百山祖冷杉枝葉主要營養(yǎng)元素特征分析

劉亞群，駱文堅，張飛英，張東北，韓素芳，樊民亮，陳小榮，汪和木，陳必新，邵順流，夏龍娟

（1. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省森林資源生物與化學(xué)利用重點實驗室，浙江 杭州 310023；2. 浙江省林業(yè)種苗管理總站，浙江 杭州 310020；3. 浙江省慶元縣試驗林場，浙江 慶元 323800；4. 浙江百山祖自然保護區(qū)，浙江 慶元 323800；5. 浙江省慶元縣林權(quán)管理中心，浙江 慶元 323800）

百山祖冷杉（Abies beshanzuensis）是我國特有的古老孑遺植物，是第四紀冰期后在局部地段唯一生存至今的松科（Pinaceae）冷杉屬（Abies）中的珍稀物種，僅分布于浙江南部慶元縣百山祖南坡海拔1700 m左右的林中，1976年定名發(fā)表時，僅有大小植株8株，現(xiàn)幸存3株，且長勢較弱，瀕臨滅絕。1987年被國際物種保護委員會（SSC）列為全球最瀕危的12種植物之一；1999年經(jīng)國務(wù)院正式批準列為我國一級保護樹種[1～2]。

當(dāng)前，百山祖冷杉的有效繁殖問題還未得到真正解決。有學(xué)者對百山祖冷杉的瀕危和繁殖困難原因作過一些分析和推測，認為開花間隔期長、花粉生活力弱、花期雨量過多、種子發(fā)育不全等生殖障礙以及幼苗或幼樹在生長過程中的“環(huán)境篩”使之更新十分困難。本研究在百山祖冷杉弱極性赤霉素（GA）開花促進、異花授粉、扦插繁殖、進化特征和活力恢復(fù)等方面研究取得了較大的突破，繁育出800株健壯的遺傳活力恢復(fù)的實生苗，至今平均苗高已逾20 cm，為保護百山祖冷杉積累了大量有價值的實驗數(shù)據(jù)[3～4]。本文測定和分析了百山祖冷杉實生幼樹植物體枝和針葉中Fe、Ca、Mg、K、Na、Cu、Zn、Mn 8種元素的含量，試圖從植物體的重要營養(yǎng)元素組成上為百山祖冷杉環(huán)境適應(yīng)能力的深入研究提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

采樣地位于慶元縣試驗林場交溪門林區(qū)，海拔約920 m，選擇4株1993年種子繁殖分屬于不同基因型的實生幼樹百山祖冷杉植株個體。

于2009年8月采集4株植株（分別標記為1號、2號、3號和4號）的中部枝條、針葉樣品各300 g，相應(yīng)標記為枝1、枝2、枝3、枝4和葉1、葉2、葉3、葉4。

1.2 儀器

SOLQQR969型原子吸收分光光度計(美國熱電公司)；BS224S賽多利斯電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司），GZX-9140MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠），F(xiàn)Z102精密粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司），HYD-400小型實驗振動篩（杭州藍天化驗儀器廠），萬用電熱器（嘉興市欣欣儀器設(shè)備公司）。

1.3 試劑與材料

濃硝酸（GR），高氯酸（GR），高純水，F(xiàn)e、Ca、Mg、K、Na、Cu、Zn、Mn標準溶液（國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院）。

1.3 測定方法

將采集的樣品置80 ～ 90℃鼓風(fēng)干燥箱中烘15 ～30 min，然后降至65℃，烘至恒重，經(jīng)粉碎機粉碎，過40目篩后備用。

精確稱取樣品0.2 g于開氏瓶中，分別加濃硝酸—高氯酸〔V(HNO3)＋V(HClO4) = 3＋1〕混合溶液于消化爐中加熱，使樣品分解完全，加熱蒸發(fā)近干。冷卻后，用少量水溶解殘渣，定容至10 mL備用。按同樣方法制備空白樣品[5]。各樣品平行測定 3次，取平均值。

采用火焰原子吸收法對樣品進行測定，儀器工作條件如表1所示。

表1 8種營養(yǎng)元素原子吸收儀器工作條件Table 1 Conditions for Atomic absorption spectrometry

1.4 標準系列及回歸方程

標準系列、回歸方程及相關(guān)系數(shù)如表2、表3。

表2 8種營養(yǎng)元素的標準系列Table 2 Standards of 8 nutrient elements content mg·L－1

1.5 數(shù)據(jù)處理

變動率：測定數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差除以平均值，也稱極差相對值。

相對標準偏差（RSD）：

RSD（%）=S/Χ×100%

式中：S為標準偏差，X為測量平均值。

表3 8種營養(yǎng)元素的回歸方程及相關(guān)系數(shù)Table 3 Regression equation and correlation coefficient of 8 nutrient element

