基于葉片及土壤分析的古樹精準復壯研究
——以粵北地區典型衰弱古樹為例*

魏 丹 張 耕 楊佐兵 黃華毅

（1.廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業科學研究院，廣東 廣州 510520；2.廣東省林業調查規劃院 ，廣東廣州510520）

古樹被譽為活化石，是寶貴的自然與文化遺產，在氣候變遷﹑植被演替﹑生態效應以及人文歷史等方面都具有極高的研究價值[1]。國家近年來對古樹保護的力度逐步加大，2000 年建設部就制定《城市古樹名木保護管理辦法》，2020 年新《森林法》第四十條規定“國家保護古樹名木和珍貴樹木”，最高人民法院﹑最高人民檢察院聯合發布《關于適用〈中華人民共和國刑法〉第三百四十四條有關問題的批復》，明確古樹屬于“珍貴樹木或者國家重點保護的其他植物”，為古樹名木提供了更強的法律保護。廣東省一直重視古樹保護工作，2004 年，廣東省完成了第一次全省古樹普查，2016 年啟動的新一輪古樹名木資源普查建檔工作，2017 年建立了古樹名木保護信息管理系統，2019 年，制定了《廣東省古樹名木保護與發展規劃（2020—2024 年）》，為全省古樹名木保護工作奠定了基礎。

目前國內相關研究集中在古樹資源分布﹑生長特性﹑保護現狀﹑存在問題和保護建議等方面[2-5]以及古樹群落生態位的動態變化[6]，對古樹的生理生態進行研究的報道較少。古樹保護如何做到“防治于未病”及“精準化復壯”是當前古樹保護研究的重要課題[7-8]，但以往的古樹保護與復壯主要側重于病蟲害治理及物理損傷修復等可視因素的管控，雖取得了較大的成果，但仍局限于經驗判斷及事后救治[5,9-10]。要解決這個問題就需要了解古樹衰弱的成因，除了正常的生物衰老周期﹑蟲害影響﹑人為擾動等因素外[11-12]，土壤營養的不足及重金屬污染的加劇也是重要的原因。

植物葉片是反映樹體營養狀況最敏感的器官，在一定程度上能體現樹體營養元素含量水平[13]。土壤是植物的物質儲備庫，土壤理化性質決定了古樹長勢好壞[14]。土壤中大量元素是土壤活性養分的儲庫以及植物生長所需養分的主要來源[15]。土壤重金屬含量對植物生長具有重要的影響，重金屬是植物生長不可或缺的微量元素，但土壤重金屬含量在植物體內超出一定范圍，就會對植物體產生毒害作用，促使葉片失綠和抑制植物生長[16-19]。開展葉片營養元素化驗﹑檢測土壤養分含量及重金屬污染程度是判斷此類因素危害程度，開展古樹保護與復壯工作的重要基礎工作。

本研究以粵北地區5 種典型古樹為研究對象，測定和分析長勢衰弱株的綠葉和凋落葉的養分含量﹑土壤養分含量以及土壤重金屬含量，為其精準養分管理和復壯養護提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域為粵北地區，包括韶關﹑河源﹑梅州﹑清遠﹑云浮5 個地級市，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫22.3 ℃，降水充沛，年平均降水量1 300～2 500 mm，雨熱同季，年蒸發量1 500～1 600 mm，土壤為赤紅壤。該地區在廣東省的區域發展格局中，被定位為“生態發展區”，生態區位十分重要，是廣東構建森林生態屏障﹑打造粵北生態特別保護區和國家公園的重要陣地，也是當前廣東構建“一核一帶一區”協調發展新格局的重要組成部分。該區域共分布古樹20 885 株，占廣東省古樹名木數量的26%。

