不同林分類型葉片穩(wěn)定碳、氮同位素的變化特征

馬銳豪　樊偉　王斐　夏開　溫正宇　徐小牛

摘要： 為了解各種生物及非生物因素對植物葉片穩(wěn)定碳、氮同位素含量的影響，研究了蔡家橋林場內(nèi)馬尾松次生林（PM-SF）、濕地松人工林（PE-P）及杉木人工林（CL-P），不同葉齡葉片的養(yǎng)分（C、N、P、K、Ca、Mg）含量及其化學(xué)計量比與穩(wěn)定碳同位素（δ13C）、穩(wěn)定氮同位素（δ15N）含量的關(guān)系，探討植物葉片δ13C、δ15N含量變異特征。結(jié)果表明，各林型葉片δ13C含量隨葉齡變化不顯著，葉片δ15N含量隨葉齡的增大而減小?？傮w上，馬尾松次生林葉片δ13C、δ15N含量均高于濕地松人工林及杉木人工林。多元回歸分析結(jié)果表明，葉片養(yǎng)分含量、葉齡和林型的共同影響分別解釋葉片δ13C、δ15N含量變化的83.94%和83.00%。相關(guān)性分析結(jié)果表明，葉片δ13C含量與N含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與C含量/N含量呈顯著負相關(guān)關(guān)系;δ15N含量與N、P、K含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與Ca含量、C含量/N含量呈顯著負相關(guān)關(guān)系?？傮w來看，植物葉片對碳、氮同位素的分餾受林分類型、葉齡、營分元素含量等多種因素的影響，不同林型條件下，環(huán)境和養(yǎng)分因子的變化在一定程度上反映并影響了植物葉片δ13C、δ15N含量的變化特征。

關(guān)鍵詞： 穩(wěn)定碳、氮同位素;林型;葉齡;營養(yǎng)元素

中圖分類號： S718.3 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1000-4440（2022）01-0102-09

Abstract： In order to understand the effects of various biotic and abiotic factors on contents of stable carbon isotope and stable nitrogen isotope in plant leaves， the relationship between nutrients （C， N， P， K， Ca， Mg） contents and their stoichiometric ratios and the contents of stable carbon isotope （δ13C） and stable nitrogen isotope （δ15N） in leaves at different foliar ages of Pinus massoniana secondary forest （PM-SF）， Pinus elliottii artificial forest （PE-P） and Cunninghamia lanceolata artificial forest （CL-P） in Caijiaqiao Forest Farm were analyzed， and the variation characteristics of δ13C and δ15N contents in plant leaves were discussed. The results showed that， with the change of foliar ages， the change of foliar δ13C contents of different forest types was not significant， but the foliar δ15N content of different forest types decreased with the increase of foliar age. The foliar δ13C and δ15N contents of Pinus massoniana secondary forest were higher than those of the two artificial forests on the whole. Multiple regression analysis suggested that， the combined effects of foliar nutrient contents， foliar age and forest type could explain 83.94% and 83.00% of the foliar δ13C and δ15N contents， respectively. Results of the correlation analysis showed that， the foliar δ13C content was in significant positive correlation with N content， and was in significant negative correlation with the ratio of C content and N content; the foliar δ15N content was in significant positive correlation with N content， P content and K content， and was in significant negative correlation with Ca content， C content and the ratio of C content and N content. In conclusion， the fractionation of carbon and nitrogen isotopes in plant leaves is affected by multiple factors including forest type， foliar age and contents of nutrient elements， and the variation of environmental and nutrient factors can reflect and affect the change properties of foliar δ13C and δ15N contents to some extent under different forest types.