2 結(jié)果與分析

2.1 K含量

對百山祖冷杉枝和針葉中的 K含量測定結(jié)果（圖 1）表明，4個實生個體枝條 K平均含量 4410.67 mg/kg，針葉 K含量平均4590.61 mg/kg，針葉K含量稍高于枝；枝部4個樣品K含量變動率達59.36%，針葉K含量變動率為25.23%，即枝部K含量變動幅度較針葉大。其中，1號植株樣品枝部和針葉K含量均低于其相應(yīng)的平均值，2號、4號植株樣品枝部和針葉K含量則均高于平均值，而3號植株樣品枝部K含量高于平均值，針葉K含量則低于平均值。

圖1 枝部和針葉K含量Figure 1 K content in branch and leaf

2.2 Na含量

對百山祖冷杉4個實生個體樣品枝和針葉的Na含量測定結(jié)果表明，在試驗設(shè)定的標樣0.00 ～ 0.40 mg/kg精度范圍內(nèi)，枝部和針葉均未檢出鈉元素，表明百山祖冷杉植物枝、針葉Na含量極低。

2.3 Cu含量

參試樣品的 Cu含量測定結(jié)果（圖 2）表明，百山祖冷杉枝部Cu含量平均值是針葉的3.17倍，且Cu含量的變動率枝部也較針葉小。其中，1號、2號植株枝部Cu含量均高于相應(yīng)4個樣品的平均值，而其針葉Cu含量則低于相應(yīng)4個樣品的平均值；與此相反，3號、4號植株枝部Cu含量則均低于相應(yīng)4個樣品的平均值，而其針葉Cu含量則高于相應(yīng)4個樣品的平均值。Cu含量表現(xiàn)為枝部高則針葉低，枝部低則針葉高的規(guī)律。

圖2 枝部和針葉Cu含量Figure 2 Cu content in branch and leaf

2.4 Ca含量

參試樣品的Ca含量測定結(jié)果（圖3）表明，4個實生個體百山祖冷杉枝和針葉Ca含量平均值分別4718.92、9323.73 mg/kg，變動率分別為 65.17%、149.84%，均以針葉為較高。其中，枝部和針葉Ca含量均以1號植株為最高，分別達6906.59、18398.76 mg/kg，顯著高于4個參試樣品的平均值，其余3個樣品枝部和針葉Ca含量則均低于相應(yīng)平均值，且其由高至低排序一致，依次為2號植株、3號植株和4號植株。Ca含量表現(xiàn)為枝部高則針葉高，枝部低則針葉低的規(guī)律。

圖3 枝部和針葉Ca含量Figure 3 Ca content in branch and leaf

2.5 Zn含量

對百山祖冷杉4個實生個體樣品枝和針葉的Zn含量測定結(jié)果（圖4）表明，其枝部和針葉Zn含量平均值分別為329.63、85.35 mg/kg，變動率分別為111.38%、70.80%，均以枝部為較高。其中，枝部和針葉Zn含量均以1號植株為最高，分別達519.02、105.02 mg/kg，4號植株枝部和針葉Zn含量均為最低，2號植株和3號植株枝部和針葉Zn含量則與相應(yīng)平均值基本一致?？傮w上，Zn含量也表現(xiàn)為枝部高則針葉高，枝部低則針葉低的趨勢。

2.6 Fe含量

由Fe含量測定結(jié)果（圖4）表明，4個實生植株枝部平均含量為314.12 mg/kg，針葉平均含量則僅為51.21 mg/kg，相應(yīng)的變動值分別為185.20%和145.09%，植株間Fe含量變化差值均較大。其中，2號植株 Fe含量在 4個植株中其枝部和針葉均屬最高，分別達657.34、89.41 mg/kg，其次為3號植株，枝部和針葉Fe含量處于平均值區(qū)域，第三、第四則分別為1號植株和4號植株。Fe含量表現(xiàn)為枝部高則針葉高，枝部低則針葉低的一致規(guī)律。

圖4 枝部和針葉Zn和Fe含量Figure 4 Zn and Fe content in branch and leaf

2.7 Mg含量

由Mg含量測定結(jié)果（圖5）表明，4個植株枝部平均含量為1794.17 mg/kg，針葉平均含量1417.26 mg/kg，枝部Mg含量稍高；而相應(yīng)的變動率分別為24.39%和68.54%，針葉植株個體間Mg含量變化差值稍大。其中，枝2、枝1的 Mg含量分別高于其平均值，針葉則僅植株1高于平均值，其余均低于平均值，且葉2的Mg含量最低?？傮w上，其枝部和針葉Mg含量未呈現(xiàn)規(guī)律性。

圖5 枝部和針葉Mg含量Figure 5 Mg content in branch and leaf

2.8 Mn含量

Mn含量測定結(jié)果（圖6）表明，4個植株枝部平均含量為180.38 mg/kg，針葉含量 292.46 mg/kg，相應(yīng)的變動值分別為 76.66%和84.51%，其Mg含量針葉較高，個體間變動率均也以針葉稍大。其中，枝4、葉1及葉4的Mn含量分別高于其平均值，枝2和葉3的Mn含量則分別為其相應(yīng)的最低值，Mn含量亦未呈現(xiàn)出規(guī)律性變化。

