一种利用比叶质量测定毛竹叶片单位面积氮素含量的方法与流程

1.本发明涉及植物元素测定技术领域，尤其涉及一种利用比叶质量测定毛竹叶片单位面积氮素含量的方法。


背景技术：

2.毛竹(phyllostachys pubescens)具有生长快、成材早、产量高、用途广、收益大等优点，是中国南方的重要森林资源，因其固碳能力远超普通林木，也是不断增大的碳汇。近年来，随着效益林业的实施，有近40％的毛竹林实现了集约化经营，毛竹林经营模式改变会对土壤碳的输出过程产生负面影响。如何更有效、更科学合理化经营现有面积毛竹林，降低大量氮肥等复合肥使用产生的环境污染和过分投入造成竹林土地退化，如何做到增加竹林生物量积累、碳同化增加的前提下减少氮肥使用，实现“双赢”，对进一步提升毛竹林生态系统固碳增汇能力显得尤为重要。由于全球变化加剧，极端气候事件的发生频率和强度增加，如何解决气候变化背景下的毛竹林集约经营和氮肥科学使用的绿色环保技术协同发展问题显得尤为迫切。
3.叶片作为重要的光合器官，是植物光合产物形成的主要场所。叶片干物质量与其叶面积之比定义为比叶质量(leaf mass per area，lma)，可以理解为叶片水平上光的截留成本。比叶质量是植物叶片关键叶性状之一，是植物生长的重要特征，也是植物生态学、农业和林业上广泛应用的，综合反应植物利用资源的能力以及适应环境的生长策略的重要指标。
4.氮素是植物生长发育不可缺少的重要营养元素，是森林生态系统生产力的重要限制因子。冠层叶片氮含量的垂直梯度分布是林木冠层重要、普遍特征之一。树木最大光合速率与叶片氮素含量、光辐射密切相关，单位面积叶片氮素的垂直分布梯度变化，被看作是碳同化过程中植物优化氮素利用的可塑性反应。一般而言，与荫蔽环境下叶片相比，处于较高光照条件下的叶片具有较大的比叶质量、单位叶面积氮素和单位面积光合能力。
5.现有竹林生产经营判别叶片氮素养分技术领域缺少绿色环保、低成本、便捷易操作的实践方法，尤其缺少基于叶片关键性状变异来快速判别叶片氮素含量的方法。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用比叶质量测定毛竹叶片单位面积氮素含量的方法，本发明提供的方法绿色环保、成本低、操作简单和快速测定毛竹叶片单位面积氮素含量。
7.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
8.本发明提供了一种利用比叶质量测定毛竹叶片单位面积氮素含量的方法，包括以下步骤：
9.测定毛竹叶片的干重和叶面积，得到毛竹的比叶质量；所述比叶质量的单位为g/m2；
10.将所述比叶质量代入公式得到毛竹叶片单位面积氮素含量，公式为：y＝0.0223x 0.0577，其中y为毛竹叶片单位面积氮素含量，单位为g/m2；x为比叶质量。
11.优选的，取10～15片毛竹叶片测定干重和叶面积，取平均值计算比叶质量。
12.优选的，采用winrhizo软件扫描处理得到毛竹的叶面积。
13.优选的，将所述毛竹叶片在80℃下烘至恒重，得到毛竹叶片的干重。
14.优选的，采用凯氏定氮法测定毛竹叶片单位质量氮素含量。
15.优选的，在晴朗无云的天气下获取毛竹叶片。
16.本发明的有益效果：
17.本发明提供的方法可以快速、环保、廉价地判别毛竹叶片单位面积氮素含量。并通过30～50个叶片单位面积氮素含量评估毛竹个体氮素营养状况及其季节和空间分配格局，可间接指导林分施肥管理。本发明提供的方法不需要化学试剂、操作便捷简单。
18.在本技术中，氮素是毛竹林生态系统生产力的重要限制因子。毛竹叶片单位面积氮素含量(n
area
)随冠层高度变化而变化，且梯度分布受生长季节影响。春季和夏季毛竹叶片氮素含量(n
area
)随冠层高度增加而增加。毛竹叶片氮素垂直分布梯度的存在性及其随生长季节的变化。毛竹叶片比叶质量(lma)与n
area
的相关性极显著，毛竹叶片n
area
和lma的冠层梯度分布均表现出相似变化趋势，说明毛竹叶片的lma的冠层梯度分布可以间接反映其n
area
的分布趋势。本发明提供的方法为全球气候背景下毛竹人工林可持续高效经营提供理论依据。
具体实施方式
19.本发明提供了一种利用比叶质量测定毛竹叶片单位面积氮素含量的方法，包括以下步骤：
20.测定毛竹叶片的干重和叶面积，得到毛竹的比叶质量；所述比叶质量的单位为g/m2；
21.将所述比叶质量代入公式得到毛竹叶片单位面积氮素含量，公式为：y＝0.0223x 0.0577，其中y为毛竹叶片单位面积氮素含量，单位为g/m2；x为比叶质量。