Key words： stable carbon and stable nitrogen isotopes;forest type;foliar age;nutrient element

近年來，穩(wěn)定碳氮同位素作為研究植物生理生態(tài)學(xué)最有力的工具之一，廣泛應(yīng)用于研究森林演替及植物生長發(fā)育不同階段對陸地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的潛在影響[1]，為研究植物生理過程提供了可靠的手段。碳同位素的分餾廣泛存在于陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程中。植物體內(nèi)碳同位素的分餾主要是葉片通過光合作用，對13CO2進行識別并排除的結(jié)果。穩(wěn)定碳同位素（δ13C）作為植物長期水分利用效率的指標(biāo)，能夠表現(xiàn)其一生中氣孔導(dǎo)度、CO2同化和蒸騰作用的累積效應(yīng)，進而表征植物的生長規(guī)律及其生理特性[2]。對常綠樹種而言，葉齡是控制植物養(yǎng)分積累和吸收的關(guān)鍵因素[3]。在葉片生長發(fā)育的過程中，δ13C含量很大程度上會受到養(yǎng)分狀況的影響。其中，C、N、P、K、Ca、Mg等葉片功能元素參與蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸、核糖核酸的合成及葉片器官的形成，間接影響光合作用能力，在葉片δ13C的分餾過程中起著關(guān)鍵作用[4]。

穩(wěn)定氮同位素（δ15N）技術(shù)經(jīng)常被用于評估植物群落的氮素利用效率、指示生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的模式[5]，描述植物種間競爭以及氮素的吸收特征[6]，表現(xiàn)植被類型變化后植物體內(nèi)的氮循環(huán)效率。δ15N通常作為反映不同過程中氮素組成的重要示蹤劑，用以表現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中植物氮素的利用率、有效性、氮素流失途徑及其損失量等[7]。

過去的幾十年里，中國經(jīng)歷了巨大的土地利用變化，森林資源不斷豐富，包括原始林、次生林及更為符合經(jīng)營目的的人工林[8]。不同的森林群落不僅會影響?zhàn)B分元素的生物地球化學(xué)循環(huán)[9]，也會影響穩(wěn)定同位素特征，進而導(dǎo)致植物在生理生態(tài)特性、養(yǎng)分需求和生長發(fā)育特征等方面的變化[10]。在全球或區(qū)域尺度上，已有不少研究關(guān)注了自然或人工控制條件下葉片δ13C和δ15N的特征[11-12]，而對于不同林分類型（林型），δ13C和δ15N的含量隨植物葉片習(xí)性、物候特征尤其是隨葉齡等中等尺度上變化的研究尚不完整[13]。為此，本研究就中國亞熱帶馬尾松（Pinus massoniana）次生林（PM-SF）、濕地松（Pinus elliottii）人工林（PE-P）、杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林（CL-P）3種林型不同葉齡的葉片養(yǎng)分元素及穩(wěn)定碳、氮同位素的變化特征進行分析，探討不同林型在中等尺度（即葉齡）上葉片營養(yǎng)狀況的改變，進而加深對植物生長發(fā)育特點的理解，并通過評估人工林的建立對生態(tài)系統(tǒng)中植物營養(yǎng)狀況的影響，為森林可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗林場概況

試驗地位于安徽省旌德縣國營蔡家橋林場，地處黃山北麓（118°30′E，30°20′N），經(jīng)營總面積為3 576.7 hm2。試驗地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，光照充足，四季分明。年平均氣溫16 ℃，近10年的年平均降水量為1 522.7 mm，年均蒸發(fā)量約1 257.0 mm，年均相對濕度70%。土壤以山地黃壤為主，植被豐富，森林覆蓋率達85%。地帶性植被為亞熱帶常綠針葉林、闊葉林，經(jīng)長期森林經(jīng)營，大面積的馬尾松次生林被杉木、濕地松、檫木（Sassafras tzumu）、楓香（Liquidambar formosana）、毛竹（Phyllostachys heterocycla）等人工植被所替代。

2020年8月，在蔡家橋林場內(nèi)選取馬尾松次生林及其采伐后營造的杉木、濕地松人工林為研究對象，選擇立地條件相似的林型，每個林型設(shè)置3個20 m×20 m獨立的重復(fù)樣地，共9個樣地，用于植物樣本的采集。各林型樣地概況如表1所示。

