松科(Pinaceae)松属(Pinus L.)常绿针叶乔木,树高可达30 m,胸径可达1 m;且树干挺拔苍劲,四季常青,独立的个体树姿非常优美,是中国华北、西北和东北部分地区重要的造林树种,同时又是许多城市、风景区的绿化、美化树种[1]。多年来,油松一直是包头市园林绿化的骨干树种,在包头市各绿地均有栽植。但是,近些年包头市许多地方的油松出现了整束针叶从先端整齐向针叶基部逐渐变红的症状,严重时可导致整株油松出现衰退死亡,当地有关部门称之为“油松红针病”。目前油松针叶的病害主要包括赤枯病[Pestatiopsis funernea(Desm)Stery]、枯枝病(Cenangium ferruginosum Fr.ex Fr.)、落针病[Lophodermium conigenium(Brunaud)Hilitz ]等,而包头市油松针叶的症状不同于这几种,并且相关报道较少,对此当地园林部门从2003年开始做了大量的分析和鉴定工作,基本上可以排除病原菌和植物寄生线虫的危害,但未能找出关键的诱发因素。当油松针叶逐渐变红时,其针叶内的营养元素含量必定会发生变化,然而有关这方面的研究还未见报道。目前,英、法、德、美等国已成功的应用植物营养诊断技术来指导农业生产[2-4]。为此,本研究对包头市油松不同红化等级针叶的营养元素含量进行了测定,以期探讨油松针叶红化与营养元素含量的关系,为包头市油松红化现象的原因分析及防治策略提供科学的参考。

1材料与方法
1.1试验地概况
包头市位于内蒙古自治区中西部,属黄河中上游。该地区属于典型的中温带大陆性气候,冬长夏短、冬寒夏热,气温年际变化大,春季少雨多风,日照长,无霜期短。全年日照时间在2 955 h左右,年平均气温6.5 ℃,极端最高气温38.4 ℃,极端最低气温-31.4 ℃。年平均降水量310 mm,7~9月间降水集中,年平均蒸发量2 343 mm,约为降水量的8倍。年平均风速3.4 m/s,主导风向为西北风,年静风频率4.8%。包头市区土壤为灌淤土,土壤酸碱度为微碱性到碱性。包头市地处草原气候带,成土母质复杂,主要土壤类型有栗钙土、草甸土等。
包头市常见的绿化树种有90多种,包括常绿树、阔叶树、花灌木等。其中常绿树种主要是桧柏[Sabina chinensis(L.) Antoine]、樟子松(Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.)、华山松(Pinus armandii Franch)、白皮松(Pinus bungeana Zucc.ex Endl.)、黑松(Pinus thunbergii Parl.)、油松、白扦云杉(Picea meyeri Rehd.ex Wils)、侧柏[Platycladus orientalis (Linn.)Franco]、青扦云杉(Picea wilsonii Mast.)、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)、杜松(Juniperus rigida Sieb. et Zucc.)等。
参考当地有关部门的意见,根据包头市油松整体红化状况,制定出油松红化等级标准,具体见表1。在包头市昆都仑区迎宾道两侧选择12株长势良好且相近的油松作为试验研究对象,树龄为28~30 a;其中红化等级分别为0级、1级、2级、3级的油松各有3株。
1.2样品采集
试验采样时间为2010年9月30日,油松的采样位置选择在树冠底部的三层轮生枝最外侧主梢上(即与油松主干直接相连、除当年新梢外无分枝的枝梢);分别在东、南、西、北四个方位采集一龄叶及二龄叶(将当年新长出的针叶叫做一龄叶,去年长出的今年未脱落的针叶叫做二龄叶)。每个枝梢上采集6~10束针叶,各个方位相同叶龄的针叶混合为一个样品,样品重约70 g[5,6]。每个样品3个重复,共72个样品。
1.3样品处理
油松针叶样品采集后立即用去离子水冲洗,然后放入干燥箱中,于105 ℃杀青30 min,之后调温至70 ℃烘干,再用植物粉碎机粉碎、过筛,用于针叶营养元素含量的测定。
1.4样品营养元素测定方法
油松针叶中营养元素含量的测定均采用常规化学分析方法[7-9]。样品在测定前,应在70 ℃再次烘干8 h,冷却后立即称样。奈氏比色法测定针叶的全N含量;钒钼黄比色法测定针叶的全P含量;火焰光度计法测定针叶的全K含量;原子吸收分光光度法测定针叶的全量Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素含量。
1.5数据处理
对试验所得数据的平均值采用SAS9.0分析软件的ANOVA模块进行差异显著性检验,并用因子分析方法(FACTOR)探讨营养元素含量与油松针叶红化现象之间的关系。