1.2 研究對象

為確保古樹樹種代表性，按照以下要求對研究區內古樹樹種進行篩選：1）典型樹種，篩選廣東省優勢古樹種類，廣東省古樹數量占比位于前4 的科由多到少依次為：?？疲?0.74%）>無患子科（21.44%）>樟科（8.38%）>殼斗科（6.89%），合計占總數的67.45%；且所選樹種所在科在廣東省分布的Ⅰ﹑Ⅱ級古樹中，數量所占比例均能排前5 位；2）合適樹齡，研究篩選的古樹樹齡介于400～800 a 之間，雖樹齡較高但未達樹齡極限，通過科學合理的修復措施，具有復壯的可能性，而樹齡800 a 以上的古樹，復壯的難度更大，不在本次研究范圍；3）典型生境，處于人為干擾較少的粵北鄉村，且未受明顯嚴重病蟲害影響。最終選出5 個樹種分別為：樟Cinnamomum camphora﹑苦櫧Castanopsis sclerophylla﹑雅榕Ficus concinna﹑榕樹Ficus microcarpa和秋楓Bischofia javanica，對每個樹種進一步篩選出衰弱株各一株，5 株古樹的生長和樣地概況詳見表1。所選衰弱樹種具有修復的可能性，土壤營養元素不足作為其衰老的主要成因，具有典型性，屬于“精準修復”研究對象。

表1 5 株古樹的生長和樣地概況Tab.1 Growth performance and general condition of five old trees

表2 5 株古樹土壤養分含量 Tab.2 The soil nutrient content in soil of five old trees

1.3 研究方法

1.3.1 樣品采集 2018 年10 月，分別采集5 株古樹枝條新生無病蟲害﹑無損傷的枝頭綠葉和剛掉落的葉片各10 片，密封標注帶回實驗室。用4 點取樣法選取距離古樹1～5 m 周邊人為破壞少的0～40 cm 土壤約1 kg，分成2 袋，帶回實驗室分別用于土壤養分和土壤重金屬（鎘Cd﹑汞Hg﹑砷As﹑鉛Pb﹑鉻Cr﹑銅Cu﹑鋅Zn﹑鎳Ni）的測定。

1.3.2 葉片養分、土壤養分和重金屬測定 將綠葉和凋落葉放在烘箱中以75 ℃的狀態下烘干24 h后至恒質量取出稱重，將葉片的干重樣品粉碎后進行養分分析。用重鉻酸鉀－濃硫酸消煮后以凱氏定氮法測定氮含量（N）；樣品用硫酸－雙氧水消煮處理后，用鉬銻抗比色法測定磷含量（P），用火焰光度法測定鉀含量（K）；用原子吸收分光光度法測定鈣含量（Ca）﹑鎂含量（Mg）和硫含量（S）[20]。

土壤有機質用重鉻酸鉀滴定法測定；全氮含量用半微量凱氏法測定；用氫氧化鈉堿熔法將土壤樣品溶融后提取待測液，用鉬藍比色法測全磷含量，用火焰光度計測全鉀含量；堿解氮用堿解擴散法測定；用0.5 mol·L-1的碳酸氫鈉提取土壤樣品后，用鉬藍比色法測有效磷；用1 mol·L-1的中性醋酸鈉提取土壤樣品后，用火焰光度計測有效鉀；用鹽酸－氫氟酸－高氯酸－硝酸消煮土壤樣品后定容，采用等離子體發射光譜儀（ICP-AES）測定土壤重金屬（Cd﹑Hg﹑As﹑Pb﹑Cr﹑Cu﹑Zn﹑Ni）[20]。分析測試結果參照《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》GB15618—2018[21]，可確定土壤中重金屬含量水平。

1.4 數據分析

運用Microsoft Excel 2003 對葉片養分﹑土壤養分和重金屬指標進行處理并作圖；采用SAS8.2對數據進行多重比較，對土壤養分采用Duncans法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同古樹鮮葉與凋落葉的葉片養分含量比較

5 株古樹的鮮葉與凋落葉養分含量具有不同差異性，見圖1。

圖1 5 株古樹葉片養分含量Fig.1 Leaf nutrient content of five old trees

2.1.1 N 5 株古樹的鮮葉和凋落葉的N 含量具有顯著差異（P<0.05），其中，樟和雅榕落葉后的N含量分別增加0.84 g/kg 和2.17 g/kg，而苦櫧﹑榕﹑秋楓分別減少了0.73 g/kg﹑1.83 g/kg﹑3.15 g/kg。樟樹與雅榕鮮葉的N 含量顯著低于（P<0.05）凋落葉的N 含量，其他的古樹的綠葉N 含量顯著高于（P<0.05）凋落葉的N 含量。