1.2 植物鮮葉的采集與處理

在每個樣地內(nèi)進行每木測量，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)平均標(biāo)準(zhǔn)木法在各樣地內(nèi)隨機選取4～5棵健康的標(biāo)準(zhǔn)木，用高枝剪從樹冠的上部、中部和下部沿4個方向收集馬尾松、杉木、濕地松的活枝，運用“節(jié)點法”按照不同葉齡（當(dāng)年生、一年生、二年生）采集鮮葉[14]。分別將每個樣地內(nèi)相同葉齡的新鮮葉片混合裝袋并帶回實驗室，將鮮葉放入65 ℃的烘箱中烘干至恒質(zhì)量（>48 h），然后使用微型植物粉碎機磨碎后過100目篩，放入自封袋中保存后待測。

利用同位素質(zhì)譜儀（Thermo Scientific Delta V Advantage，Germany）聯(lián)用的元素分析儀（EA-IRMS）系統(tǒng)測定植物葉片樣品的穩(wěn)定碳同位素（δ13C）含量和穩(wěn)定氮同位素（δ15N）含量：ω（δ13C）=（RSP/Rsd-1）×100%，ω（δ15N）=（RSP/Rsd-1）×100%，式中，R為13C/12C或15N/14N，Rsp為樣品的R值，Rsd為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的R值;碳同位素以國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)PDB（Pee dee belemnite）為標(biāo)準(zhǔn)，氮同位素以標(biāo)準(zhǔn)大氣中的N2為標(biāo)準(zhǔn)。穩(wěn)定碳、氮同位素組成的內(nèi)標(biāo)精密度（標(biāo)準(zhǔn)差）分別優(yōu)于0.08%和0.020%。

樣品碳（C）和氮（N）含量使用元素分析儀（EA3000 Vector， Italy）測定。葉片磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）和鎂（Mg）含量用HNO3∶HClO4=3∶1（體積比）法消煮后，分別用流動注射分析儀（FIA Star 5000， FOSS， Denmark）和原子吸收分光光度計（AA6300， Shimadzu， Japan）進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)葉齡（當(dāng)年生葉齡、1年生葉齡、2年生葉齡）和林分類型（馬尾松次生林、濕地松人工林、杉木人工林）分組，運用Excel 2013對數(shù)據(jù)進行整理，計算所有參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。采用雙因素方差分析和Tukey檢驗，比較葉片δ13C、δ15N含量及各營分元素在不同葉齡和林型中的差異。通過單因素方差分析和LSD檢驗分析林型和葉齡對植物葉片營分元素及δ13C、δ15N的影響，隨后采用逐步多元回歸法評估各因子的相對重要性并建立回歸模型。運用Pearson相關(guān)系數(shù)來檢驗各因子之間的相關(guān)性。使用軟件R 3.6.1和SPSS 22.0進行統(tǒng)計分析，并用軟件Origin 2018繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 林型和葉齡對葉片δ13C、δ15N含量的影響

林型對葉片δ13C含量呈極顯著的影響（P<0.01）。當(dāng)年生葉中，馬尾松δ13C含量（-29.15‰）顯著高于濕地松（-3.112%）;一年生葉中，各林型的葉片δ13C含量無顯著差異;二年生葉中，濕地松葉片δ13C含量（-3.134%）顯著低于馬尾松（-2.887%）和杉木（-2.957%）（圖1）?？傮w上，葉片δ13C含量呈馬尾松（-2.909%）>杉木（-2.978%）>濕地松（-3.109%）的趨勢。葉齡對葉片δ13C含量無顯著影響（P=0.879）（表2），隨著葉齡的增加各林型植物葉片δ13C含量變化都不相同。