圖6 枝部和針葉Mn含量Figure 6 Mn content in branch and leaf

2.9 回收率實驗

為驗證上述測定結(jié)果的可靠性，對百山祖冷杉針葉、枝的每個樣品進行平行測定3次，計算各元素含量的相對標準偏差，同時對百山祖冷杉中的8種元素分別做加標回收實驗（表4）。測定結(jié)果表明，8種元素的相對標準偏差均小于5%，平均回收率在85.95% ～125.07%，證實采用原子吸收法測定8種元素穩(wěn)定性好，結(jié)果可靠，能夠達到檢測要求。

表4 7種測定元素的回收率Table 4 Recovery

3 結(jié)論與討論

3.1 元素含量個體和器官部位差異

結(jié)果表明，百山祖冷杉枝部和針葉中均含有所測的K、Cu、Ca、Zn、Fe、Mg、Mn元素，但未檢出Na元素，其元素的含量大小排列順序為：Ca ＞ K ＞ Mg ＞ Zn ＞ Fe ＞ Mn ＞ Cu ＞ Na；2 個不同部位之間的元素含量存在差別，Cu、Zn、Fe含量枝部比針葉中高，K、Ca、Mg、Mn含量枝部則與針葉相當(dāng)；不同實生個體枝部元素含量變動率為：Fe ＞ Zn ＞ Mn ＞ Ca ＞ K ＞ Cu ＞ Mg，針葉元素含量變動率為：Ca ＞ Fe ＞ Mn ＞ Zn ＞ Mg ＞ Cu ＞ K。此外，從4個植株個體枝部和針葉各元素的總量差異來看，1號、2號植株元素含量居前，3號、4號植物則居后，居前二植株與居后二植株元素總量數(shù)值差異較大，其與相應(yīng)植株生長勢等相關(guān)性尚有待進一步分析。

3.2 元素含量相對比較

現(xiàn)有研究表明，大多數(shù)植物體正常生長發(fā)育其元素含量均有一定范圍值及元素缺乏臨界范圍值[6]。通常植物體內(nèi)K含量一般為10000 ～ 50000 mg/kg，葉片K含量缺乏臨界范圍為7000 ～ 15000 mg/kg，百山祖冷杉枝部和針葉K含量分別為2967.68 ～ 5585.95 mg/kg，4036.13 ～ 5194.30 mg/kg，均低于報道的臨界值；通常植物體中Na的平均含量大約是干物質(zhì)重的0.1%，百山祖冷杉枝部、針葉均未檢出含Na元素，其可能原因尚待證實；大多數(shù)植物Cu含量為5 ～ 30 mg/kg，百山祖冷杉枝部和針葉Cu含量分別為10.15 ～ 13.63 mg/kg、2.58 ～ 4.70 mg/kg，其枝部Cu含量處于正常水平，而針葉Cu含量則略低于一般植物水平；植物干物質(zhì)中含Ca量為5000 ～30000 mg/kg，百山祖冷杉枝部及針葉Ca含量與上述數(shù)據(jù)基本相符；植物中Zn含量一般為10 ～ 100 mg/kg，百山祖冷杉枝部、針葉Zn含量分別為151.86 ～ 519.02 mg/kg、44.59 ～ 105.02 mg/kg，其枝部Zn含量處于較高水平；植物體中全Fe含量為50 ～ 250 mg/kg，百山祖冷杉枝部和針葉Fe含量分別為75.60 ～ 657.34 mg/kg、15.11 ～ 89.41 mg/kg，考慮到僅個別植株出現(xiàn)較高或偏低情況，多數(shù)植株處于上述正常水平；植物體內(nèi)Mg含量為500 ～ 7000 mg/kg，百山祖冷杉枝部及針葉Mg含量均在此范圍內(nèi)；植物中Mn的正常含量范圍為20 ～ 50 mg/kg，小于20 mg/kg為缺乏，大于1000 mg/kg可能發(fā)生Mn毒害，百山祖冷杉枝及針葉中Mn含量雖高于50 mg/kg，但遠低于可能發(fā)生Mn毒害的1000 mg/kg水平，處于相對較正常的范圍。

[1]吳鳴翔. 百山祖冷杉發(fā)現(xiàn)紀實[J]. 植物雜志，1999（1）：6－8.

[2]裘寶林. 試論百山祖冷杉的起源、發(fā)展和衰落[J]. 杭州植物園通訊，1997（3）：1－3.

[3]邵順流，錢華，金貞福. 百山祖冷杉插穗生根促進和不定根形成[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，34（5）：47－48.

[4]Shao S, Jin Z, Weng Y. Lignin characteristics of Abies beshanzuensis, a critically endangered tree species[J]. J Wood Sci，2008，54（1）：81－86.

[5]任偉，周志宇，詹媛媛. 阿拉善荒漠灌木根際中微量元素含量特征[J]. 生態(tài)學(xué)報，2009，29（7）：3759－3767.

[6]魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.