【研究意义】千年桐（Aleurites montana）是我国南方常见的油料阔叶树种，由于自我更新能力强、凋落物归还量大、维护地力效果好，因此作为生态公益林树种在我国南方林区得到大力推广^[1-3]。养分再吸收是指养分从植物衰老叶片转移到活组织中^[4-5]，延长养分在植物中的保留时间，确保养分能够满足植物的生理需求，减少植物对土壤养分依赖，从而解决自身养分不足^[6]。养分再吸收是植物获取养分的核心组成部分，与叶片养分含量与土壤养分吸收、植物自身供给等输入过程和养分淋溶等输出过程息息相关，对植物养分循环和林分生产力产生强烈影响^[7]。因此，了解养分再吸收策略对于探索其对植物适应和生态系统养分循环的影响至关重要。【前人研究进展】冠层厚度、侧枝纹理和枝型构建、枝叶簇状形态、叶片形态及角度等构成的树冠结构特征可能导致不同空间水平上叶片所处的微环境有所差异，使其内部出现不同的小气候^[8-10]。受上部高温、高光、强风以及下部相对恒温、恒湿、低辐射冠层环境的影响^[11]，上、下部叶片的生理生化特征也随之产生相应变化以权衡林木对资源高效利用的投资策略(温带针阔混交林叶片性状)。有研究发现，不同开度冠层上下部的光能利用率可相差10~50倍以上^[12-14]，从而导致叶片对N、P元素再吸收和分配的差异（温带针阔混交林叶片性状随树冠垂直高度的变化规律）。冠层截留和淋溶对养分，特别是盐基离子的运输和再分配具有显著影响^{[10, 15]}。【本研究切入点】由此可见，冠层截留以及淋溶和生长高峰期与衰老期往往导致养分运输和再吸收有所差异^[16]。【拟解决的关键问题】本研究以低产低效针叶林皆伐后营造的千年桐近自然经营生态林为试验对象，测定叶片生长高峰期（7月）和衰老凋落期（10月）千年桐不同冠层叶片的N、P、K、Ca、Mg含量，分析千年桐不同冠层叶片养分含量和养分再吸收率的差异，研究千年桐叶片养分再吸收率与叶片养分含量、土壤养分含量的关系，探索千年桐的养分再吸收机制，以期为进一步探索生态公益林的养分循环机制提供科学依据。

1　材料与方法 1.1　研究区概况

研究区位于福建省南平市建阳区蕉溪国有林场（27° 06′ -27° 43′ N、117° 31′ ~118° 38′ E），地处福建省北部、武夷山脉南麓、闽北山区盆地中部，属中亚热带季风湿润气候区，冬短夏长，气候温和，年平均温度18.1 ℃，雨季集中，年平均降水量1 742 mm，光热资源丰富，年平均日照1 802 h。土壤类型以红壤为主。

试验林分土壤pH为4.96±0.16，土壤全碳含量为37.26（±27.42）g/kg，全氮含量为3.22（±1.58）g/kg，全磷含量为0.87（±0.27）g/kg，全钾含量为26.70（±8.34）g/kg，水解氮含量为171.97（±74.13）mg/kg，有效磷含量为10.97（±0.88）mg/kg，速效钾含量为24.05（±4.71）mg/kg。

1.2　试验方法

试验林分为2005年后在低产低效针叶林皆伐后营造的千年桐近自然经营生态林。林分造林密度为2 500株/hm²，在林分中设置3块20 m × 20 m样方，每块样地选择5株指数级 > 10 m、生长正常无病虫害的千年桐成熟木〔平均胸径为9.73（±1.38）cm〕并挂牌标记。将每株样木的冠层等分为上、下部，于2018年7月在每株样木上、下冠层各1/2处向阳面用高枝剪剪下完全展开、生长健康无病虫害的叶片各5片。同时标记采样叶片的枝条，以备衰老叶采样。同年10月于标记的枝条上采集呈现变色等衰老特征或轻摇脱落的叶片。将剪下的叶片置于两片湿润的滤纸中，放进自封袋并作标记，储存于放有冰袋的泡沫箱中（温度 < 5 ℃）。

1.3　样品测定

1.3.1 样品处理及养分含量测定　将成熟期和衰老期的千年桐叶片带回实验室后，转移到标记好的信封，放进85 ℃烘箱中杀青1 h，随后在65 ℃烘至恒重后取出，粉碎后过孔径0.149 mm筛。

植物叶片N含量采用碳氮元素分析仪（德国，Elementar Vario Max型）测定，植物P、K、Ca、Mg含量使用电感耦合等离子质谱仪（PerkinElmer ICP-MS 8000，USA）测定。