林型和葉齡對葉片δ15N含量都呈極顯著的影響（P<0.01）（表2）。當(dāng)年生葉中，馬尾松葉片δ15N含量（-0.237%）和濕地松葉片δ15N含量（-0.327%）顯著高于杉木（-0.371%）;而一年生葉中，各林型植物葉片δ15N含量并無顯著差異;在二年生葉中，馬尾松葉片δ15N含量（-0.371%）和杉木葉片δ15N含量（-0.425%）顯著高于濕地松葉片δ15N含量（-0.441%）（圖1）。各林型葉片δ15N含量都隨葉齡的增大而減小，除馬尾松次生林各葉齡葉片δ15N含量差異顯著外，濕地松人工林和杉木人工林各葉齡葉片δ15N含量差異均不顯著。林型與葉齡的交互作用對植物葉片穩(wěn)定碳、氮同位素含量均無顯著影響（P>0.05）（表2）。

2.2 林型和葉齡對葉片營養(yǎng)元素含量的影響

林型對葉片營養(yǎng)元素C、N、P、K、Ca、Mg含量均有極顯著的影響（P<0.01）。葉齡對葉片C含量（P=0.108）、Mg含量（P=0.584）無顯著影響（表3）。除當(dāng)年生葉片外，杉木葉片C含量顯著低于馬尾松及濕地松葉片C含量，而杉木各葉齡葉片Mg含量均顯著高于馬尾松及濕地松葉片（表4）。林型和葉齡對葉片N、P、K、Ca含量均有顯著影響（P<0.01）（表3），且在同一林型中隨葉齡增大而減小。林型和葉齡的交互作用對葉片C含量（P=0.852）、N含量（P=0.651）、P含量（P=0.581）、K含量（P=0.848）、Ca含量（P=0.961）和Mg含量（P=0.504）均無顯著影響（表4）。

林型和葉齡對葉片ω（C）/ω（N）和ω（N）/ω（P）比值均有極顯著影響（P<0.01），在同一林型下隨葉齡的增加而增加。而同一葉齡下，濕地松葉片的ω（C）/ω（N）顯著高于馬尾松和杉木，總體上呈濕地松（53.96）>杉木（40.02）>馬尾松（36.36）的趨勢;除當(dāng)年生葉片外，同一葉齡不同林型的葉片ω（N）/ω（P）均有顯著差異（表4）。林型和葉齡對葉片ω（P）/ω（K）無顯著影響（P=0.276，P=0.884）（表3）。林型和葉齡的交互作用對葉片ω（C）/ω（N）（P=0.958）、ω（N）/ω（P）（P=0.135）和ω（P）/ω（K）（P=0.549）均無顯著影響（表3）。

2.3 葉片δ13C、δ15N含量與養(yǎng)分因子之間的關(guān)系

對葉片δ13C、δ15N含量與養(yǎng)分因子進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表5所示。葉片δ13C含量與ω（C）/ω（N）呈顯著負相關(guān)關(guān)系，與N含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。葉片δ15N含量與N、P含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與K含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系;葉片δ15N含量與Ca含量呈顯著負相關(guān)關(guān)系，與ω（C）/ω（N）呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。

葉片C、N、P、K含量間在各林型及葉齡下都有極顯著的相關(guān)性，而葉片中Mg含量只與C含量（負相關(guān)）和Ca含量（正相關(guān)）有極顯著的相關(guān)性，葉片Ca含量只與Mg含量有極顯著的相關(guān)性（圖2）。表明葉片中的Mg和Ca含量與其他養(yǎng)分含量沒有較強關(guān)聯(lián)。