2结果与分析
2.1油松不同等级红化针叶与正常针叶营养元素含量比较
2.1.1N、P、K营养元素含量包头市油松不同红化等级、不同年龄针叶的全量N、P、K营养元素含量测定结果分别见图1、图2,从图1、图2可以看出,随着红化等级的增加,油松的一龄、二龄针叶的全N含量均呈下降趋势;在一龄、二龄针叶中都以正常针叶的全N含量最高,分别为1.66%、1.40%;红化程度重(3级)针叶的全N含量最低,分别为1.27%、1.13%。随着油松针叶红化等级的增加,一龄针叶的全P含量呈下降趋势,以正常针叶的全P含量最高,为0.11%,红化程度重(3级)的针叶最低,为0.08%;而二龄针叶的全P含量则呈上升的趋势,其正常针叶的全P含量最低,为0.09%,红化程度重(3级)的针叶全P含量最高,为0.13%。随着油松针叶红化等级的增加,一龄针叶的全K含量呈下降趋势,以正常针叶的全K含量最高,为0.91%,红化程度重(3级)的针叶全K含量最低,为0.40%;而二龄针叶的全K含量则呈先下降后上升的变化趋势,红化程度轻(1级)的针叶全K含量最低,为0.34%,红化程度重(3级)的针叶全K含量最高,为0.69%。差异显著性检验结果表明,油松正常针叶与红化程度重(3级)的针叶相比,一龄、二龄针叶的全N含量均呈显著差异水平(P<0.05);一龄、二龄针叶全P含量的差异均不显著;一龄针叶的全K含量呈显著差异水平(P<0.05),二龄针叶的全K含量差异不显著。虽然现在还没有油松针叶营养元素含量的适宜范围确认,但是与农作物全N、全P、全K含量水平[10]相比,油松针叶的营养元素含量是中等偏低的。Wanyancha等[11]调查了美洲落叶松[Larix laricina(Du Roi)K. Koch]家系在3种不同全P水平和3种不同土壤条件下的基因变异情况,结果说明全P有可能不是美洲落叶松生长的限制因子。通过以上的分析初步得出,油松针叶红化现象可能同缺N存在相关联系。