22.本发明优选取10～15片毛竹叶片测定干重和叶面积，取平均值计算比叶质量。本发明优选采用winrhizo(pro2007)软件扫描处理得到毛竹的叶面积。本发明优选将毛竹叶片在80℃下烘至恒重，得到毛竹叶片的干重，优选使用电子天平(精确度0.001g)称量毛竹的干重。本发明优选在晴朗无云的天气下获取毛竹叶片，获取方式没有特殊限定，本领域技术人员采用常规即可。
23.为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
24.实施例1
25.实施地点：浙江省黄公望森林公园庙山坞林场毛竹林，位于杭州西郊富阳区境内(119
°
56
′
～120
°
02
′
e，30
°
03
′
～30
°
06
′
n)。
26.试验区域面积：15公顷；
27.地形：属浙西低山丘陵区天目山系余脉；
28.气候：属于中亚热带季风气候区；
29.坡向：南坡、东南坡、东坡；
30.坡度：18-20度；
31.海拔高度：150m-220m；
32.年均降雨量：1441.9mm；
33.年均气温：16.1℃(最高气温40.2℃，最低气温-14.4℃)；
34.土壤属于酸性红壤；
35.该区域四季分明，气候湿润，光照充足。
36.试验区毛竹林为20世纪60年代种植，处于粗放经营的自然更新林。毛竹林密度为3875株
·
hm-2
，郁闭度0.95，竹株胸径分布在4.0-13.6cm之间，平均胸径为9.8cm，平均竹高13.2m。林下几乎没有灌木和草本，但地表覆盖一定的凋落物，平均厚度约2.0cm。每2年劈山1次，不施肥，不翻耕，只采挖春笋。
37.(1)叶片采集和相关指标测定：分别于2015年和2016年的每月中下旬选择晴朗无云的天气取样进行叶片氮素、比叶质量等指标的连续测定。在每块样地中分别选择长势一致、胸径大小相似的不同年龄毛竹各2株。借助野外临时搭建的梯子，分别针对各竹龄毛竹上、中、下三个冠层部位的向阳位置，用镰刀勾取阳生枝条，将所有叶片迅速采摘带回实验室，用于叶片比叶质量、养分含量的测定。
38.(2)测定叶片比叶质量：分别竹龄和冠层各取10～15片叶片测定比叶质量，分3次重复测定，最后取平均值。叶面积采用winrhizo(pro 2007)软件扫描处理获得。取样叶在80℃下烘24h至恒质量，用电子天平(精确度0.001g)称其干质量，计算比叶质量：lma(g
·
m-2
)＝叶片干质量/叶面积。
39.(3)叶片氮素含量测定：剩余叶样用烘箱烘干(处理方式同上)并磨碎过100目筛子用于叶片氮素含量的测定。叶氮含量测定采用foss凯氏定氮仪测定，供试样品经浓硫酸-过氧化氢溶液消煮后的消煮液用于全氮(n
mass
)测定。
40.(4)基于此数据集，采用线性回归分析法拟合并建立毛竹叶片单位面积氮素含量(y，g
·
m-2
)和比叶质量(x，g
·
m-2
)二者的线性相关方程：y＝0.0223x 0.0577，r2＝0.8575。
41.实施例2
42.实施地点：浙江省江郎山自然保护区毛竹林；
43.试验区域面积：15公顷；
44.坡位：北坡、东南坡；
45.坡度：25-28度；
46.海拔高度：400m-1500m；
47.年均降雨量：1820mm；
48.年均气温：17.1℃；
49.该区域四季分明，气候湿润，光照充足。
50.保护区植被组成情况：森林覆盖率达67.1％，自然植被有常绿阔叶林、针阔混交林、针叶林、灌丛4个组，7个类，15个群系。
51.海拔900m以下大多分布着木荷(schima superba)林、马尾松(pinus massoniana)林、杉木(cunninghamia lanceolata)林、毛竹(phyllostachys pubescens)林、次生灌丛以及其它植被类型。
52.试验测定树种：毛竹(phyllostachys pubescens)林内不同年龄个体；
53.测定方法：于2018年、2020年8月和11月，分别选择晴朗天气，采集江郎山自然保护区内自然分布毛竹林不同年龄个体毛竹的冠层中下部叶片20-30片。装入保鲜塑料袋，迅速带回室内用于测定比叶质量，方法同实施例1。
54.获取该保护区内毛竹林不同年龄个体叶片的比叶质量数据集，采用上述二者的线性相关方程：y＝0.0223x 0.0577，测定该区域内毛竹个体叶片单位面积氮素含量数据集，及时了解毛竹林养分状况，指导该区域毛竹林生产经营，即抚育管理包括养分管理。
55.该区域毛竹林叶片平均比叶质量38.6g
·
m-2
，平均单位面积叶片氮素含量为0.92g
·
m-2
。
56.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。