2.4 林型、葉齡和葉片養(yǎng)分含量對δ13C、δ15N含量的相對重要性

模型1至模型4分別以養(yǎng)分因子、養(yǎng)分因子+葉齡、養(yǎng)分因子+林型、養(yǎng)分因子+葉齡+林型為自變量，以葉片δ13C、δ15N含量為因變量建立多元回歸模型，采用逐步回歸法盡可能消除其共線性的潛在影響（模型自動納入P<0.05的變量，排除P>0.10的變量）。總體上，4個多元回歸模型對葉片δ13C含量的解釋度為模型4（83.94%）>模型3（82.89%）>模型2（66.18%）=模型1（66.18%）。模型2與模型1對δ13C含量的解釋度相同，表明當(dāng)葉齡與養(yǎng)分因子共同作為自變量時，僅有養(yǎng)分因子對δ13C含量具有解釋作用。4個模型對葉片δ15N的解釋度為模型4（83.00%）>模型3（79.02%）>模型2（75.16%）>模型1（70.31%）（表6）。上述結(jié)果中，模型4即以養(yǎng)分因子+葉齡+林型為因變量時，對葉片δ13C、δ15N含量的解釋度最大，表明了林型與葉齡對于解釋葉片δ13C、δ15N含量的變化具有一定的重要性。

3 討論

3.1 林型和葉齡對葉片δ13C含量的影響

本研究中，3種林分葉片δ13C含量為-3.157%～-2.840%，且林型對植物葉片δ13C含量的影響極顯著。以往研究結(jié)果表明，C3植物光合作用過程中碳同位素的分餾導(dǎo)致葉片δ13C含量介于-3.2%～-2.2%[15]，與本研究所測得的葉片δ13C含量范圍基本一致。植物在光合作用過程中分餾較重的同位素13C，尤其是葉片細胞質(zhì)優(yōu)先吸收12C，導(dǎo)致植物葉片胞間13C貧化，使葉片中的碳同位素比率（13C/12C）低于大氣中CO2的碳同位素比率[16]。植物對碳同位素的分餾作用使葉片δ13C含量與植物細胞內(nèi)外CO2濃度之比（Ci/Ca）呈線性相關(guān)，并受葉片電導(dǎo)率、RuBP羧化效率和其他影響植物生理生化的環(huán)境因素的影響[17]。因此，不同植物的光合能力以及它們對環(huán)境的耦合反應(yīng)不同，其葉片δ13C含量會有所差異[18]。此外，葉片δ13C含量在很大程度上受到植物的生活型和系統(tǒng)發(fā)育類型的影響[19]。本研究中，林型對葉片δ13C含量的影響極顯著（P<0.01）。主要是由于濕地松人工林及杉木人工林均為馬尾松天然林間伐后重建的，與馬尾松次生林相比，2種人工林不同的管理措施以及其本身具有高度的立地特異性，導(dǎo)致3個林型間林分結(jié)構(gòu)、林齡、樹高、林分密度等均有較大差異，從而對葉片δ13C含量產(chǎn)生了較大的影響。

以往研究結(jié)果已經(jīng)證實，葉片δ13C含量隨葉齡的增大而下降[20]。新生葉片生長相對較快，需要合成大量有機物以滿足其生長發(fā)育的需求，導(dǎo)致葉片細胞間CO2濃度處于饑餓狀態(tài)，對13CO2的分餾減少;而在葉片的外部形態(tài)和生理代謝功能趨于成熟后，植物逐漸能夠有效辨別并排除13CO2[21]。因此，新生葉片的13C更加富集，成熟甚至衰老葉片中的13C相對貧化。然而，植物對13CO2的分餾不僅受其自身新陳代謝影響，降水、光照等環(huán)境條件，也能夠影響植物固定CO2過程中對同位素的辨別[22]。本研究取樣時間為2020年8月底，當(dāng)年5-6月，研究地剛受到洪澇災(zāi)害（987.2 mm）。洪水通過降低植物根系導(dǎo)水率，降低了葉水勢從而導(dǎo)致葉片氣孔導(dǎo)度下降，當(dāng)植物受到短時間持續(xù)的洪澇影響時，氣孔導(dǎo)度的降低對葉片δ13C含量的影響較大，導(dǎo)致植物葉片對13C的辨別排除減少，使葉片δ13C含量上升[23]。因此，由于非生物和生物因子之間復(fù)雜的相互作用，導(dǎo)致本研究中葉齡對葉片δ13C含量無顯著影響，且隨葉齡的增大葉片δ13C含量并無明顯的變化趨勢。