2.1.2 P 5 株古樹鮮葉的P 含量顯著高于（P<0.05）凋落葉的P 含量，其中雅榕差值最大，減少1.57 g/kg。5 株古樹鮮葉的P 含量顯著高于（P<0.05）凋落葉的P 含量，其中雅榕落葉前后的P 含量變化最大。

2.1.3 K 5 株古樹的鮮葉和凋落葉的K 含量具有不同差異性，樟﹑苦櫧﹑榕﹑秋楓和雅榕落葉后的葉片K 含量分別減少4.15﹑1.34﹑0.42﹑4.06﹑8.48 g/kg。除了榕落葉前后的K 含量沒有明顯差異外，其他古樹綠葉的K 含量顯著高于（P<0.05）凋落葉的K 含量，其中雅榕落葉前后的K 含量變化最大。

2.1.4 Ca、Mg 和S 5 株古樹的鮮葉和凋落葉的Ca﹑Mg 和S 含量具有顯著差異（P<0.05）。樟樹和苦櫧落葉后的Ca 含量分別增加8.08﹑1.03 g/kg，而榕﹑秋楓和雅榕分別減少8.53﹑0.63﹑4.09 g/kg；樟樹﹑苦櫧﹑秋楓和雅榕落葉后的Mg 元素分別增加了0.84﹑0.51﹑0.27﹑1.97 g/kg，而榕減少0.53 g/kg；樟樹﹑苦櫧﹑榕和雅榕落葉后的S含量各增加0.16﹑0.205﹑0.054﹑0.36 g/kg，而秋楓減少0.234 g/kg。

2.2 古樹葉片養分與健康株比較

2.2.1 苦櫧 本研究中，苦櫧落葉N﹑P﹑K﹑Ca和Mg 含量均低于李茂等[22]研究發現苦櫧落葉N（10.27±1.90 g/kg）﹑P 含量（0.29±0.07 g/kg）﹑K（6.98±0.49 g/kg）﹑Ca（8.48±1.17g/kg）和Mg 含量（3.11±0.51 g/kg），是因為受到不同地區的氣候環境﹑樹種特性以及人為因素等影響，同時表明苦櫧的葉片凋落物養分較低，歸還率較低。

2.2.2 樟 張龍等[23]對樟樹人工林進行營養診斷，得出樟樹人工林葉片N﹑P﹑K﹑Ca 和Mg養分的適宜范圍分別為8.87±1.64 g/kg﹑1.95±0.38 g/kg﹑3.91±0.43 g/kg﹑11.66±1.34 g/kg和10.05±0.97 g/kg。 本 研 究 中 古 樟 的 葉 片N﹑P﹑K﹑Ca 和Mg 養 分 含 量11.36±3.41 g/kg﹑1.07±0.32 g/kg﹑7.87±2.36 g/kg﹑20.67±6.20 g/kg﹑2.96±0.89 g/kg 和0.57±0.17g/kg。 與張龍等的研究相比，N 和K 的含量較低，因此，可在古樟的日常維護管理中適當調整營養元素的含量。

2.2.3 秋楓 本研究中秋楓的葉片N﹑P﹑K﹑Ca﹑Mg﹑S 營 養 元 素 含 量 分 別 為10.86±0.98 g/kg﹑0.94±0.24 g/kg﹑18.80±1.54 g/kg﹑13.59±1.54 g/kg 和3.44±0.25 g/kg﹑1.13±0.06 g/kg；凋落葉的營養元素含量分別為7.71±0.54 g/kg﹑0.62±0.12 g/kg﹑14.74±2.21 g/kg﹑12.96±2.21 g/kg﹑3.71±0.15 g/kg和0.90±0.04 g/kg。古樹長期生長吸收往往使根際土壤的N﹑P﹑K 等大量元素較貧乏，加之秋楓枯枝落葉等凋落物又帶走了養分元素，周邊原有土壤養分較缺乏，根系得到的營養物質極為有限，更容易造成古樹的衰亡。