        2.1.2Ca、Mg营养元素含量包头市油松不同红化等级、不同年龄针叶的全量Ca、Mg营养元素含量测定结果分别见图3、图4,从图3、图4可以看出,随着油松针叶红化等级的增加,一龄、二龄针叶全Ca含量均呈上升趋势;在一龄、二龄针叶中都以正常针叶的全Ca含量最低,分别为0.34%、0.43%;红化程度重(3级)的针叶全Ca含量最高,分别为0.55%、0.69%。而随着针叶红化等级的增加,一龄、二龄针叶的全Mg含量基本无差别,其含量在0.12%~0.13%之间。差异显著性检验结果表明,正常针叶与红化程度重(3级)的针叶相比,一龄、二龄针叶的全Ca含量呈显著差异水平(P<0.05);而全Mg含量的差异不显著。因此,可以初步得出,油松针叶红化可能同Ca元素含量过量存在相关联系。
2.1.3Fe、Mn、Cu、Zn营养元素含量包头市油松不同红化等级、不同年龄针叶的全量Fe、Mn、Cu、Zn营养元素含量测定结果分别见图5、图6,图5、图6中的全Fe含量为实测含量数值的1/10。从图5、图6可以看出,随着油松针叶红化等级的增加,一龄、二龄针叶的全Fe含量均呈上升趋势;在一龄、二龄针叶中都以正常针叶的全Fe含量最低,分别为953、1 179 mg/kg;红化程度重(3级)的针叶全Fe含量最高,分别为1 075、1 247 mg/kg。随着油松针叶红化等级的增加,一龄、二龄针叶的全Mn含量均呈先上升后下降的趋势;且最高含量都出现在红化程度轻(1级)的针叶上,分别为82.87、67.38 mg/kg;红化程度重(3级)的针叶Mn含量依然最低,分别为45.66、48.29 mg/kg。随着油松针叶红化等级的增加,一龄、二龄针叶的全Cu、全Zn含量均呈下降趋势;在一龄、二龄针叶中都以正常针叶的全Cu含量最高,分别为9.48、16.98 mg/kg;红化程度重(3级)的针叶全Cu含量最低,分别为2.91、2.31 mg/kg;在一龄、二龄针叶中都以正常针叶的全Zn含量最高,分别为44.55、35.95 mg/kg;红化程度重(3级)的针叶全Zn含量最低,分别为35.81、25.79 mg/kg。差异显著性检验结果表明,在油松一龄针叶中,针叶的全量Mn、Cu含量呈显著差异水平(P<0.05),而针叶的全量Fe、Zn含量差异不显著;在二龄针叶中,针叶的全量Cu、Zn含量差异显著(P<0.05),而针叶的全量Fe、Mn含量差异不显著。通过以上分析,可以初步得出,油松针叶红化可能同Cu含量的缺乏存在相关联系。
2.2油松针叶营养元素含量的因子分析
分别对包头市油松正常针叶和红化针叶的9种营养元素含量,即N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn进行因子分析,结果分别见表2、表3。从表2可见,正常针叶的因子分析结果表明,前3个主因子所包含的信息量已占总体信息的99.73%。分析可知,第一主因子主要由N、P、K、Mg、Zn所决定,这5个变量所反映的信息量占总体信息的54.54%;第二主因子主要由Ca、Mn决定;第三主因子主要由Fe、Cu决定。由此可将这9个变量简化为相互独立的3个主因子,9个变量能分为3类,其中N、P、K、Mg、Zn为一类,Ca、Mn为一类,Fe、Cu为一类。从表3可见,红化针叶的因子分析结果也是前3个主因子所包含的信息量已占总体信息的99.32%。分析可知,第一主因子主要由P、Ca、Mg、Fe所决定,这4个变量所反映的信息量已占总体信息的61.61%;第二主因子主要由N、Cu、Zn决定;第三主因子主要由K、Mn决定。由此可将这9个变量简化为相互独立的3个主因子,9个变量能分为3类,其中P、Ca、Mg、Fe为一类,N、Cu、Zn为一类,K、Mn为一类。
从以上分析结果可以看出,油松正常针叶与红化针叶的因子分析结果差别较大。对于保证油松针叶健康而言,第一主因子起到了主要作用,因为其反映的信息量大于第二、第三主因子,因此可以根据第一主因子的差别分析油松针叶红化与营养元素的关系,即N、P、K、Mg、Zn元素对维持针叶正常生长起着主要的作用,而P、Ca、Mg、Fe却在红化针叶中起着主要的作用。虽然正常针叶与红化针叶各种营养元素含量存在不同程度的差异,而且有的差异显著,但是通过以上的分析可以得出,针叶红化现象与N元素的缺乏及Ca元素的过量存在紧密的相关联系,且与K、Fe、Zn元素的含量关系更为复杂。

3小结
通过对包头市油松红化针叶与正常针叶中全量N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素含量的测定分析,结果表明:
1)随油松红化针叶等级的增加,在一龄针叶中,N、P、K、Cu、Zn元素含量呈下降趋势,Ca、Fe元素含量呈上升趋势,Mn元素含量呈先上升后下降的趋势,Mg元素含量基本无差别;在二龄针叶中,N、Cu、Zn元素含量呈下降趋势,P、Ca、Fe元素含量呈上升的趋势;K元素含量呈先下降后上升的趋势,Mn元素含量呈先上升后下降的趋势,Mg元素含量基本无差别。
2)差异显著性检验结果表明,油松红化程度重(3级)的针叶与正常油松针叶相比:在一龄针叶中,全量N、K、Ca、Mn、Cu含量与正常针叶相比差异显著(P<0.05),全量P、Mg、Fe、Zn含量差异不显著;在二龄针叶中,全量N、Ca、Cu、Zn含量与正常针叶相比差异显著(P<0.05),全量P、K、Mg、Fe、Mn含量差异不显著。
3)通过正常油松针叶与油松红化针叶营养元素含量的差异显著性检验及因子分析,可以得到以下结论:油松针叶红化现象与针叶中N元素的缺乏及Ca元素的过量存在紧密的相关联系,且与K、Fe、Zn元素的含量关系更为复杂。

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