3.2 林型和葉齡對葉片δ15N含量的影響

本研究中，林型和葉齡對葉片δ15N含量均有極顯著的影響。總體上，馬尾松次生林各葉齡葉片δ15N含量高于2個人工林。植物葉片δ15N的變化特征能夠表現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)短期內(nèi)的氮素有效性及其運轉(zhuǎn)軌跡[24]。當(dāng)土壤的氮素供應(yīng)相對于植物需求更高時，氮會以無機氮的形式在土壤氮庫中積累，較大的土壤NH+4庫增加了以NH3形式的揮發(fā)、反硝化產(chǎn)生的N2揮發(fā)及不完全硝化產(chǎn)生的NO-3淋失，從而加大土壤氮同位素的分餾，增加土壤無機氮庫中δ15N含量，植物δ15N含量也會隨著土壤中δ15N含量的增加而增加[25]。Bai等[26]的研究結(jié)果表明，間伐林分的葉片δ15N含量高于未間伐林分。此外，間伐后的林分冠層密度下降，林地內(nèi)留存下來的植物對氮素的吸收增多，導(dǎo)致葉片δ15N富集[27]。本研究中經(jīng)砍伐后（馬尾松次生林）的林分密度降低，土壤氮素供應(yīng)相對于植物需求更高，較高的氮素吸收使得馬尾松葉片內(nèi)δ15N含量升高，因此馬尾松次生林葉片δ15N含量顯著高于濕地松及杉木人工林。另一方面，植物通過減少從菌根真菌中吸取養(yǎng)分所消耗的氮來降低其對菌根真菌的依賴性，植物的氮素利用率越高對菌根真菌的依賴性就越弱[28]。杉木為具有叢枝菌根的淺根系樹種，對氮素的吸收能力弱于馬尾松及濕地松這類具有外生菌根且深根系樹種，進一步證實了葉片δ15N含量與植物的氮素吸收能力密切相關(guān)[29]。

植物對碳同位素的分餾是通過對空氣中CO2的固定或內(nèi)部碳水化合物的轉(zhuǎn)移進行，而氮同位素的分餾則是植物通過對氮素的同化及再分配引起的[30]。植物在對無機氮的同化過程中，較重的同位素15N被“識別”并結(jié)合為化合物在內(nèi)部進行轉(zhuǎn)移。本研究中，各林分葉片δ15N含量隨葉齡的增加而減少。常綠針葉樹種的葉片木質(zhì)素含量通常隨葉齡的增加而增加，木質(zhì)化細胞壁厚度的增加導(dǎo)致植物組織內(nèi)部運輸養(yǎng)分的能力降低[31]。因此，對于常綠樹種而言，葉齡是控制植物養(yǎng)分積累和吸收的關(guān)鍵因素。此外，本研究中，葉片δ15N與N含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而氮作為植物進行光合作用的關(guān)鍵營養(yǎng)元素，通常從成熟葉片轉(zhuǎn)移到更年輕的葉片中[32]。有研究結(jié)果表明，植物葉片在生長過程中其主要的含氮化合物會發(fā)生顯著變化，如蛋白質(zhì)、葉綠素等隨葉片衰老逐漸被降解[33]。在這樣的降解過程中，較輕的氮同位素（14N）更易參與反應(yīng)而貧化，同時，隨著基質(zhì)不斷降解（如葉綠體酶的高級降解），化合物中δ15N豐富的部分將被輸送至更年輕的葉片中，導(dǎo)致15N富集。

