泰山不同海拔古樹(shù)下土壤元素分析

牛慶霖等

摘 要：本研究選取泰山王母池、羅漢崖、中天門(mén)、南天門(mén)、花口頂5個(gè)不同海拔高度，長(zhǎng)勢(shì)相近古樹(shù)（側(cè)柏）下土壤為研究對(duì)象，測(cè)定土壤中N、P、K 及微量元素（Ca、Mg、Cu 、Zn）含量及pH。選取泰山王母池、羅漢崖、中天門(mén)、南天門(mén)、花口頂5個(gè)不同海拔高度，長(zhǎng)勢(shì)相近古樹(shù)（側(cè)柏）下土壤為研究對(duì)象，測(cè)定土壤中N、P、K及微量元素（Ca、Mg、Cu、Zn）含量及pH。結(jié)果顯示：泰山隨著海拔高度的增加，土壤pH逐漸降低，海拔165m以上，土壤中全氮含量隨著海拔高度的升高先升高后降低；土壤全磷含量則是低海拔處最高達(dá)到25mg/kg，海拔300m左右為最低值；土壤含K量為先降低再升高的“U型”曲線，升高降低趨勢(shì)明顯，海拔847m左右為最低值；土壤含Ca量差異不顯著，隨著海拔高度的升高有下降的趨勢(shì)，總體含量在700～800mg/kg；而土壤中Mg的含量則隨著海拔的升高明顯升高，各個(gè)海拔高度差異性顯著；土壤中Cu的含量則呈現(xiàn)先下降后上升又下降的趨勢(shì)，低海拔高度165m時(shí)，土壤含Cu量最高，高海拔1540m時(shí)最低；土壤中Zn的含量各個(gè)海拔高度差異顯著，沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，300m處含量在1mg/kg以下。

關(guān)鍵詞：泰山；古樹(shù)名木；微量元素；不同海拔；復(fù)壯

中圖分類號(hào) S715.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）07-48-04

古樹(shù)名木是又被稱為“綠色的古董”和“活的文物”，是自然界和前人留給我們的寶貴財(cái)富，也是社會(huì)文明程度的標(biāo)志。它們是歷史的見(jiàn)證、文化的載體，它們鐫刻著時(shí)代的印跡，具有很高的科研價(jià)值、文化價(jià)值、生態(tài)價(jià)值、景觀價(jià)值、社會(huì)公益價(jià)值等。泰山100a以上的古樹(shù)名木有9 810株，隸屬27科46種，其中樹(shù)齡達(dá)1000a以上的有7種，稀有珍貴的名木13種。其中有23株重點(diǎn)古樹(shù)名木列入了遺產(chǎn)清單，可見(jiàn)古樹(shù)名木對(duì)于泰山乃至整個(gè)社會(huì)和時(shí)代的重要性。然而景區(qū)內(nèi)游人踐踏、建筑及道路工程施工、古樹(shù)旁任意填堆垃圾或擺攤設(shè)點(diǎn)等嚴(yán)重破壞了古樹(shù)形態(tài)及其立地環(huán)境條件，使得生命力衰弱的古樹(shù)逐漸衰退，甚至不乏一定數(shù)量的死亡。因此對(duì)于古樹(shù)名木的保護(hù)迫在眉睫。

目前關(guān)于古樹(shù)的復(fù)壯研究主要涉及地下及地上兩部分。地上復(fù)壯措施以樹(shù)體管理為主，包括樹(shù)體修剪、修補(bǔ)、靠接、樹(shù)干損傷處理、填洞、葉面施肥及病蟲(chóng)害防治等措施。地下復(fù)壯措施包括古樹(shù)生長(zhǎng)的立地條件的改善，古樹(shù)根系活力誘導(dǎo)，通過(guò)地下系統(tǒng)工程創(chuàng)造適宜古樹(shù)根系生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)條件、土壤含水通氣條件，并施用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，誘導(dǎo)根系發(fā)育。對(duì)于泰山上古樹(shù)名木，前人研究多在結(jié)合復(fù)壯措施，對(duì)古樹(shù)進(jìn)行生理生化指標(biāo)測(cè)定，判斷復(fù)壯措施的有效性上，對(duì)于立地條件土壤的元素分析尚為稀缺。泰山海拔1 545m，每年接待客流量400多萬(wàn)人次，由于人為或自然因素使得泰山土壤營(yíng)養(yǎng)缺乏，分布于土壤貧瘠或水土流失嚴(yán)重的丘陵、山坡、懸崖等處的古樹(shù)，根系吸收的營(yíng)養(yǎng)難以維持樹(shù)體的營(yíng)養(yǎng)，使古樹(shù)營(yíng)養(yǎng)不良而衰弱生長(zhǎng)，甚至死亡。本研究立足根本，對(duì)5個(gè)不同海拔標(biāo)志性景區(qū)內(nèi)的古樹(shù)名木（側(cè)柏）林下土壤進(jìn)行分析，為泰山古樹(shù)名木復(fù)壯方案及撫育措施提供詳盡理論參照。