2.2.4 榕 本研究中榕的葉片N﹑P﹑K﹑Ca﹑Mg營養元素含量分別為12.28±0.65 g/kg﹑1.54±0.15 g/kg﹑18.08±1.82 g/kg﹑23.75±1.82 g/kg和3.14±0.31 g/kg。李迎[24]研究表明，古榕樹葉 片N﹑P﹑K﹑Ca 和Mg 營 養 元 素 含 量 的 基本 標 準 分 別 為10.93±1.68 g/kg﹑0.60±0.04 g/kg﹑15.52±0.61 g/kg﹑7.18±1.15 g/kg 和0.39±62.20 g/kg。與李迎的研究相比，本研究的古樹營養元素含量較高。

2.2.5 雅榕 本研究中雅榕的葉片N﹑P﹑K﹑Ca﹑Mg﹑S 營養元素平均含量分別為7.69 g/kg﹑2.24 g/kg﹑28.22 g/kg﹑24.06 g/kg﹑0.81 g/kg 和0.41 g/kg；凋落葉的營養元素平均含量分別為9.86 g/kg﹑0.67 g/kg﹑19.74 g/kg﹑19.97 g/kg﹑2.78 g/kg 和0.77 g/kg。

2.3 土壤養分含量

5 株古樹土壤有機質含量范圍為4.12～34.59 g/kg，其中，樟樹的土壤有機質含量處于豐富水平，其他的古樹土壤有機質均處于不達標狀態，秋楓含量最少，含量僅0.412%，處極缺水平，而苦櫧和榕﹑雅榕有機質含量分別處于中下和缺乏水平。

5 株古樹全N 含量范圍為0.23～1.72 g/kg，堿解N 含量范圍為7.57～111.68 mg/kg；全P 含量范圍為0.21～0.39 g/kg，有效P 含量范圍為2.46～12.90 mg/kg；全K 含量范圍為12.17～23.94 g/kg，土壤有效K含量范圍為11.46～32.62 mg/kg。土壤養分含量可以為植物生長提供物質供應，反映了土壤肥力。參照《土壤環境質量》標準分級，除了樟樹的堿解N 含量，苦櫧﹑秋楓和雅榕的有效P 含量，榕的全K 含量處于中上水平，以及秋楓﹑雅榕的全K 含量處于豐富水平，其他養分含量均處于缺乏水平。因此，可有針對性對不同古樹補充適當的養分。

本研究中，秋楓的土壤養分含量全N﹑全P﹑全K﹑堿解N﹑有效P﹑有效K 含量分別為0.226±0.067 8 g/kg﹑0.253±0.075 9 g/kg﹑23.09±6.927 g/kg﹑7.57±2.271 mg/kg﹑10.8±3.24 mg/kg﹑32.62±9.786 mg/kg，陳香等[25]研究表明秋楓pH 值﹑全N﹑全P﹑全K﹑堿解N﹑有效P﹑有效K 含量分別為11.28±0.13 g/kg﹑0.68±0.01 g/kg﹑0.32±0.01 g/kg﹑12.84±0.04 g/kg﹑45.18±0.63 mg/kg﹑23.80±0.13 mg/kg 和45.56±0.25 mg/kg 的基質下均能較好生長，特別是對其苗高生長影響顯著，其土壤養分元素含量較為豐富。根據秋楓的土壤養分含量和秋楓的葉片養分以及凋落葉養分，可以進行客土改善土壤，或在土壤中適當施入速效的復合肥和有機肥，特別是補充氮磷和鎂肥，如施用0.50 kg 鈣鎂磷肥，緩解暫時的營養缺乏，或不定期進行葉面施肥，迅速改良植株營養狀況。