1.3.2 养分再吸收　养分再吸收大小通常用养分再吸收率（Nutrient Resorption Efficiency，NRE）表示，是指叶片在衰老过程中再吸收养分量与叶片最高养分库含量的比值^[2]。计算公式如下：

式中，M1表示衰老叶片养分，M2表示成熟叶片养分（g/kg）。

1.4　数据处理

试验数据采用SPSS 20.0进行单因素方差分析、Duncan多重比较、Pearson相关性分析，应用Canoco 5.0与R 3.6.1中的Vegan包进行冗余分析。

2　结果与分析 2.1　千年桐不同冠层叶片养分含量

由图 1可知，叶片主要养分N、P、K、Ca、Mg均表现为衰老叶养分含量显著低于成熟叶，衰老叶并未出现养分富集的现象。成熟叶主要养分含量表现为K〔22.911（±1.205）g/kg〕 > N〔19.833（±1.237）g/kg〕 > Ca〔12.765（±0.946）g/kg〕 > Mg〔4.478（±0.328）g/kg〕 > P〔1.177（±0.199）g/kg〕，衰老叶主要养分含量表现为K〔12.134（±0.694）g/kg〕 > Ca〔10.843（±0.717）g/kg〕 > N〔10.501（±0.544）g/kg〕 > Mg〔2.173（±0.256）g/kg〕 > P〔0.618（±0.062）g/kg〕。成熟叶和衰老叶N/P分别为17.206±2.514和17.131±1.785，两者之间无显著差异。

就冠层养分含量而言，成熟叶和衰老叶均呈现冠层上部叶片N含量显著大于冠层下部；成熟叶冠层上部K含量显著高于冠层下部。成熟叶和衰老叶P、Ca、Mg含量以及N/P在冠层之间并无显著差异。

2.2　千年桐不同冠层叶片养分再吸收率

不同冠层千年桐叶片养分再吸收率的差异见图 2。千年桐叶片N（47.136%±1.213%）、P（46.893%±3.881%）、K（47.001%±1.613%）、Mg（51.070%±3.313%）的养分再吸收率较为接近，均超过45% 以上。Ca再吸收率显著低于其他养分，仅有14.935（±3.191）%。除了Mg在冠层下部的再吸收率显著高于冠层上部外，其他叶片养分再吸收率在上、下冠层之间均不存在显著差异。

2.3　千年桐叶片养分再吸收率与衰老前后叶片养分含量的RDA分析

RDA分析表明，叶片N、P、K等养分含量较好地解释了千年桐叶片养分再吸收率的变化规律（图 3）。千年桐叶片养分含量的第一轴解释了变量的48.72%，第二轴解释了37.54%。千年桐N再吸收率与成熟叶N含量呈显著正相关，K再吸收率与衰老前后叶片K含量均呈显著负相关，Ca再吸收率与成熟叶Ca含量呈显著正相关，而与衰老叶Ca含量呈正相关。

2.4　千年桐叶片养分再吸收率与土壤养分含量的RDA分析

从图 4可以看出，土壤养分含量的前两个轴占比千年桐养分再吸收率总变化的85.05%。叶片N再吸收率与土壤水解N呈显著正相关；叶片P再吸收率与土壤C/N呈负相关；叶片K再吸收率与土壤全K呈显著负相关，而与土壤速效K呈显著正相关。

3　讨论

叶片生长高峰期需要大量的蛋白质和核酸，植物会加强对N、P的选择吸收，当叶片开始衰老时，叶片养分由于营养物质的转移和光合作用在碳水化合物增加的同时产生了稀释效应而逐渐降低^[17]。本研究发现，千年桐叶片N、P、K、Ca和Mg元素含量均随着叶片的衰老显著降低，均产生明显的养分再吸收现象。N和P是限制植物生长的关键营养元素，N/P常被用于指示外界环境对植物的生长限制性^[18-19]。千年桐成熟叶片N含量为19.833（±1.237）g/kg，高于我国东南部42种木本植物（18.58 g/kg）和全球1 251种陆生植物的N含量（18.3 g/kg）；成熟叶片P含量为1.177（±0.199）g/kg，低于我国东南部木本植物（2.24 g/kg）与全球陆生植物的P含量（1.42 g/kg）^[20-21]。该地区植物具有亚热带典型的高N、低P特征，千年桐成熟叶和衰老叶的N/P分别为17.206±2.514和17.131±1.785，也表明千年桐生长受P限制^[22]。有研究表明，生长受P限制的植物，其P的养分再吸收率会更高^[23]，而在本试验中千年桐NRE为46.893（±3.881）%，低于全球陆地森林生态系统的P再吸收率64.9%^[24]，表明限制性养分并未提高千年桐对该养分的再吸收率。原因可能是除了生境条件会对植物养分再吸收效率产生一定影响外，不同植物长期的适应进化也会使养分吸收利用的效率存在差异^[25]。