1 試驗(yàn)地概況

泰山風(fēng)景名勝區(qū)位于山東省泰安市境內(nèi)，屬半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫12.1℃，極端最低氣溫-28℃，極端最高氣溫40.3℃，多年平均降水量690.3mm，多年平均蒸散量為414.18mm，徑流系數(shù)為0.1；面積為11 931.8hm2，有林地面積9 490hm2，森林覆蓋率81.5%，是自然生態(tài)環(huán)境保存比較完好的森林生態(tài)系統(tǒng)，其生物資源核心為泰山風(fēng)景區(qū)的針、闊葉林及其混交林，以及其他野生動(dòng)植物資源。

2 材料與方法

2.1 土壤的選取與處理 王母池（165m）、羅漢崖（300m）、中天門(mén)（847m）、南天門(mén)（1 460m）、花口頂（1 540m）5個(gè)景點(diǎn)內(nèi)的側(cè)柏土壤，分別采集了0～20cm、20～40cm土層的土壤樣品混勻，每景區(qū)采集3個(gè)樣品，共采集15個(gè)土壤樣品。所采土樣經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)，分別過(guò)1.00mm篩，干燥處保存，5個(gè)海拔所取土壤編號(hào)為T(mén)1-1、T1-2、T1-3，T2-1、T2-2、T2-3，…，T5-1、T5-2、T5-3。

2.2 土壤的測(cè)定指標(biāo)與方法 土壤酸堿度（pH）采用電位法進(jìn)行測(cè)定。土壤全氮采用半微量開(kāi)氏法進(jìn)行測(cè)定。土壤全磷采用HClO4-H2SO4法進(jìn)行測(cè)定。土壤速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法進(jìn)行測(cè)定。土壤Ca、Mg、Cu、Zn使用Avanda PM型火焰原子吸收光譜儀測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同海拔土壤類型及pH 泰山的主要土壤類型是酸性棕壤，廣泛分布于十八盤(pán)以下，海拔200～1 000m；白漿化棕壤零星分布于中天門(mén)以下；十八盤(pán)到南天門(mén)之間主要為山地暗棕壤；南天門(mén)以上為山地山地灌叢草甸土。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出泰山土壤pH在5.81～7.6，各個(gè)海拔高度土壤pH相差不大，隨著海拔高度的增加，pH有下降的趨勢(shì)（圖1）。

3.2 不同海拔土壤N、P、K含量 土壤中氮素絕大多數(shù)為有機(jī)質(zhì)的結(jié)合形態(tài)。土壤有機(jī)質(zhì)和氮素的消長(zhǎng)主要決定于生物積累和分解作用的相對(duì)強(qiáng)弱、氣候、植被、耕作制度諸因素，特別是水熱條件，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素含量有顯著的影響。全氮量通常用于衡量土壤氮素的基礎(chǔ)肥力，而土壤有效氮量與作物生長(zhǎng)關(guān)系密切。土壤中缺磷時(shí)，植物根系的生長(zhǎng)受到影響，鉀能促進(jìn)植株莖稈健壯、改善果實(shí)品質(zhì)、增強(qiáng)植株抗寒能力，鉀在植物體內(nèi)促進(jìn)氨基酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物的合成和運(yùn)輸，可延遲植株衰老。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示泰山土壤中全N含量隨著海拔高度的升高表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)（圖2）；土壤全P含量則是低海拔處最高達(dá)到25mg/kg，海拔300m左右為最低值（圖3）；土壤含K量為先降低再升高的“U型”曲線，升高降低趨勢(shì)明顯，海拔847m左右為最低值。

3.3 不同海拔土壤Ca、Mg、Cu、Zn含量 植物缺Ca時(shí)，根系發(fā)育不良，植株矮小，莖和葉及根尖的分生組織受損，缺Ca嚴(yán)重時(shí)，植物幼葉卷曲，新葉抽出困難，葉尖之間發(fā)生粘連現(xiàn)象，葉尖和葉緣發(fā)黃或焦枯壞死，根尖細(xì)胞腐爛死亡；Mg是葉綠素的組成部分，也是許多酶的活化劑，植物缺Mg會(huì)導(dǎo)致葉片枯萎、脫落；Cu是植物體內(nèi)多種氧化酶的組成成分，它還參與植物的呼吸作用，缺Cu時(shí)，葉綠素減少，葉片出現(xiàn)失綠現(xiàn)象，最后葉片脫落，甚至影響生殖器官的發(fā)育；Zn也是植物體內(nèi)酶的組成元素，是促進(jìn)一些代謝反應(yīng)的必需元素，Zn對(duì)于葉綠素生成和碳水化合物形成是必不可少的，缺Zn會(huì)出現(xiàn)小葉病和簇生現(xiàn)象。