2.4 土壤重金屬含量

參照《土壤環境質量》標準分級，由表3 可知，5 株 古 樹 的 土 壤Cd 含 量 范 圍 為0.04～0.73 mg/kg，Cd 含量最高和最低分別為雅榕（0.73 mg/kg，三級）和苦櫧（0.04 mg/kg，一級）。5 株古樹的土壤Hg 含 量 范 圍 為0.08～0.43 mg/kg，Hg 含 量 最高和最低分別為雅榕（0.43 mg/kg，三級）和秋楓（0.08 mg/kg，一級）。5 株古樹的土壤As 含量范圍為15.47～24.28 mg/kg，As 含量最高和最低分別為樟樹（24.28 mg/kg，二級）和雅榕（15.47 mg/kg，二級）。5 株古樹的土壤Pb 含量范圍為30.95～58.66 mg/kg，Pb 含量最高和最低分別為苦櫧（58.66 mg/kg，二級）和秋楓（30.95 mg/kg，一級）。5 株古樹的土壤Cr 含量范圍為30.01～83.20 mg/kg，Cr 含量最高和最低分別為秋楓（83.20 mg/kg，一級）和榕（30.01 mg/kg，一級）。5 株古樹的土壤Cu 含量范圍為18.66～40.11 mg/kg，Cu 含量最高和最低分別為榕（40.11 mg/kg，二級）和苦櫧（18.66 mg/kg，一級）。5 株古樹的土壤Zn 含量范圍為53.40～114.45 mg/kg，Zn含量最高和最低分別為雅榕（114.45 mg/kg，二級）和秋楓（53.40 mg/kg，一級）。5 株古樹的土壤Ni 含量范圍為16.91～26.12 mg/kg，Ni 含量最高和最低分別為苦櫧（26.12 mg/kg，一級）和雅榕（16.91 mg/kg，一級）。

表3 5 株古樹土壤重金屬含量Tab.3 The heavy metal content in soil of five ancient trees

除了雅榕土壤Cd 和Hg 含量超標，樟樹的土壤Hg 和Pb 含量，苦櫧的土壤Hg 和Pb 含量，榕的土壤Cu 和Pb 含量，雅榕的土壤Zn 和Pb 含量都在二級標準，5 株古樹其余的重金屬含量均在一級標準范圍內整體而言本研究中五株古樹面臨土壤重金屬污染程度較輕?；谘砰诺耐寥繡d 和Hg 含量超標現象，應開展相關土壤重金屬污染物治理工作，減少土壤重金屬含量，為古樹營造一個良好的土壤環境。

3 結論與討論

植物葉片養分可以反映植物對環境的適應能力[17]和植物營養元素的豐缺情況[18-19]。古樹的衰弱致瀕與古樹體內的礦質營養元素有關，各種營養元素有一定的比例平衡關系，如何保證內循環不被打破，是古樹保護與復壯的關鍵點之一。N﹑P﹑K 作為植物生長的必要元素，其變化反映了5株古樹不同的養分循環差異，在華南地區普遍缺乏P﹑K 環境下[26]，5 種古樹對P﹑K 元素的保存能力均較強，其中雅榕古樹對P﹑K 的養分保存能力最強。

造成5 株古樹的土壤有機質和養分較低的原因可能是由于古樹本身生長對養分的需求量較大，而土壤凋落物受到人工清理等因素的影響，導致回歸土壤的有機質減少，使古樹土壤有機質和養分的歸還量遠遠不足以用于供給輸出，導致土壤營養不足。補充古樹營養應以土壤施肥為主，對于一些古樹根系﹑枝干受損時候，可樹體輸送營養液來補充養分，施肥肥料主要應以充分腐熟的有機肥為主，復合肥和微量元素肥料為輔[27-28]。

本研究中，雅榕的土壤環境中Cd 和Hg 含量超標，土壤重金屬含量的超標會加劇古樹的衰老。隨著工業化進程和城市的迅速發展，重金屬和化學農藥等污染物通過大氣沉降﹑灌溉水等途徑進入土壤，使植物土壤受到污染，從而危害植物生長[15]。古樹中土壤重金屬含量問題是近幾年來廣受關注的新問題。古樹復壯過程中，應關注土壤重金屬污染情況。