Ca在植物的生长发育中处于中心调控地位，对维持细胞壁、细胞膜和膜结合蛋白的稳定性，调节无机离子运输等具有重要作用^[26]。前人对湿地松、尾巨桉^[27]的研究发现衰老叶片Ca含量出现富集，而本研究中成熟叶片Ca含量显著高于衰老叶，与前人研究结果相悖。这可能是由于立地条件和树种内禀遗传特性共同影响了树种叶片的金属元素含量。亚热带酸性红壤中Ca²⁺流失严重，因此千年桐在酸性土壤或盐基饱和度较低的土壤上生长容易发生缺钙现象^[28]。有研究表明，除了叶片之外，植物的其他组织器官也可以进行养分再吸收^[29]，千年桐叶柄较长，且叶柄会随着叶片衰老而凋落^[30]，在衰老凋落过程中会加剧木质化和纤维化，大多数Ca分布于细胞壁上，是细胞壁的重要组分^[31]，由此推测生长末期千年桐叶片Ca含量的减少可能是由于千年桐叶柄发生了养分再吸收。因此养分再吸收不仅是植物保存养分的重要机制，也是影响植物养分含量的主要原因。

树冠结构特征导致叶片所处的微环境不同，同一株植物不同冠层也可能存在不同的养分利用机制^[32]。本研究表明，不同的养分在冠层上、下部之间有所差异。衰老前后叶片N元素在上、下冠层具有显著差异，均表现为冠层上部显著高于冠层下部。叶绿素含量与叶片含氮量密切相关^[33]，叶绿素含量能够反映植物的光合生产能力，上冠层N元素含量高于下冠层可能是由于冠层顶部光照充足，温度较高且没有遮挡^[34]。在本试验中发现成熟叶冠层上部K元素显著低于冠层下部，衰老前后冠层上部Ca含量和Mg含量均低于冠层下部。这可能是由于K、Ca和Mg元素易于转移，N元素和P元素不易被淋洗^[35]，因此K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺被大气降雨从森林冠层淋洗而出造成养分损失^[16]，且上冠层淋溶损失高于下冠层。

有研究表明，养分元素再吸收效率与叶片养分浓度和土壤养分含量具有一定关系^{[30, 36]}。本研究结果表明，N元素再吸收效率与成熟叶中N元素含量呈显著正相关关系，且与土壤水解N含量呈显著正相关。养分再吸收率取决于叶养分库与其他养分库之间的养分转移^{[33, 37]}，在千年桐生长高峰期，因为植物对养分的需求增大，加快了木质部液流速率，使营养物质从旧叶转移到新叶，进而提高了千年桐对养分吸收的效率^[38]。养分再吸收效率不仅与营养元素的获取途径相关，还与生境条件有关，养分再吸收与叶片养分浓度也会呈现不相关关系^[17]，正如本研究中P、Mg养分再吸收效率并未与衰老前后叶片养分浓度表现出相关性。此外，千年桐养分含量的调节主要是依赖于养分再吸收的方式，而不是靠从土壤中直接吸收^{[35, 39]}，因此一些养分的再吸收效率与土壤相关养分含量并不相关。

4　结论

千年桐叶片主要养分均表现为衰老叶养分含量显著低于成熟叶，衰老叶并未出现养分富集的现象。树冠微环境呈现一定的养分差异，如成熟叶冠层上部叶片N含量〔20.933（±0.321）g/kg〕显著大于冠层下部〔18.833（±0.643）g/kg〕；成熟叶冠层上部钾含量〔22.143（±1.139）g/kg〕显著高于冠层下部〔16.545（±0.956）g/kg〕。对千年桐养分再吸收率的研究结果表明，千年桐Ca再吸收率（14.935%±3.191%）显著低于其他养分，除了Mg在冠层下部的再吸收率（57.438%±5.865%）显著高于冠层上部（44.702%±3.036%）外，其他养分再吸收率在上、下冠层之间差异不大。养分再吸收与叶片及土壤养分具有一定关联，主要表现为K再吸收率与衰老前后叶片K含量均呈显著负相关，与土壤全K呈显著负相关，与土壤速效K呈显著正相关。Ca再吸收率与成熟叶Ca含量呈显著正相关。N再吸收率与土壤水解N呈显著正相关。