試驗(yàn)測(cè)定不同海拔高度古樹(shù)下土壤含Ca量差異不顯著，隨著海拔高度的升高有下降的趨勢(shì)，總體含量在700～800mg/kg（圖5）；而土壤中Mg的含量則隨著海拔的升高明顯升高，各個(gè)海拔高度差異性顯著（圖6）；土壤中Cu的含量則呈現(xiàn)先下降后上升又下降的趨勢(shì)，低海拔高度165m時(shí)，土壤含Cu量最高，高海拔1 540m時(shí)最低（圖7）；土壤中Zn的含量在各個(gè)海拔高度差異顯著，沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，300m處含量在1mg/kg以下（圖8）。

4 結(jié)論與討論

國(guó)內(nèi)外相當(dāng)重視古樹(shù)名木的保護(hù)，德國(guó)一直很重視古樹(shù)的保護(hù)，在土壤中采用埋管、埋陶粒和氣筒打氣等方法解決通氣問(wèn)題，用土鉆打孔灌液態(tài)肥料，用修補(bǔ)和支撐等外科手術(shù)保護(hù)古樹(shù)；日本20世紀(jì)90年代就研究出樹(shù)木強(qiáng)化器，埋于樹(shù)下來(lái)完成樹(shù)木的土壤通氣、灌水及供肥等工作；英國(guó)則重點(diǎn)探討土壤堅(jiān)實(shí)、空氣污染等因素對(duì)古樹(shù)生長(zhǎng)的影響，而采取相應(yīng)防治措施；美國(guó)早期就研究出肥料氣釘，解決古樹(shù)表層土供肥問(wèn)題。

保護(hù)古樹(shù)首先應(yīng)調(diào)查當(dāng)?shù)毓艠?shù)資源情況，為每株古樹(shù)備檔。然后根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件不同和地理概貌不同，對(duì)古樹(shù)進(jìn)行機(jī)械或人工的定期監(jiān)測(cè)，及時(shí)對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，因地制宜，對(duì)癥下藥。泰山古樹(shù)幾百年甚至幾千年固定生長(zhǎng)在一個(gè)地方，原本土壤肥力有限，再加上景區(qū)內(nèi)游人踩實(shí)，通氣不良，土壤板結(jié)，排水不暢，另外由于景區(qū)禁止規(guī)模改建，有些古樹(shù)由于位置關(guān)系，栽植時(shí)只能在樹(shù)坑中更換好土，樹(shù)木長(zhǎng)大后未能擴(kuò)展樹(shù)穴，根系的活動(dòng)受到限制，加快樹(shù)木的衰老。對(duì)于泰山古樹(shù)的研究多集中在古樹(shù)生理生化特性方面，而忽視了泰山古樹(shù)土壤狀況及自然、人為因素所造成的土壤肥力下降、土層結(jié)構(gòu)破壞及元素的過(guò)度流失。因此，可根據(jù)具體情況采取換土、澆水、增施有機(jī)肥等綜合措施，以改善其營(yíng)養(yǎng)條件。施肥和深耕土壤有利于古樹(shù)復(fù)壯。測(cè)定泰山土壤元素含量，在進(jìn)行土壤管理的過(guò)程中，因地而施、因樹(shù)而施，更有針對(duì)性。只有當(dāng)土壤環(huán)境經(jīng)改善后，加速微生物的活動(dòng)，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解，才能使根系得以吸收利用。

對(duì)泰山不同海拔5個(gè)景點(diǎn)古樹(shù)下土壤N、P、K及微量元素（Ca、Mg、Zn、Cu）結(jié)果分析，結(jié)果顯示泰山隨著海拔高度的增加，土壤pH逐漸降低；海拔165m以上，土壤中全氮含量隨著海拔高度的升高先升高后降低；土壤全磷含量則是低海拔處最高達(dá)到25mg/kg，海拔300m左右為最低值；土壤含K量為先降低再升高的“U型”曲線，升高降低趨勢(shì)明顯，海拔847m左右為最低值；土壤含Ca量差異不顯著，隨著海拔高度的升高有下降的趨勢(shì)，總體含量在700～800mg/kg；而土壤中Mg的含量則隨著海拔的升高明顯升高，各個(gè)海拔高度差異性顯著；土壤中Cu的含量則呈現(xiàn)先下降后上升又下降的趨勢(shì)，低海拔高度165m時(shí)，土壤含Cu量最高，高海拔1 540m時(shí)最低；土壤中Zn的含量在各個(gè)海拔高度差異顯著，沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，300m處含量在1mg/kg以下。本研究立足根本，在泰山垂直方向上測(cè)定基本元素的含量，因地制宜、適地適肥，力求為泰山古樹(shù)的管理復(fù)壯、土壤改良提供理論參考，但由于泰山古樹(shù)數(shù)量繁多，且生態(tài)及歷史的重要性，對(duì)于具體的土肥配方與施肥方案還有待于進(jìn)一步研究。

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