3.3 葉片δ13C、δ15N含量與養(yǎng)分含量的關(guān)系

近年來，許多研究者開始關(guān)注葉片δ13C含量與養(yǎng)分之間的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)葉片營養(yǎng)元素含量與氣孔導(dǎo)度或光合能力有關(guān)，因此它們可能與δ13C含量也存在某種關(guān)聯(lián)。本研究中，葉片N含量與δ13C含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明植物的光合作用能力隨葉片氮濃度的升高而增強[34]。葉片ω（C）/ω（N）比值能夠表現(xiàn)植物對C、N的吸收與利用，反映植物的生長及健康狀況[35]。本研究中葉片δ13C含量與ω（C）/ω（N）呈顯著負相關(guān)關(guān)系，與以往研究結(jié)果一致，表明植物通過降低氮素利用效率（NUE）獲取更高的水分利用效率（WUE）[36]。

植物中氮素的有效性以及植物吸收氮素后的分餾作用被認為是影響葉片δ15N含量的重要因素[37]。N和P同是植物的基本元素，也是各類蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)的重要組成元素，具有相似的生化途徑[38]，且在植物葉片中共同參與如光合作用、蒸騰作用、呼吸作用等生理生化過程[39]。Verboom等[40]的研究中，葉片P和K含量及其比值表現(xiàn)出密切聯(lián)系，植物對P和K的吸收影響了葉片N含量，并能夠通過植物葉片中的養(yǎng)分含量關(guān)系表現(xiàn)出來。Ca元素參與合成植物的細胞壁，且在韌皮部中的流動性較差，更易在細胞中積累，能夠穩(wěn)定表現(xiàn)植物葉片生長發(fā)育過程中養(yǎng)分的變化[41]。本研究中，葉片δ15N含量與N、P、K含量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與Ca含量之間呈顯著負相關(guān)關(guān)系，表明了不同林型間葉片δ15N含量的差異能夠反映植物營養(yǎng)元素含量的變化。

由多元線性回歸方程模型可知，影響δ13C含量的營養(yǎng)元素及其化學(xué)計量比為C、Ca、ω（C）/ω（N），影響δ15N含量的為P、K、Mg、Ca、ω（P）/ω（K），與相關(guān)性分析結(jié)果并不完全相同。這可能是由于林分類型與營養(yǎng)元素對葉片δ13C、δ15N含量的影響是交互的。本研究中林型對C、N、P、K、Ca、Mg含量及化學(xué)計量比ω（C）/ω（N）、ω（N）/ω（P）的影響均極顯著，且營養(yǎng)元素之間同樣存在較強的相互影響。表明林型與營養(yǎng)元素之間的相互作用可能直接影響葉片δ13C、δ15N含量，也可能分別通過影響植物的水分利用效率或葉片N含量，間接影響葉片δ13C、δ15N含量[42-43]。

4 結(jié)論

通過對蔡家橋林場馬尾松次生林、濕地松人工林及杉木人工林的植物葉片營養(yǎng)元素含量、穩(wěn)定碳、氮同位素含量及各種影響因子進行分析，得出以下結(jié)論：（1）不同林分類型及自然或人工控制條件下的植物δ13C分餾情況不同，且林型對葉片δ13C含量有極顯著的影響;（2）各林分葉片δ15N含量總體呈馬尾松次生林>濕地松人工林>杉木人工林的趨勢，各林分葉片δ15N含量均隨葉齡的增大而顯著減小;（3）葉片養(yǎng)分含量對δ13C、δ15N含量的影響較為顯著，且養(yǎng)分間的相互作用能夠通過碳、氮同位素含量反映;（4）根據(jù)多元回歸模型及相關(guān)性進行的相對重要性分析，林型和葉片ω（C）/ω（N）、N含量對葉片δ13C含量的變異起主導(dǎo)作用，葉齡、林型、ω（C）/ω（N）及N、P、K、Ca含量等因子對葉片δ15N含量有顯著或極顯著影響。綜合而言，葉片δ13C含量與環(huán)境因素關(guān)系密切，植物應(yīng)對環(huán)境產(chǎn)生的變化或與環(huán)境因素產(chǎn)生的耦合作用能夠通過葉片δ13C含量反映，而葉片δ15N含量則反映出了植物體內(nèi)的養(yǎng)分含量變化規(guī)律。

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（責(zé)任編輯：張震林）

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