富含单宁的植物一般生长于酸性、贫瘠的立地条件下(Northup et al., 1995)，而单宁水平的升高会降低有机物的周转和矿化率，从而进一步降低立地质量(Chapin et al., 1986; Hobbie, 1992; Horner et al., 1988; Kuiters, 1990)。土壤pH值影响单宁与蛋白质和金属离子复合物的形成，单宁与黏土和腐殖质的相互作用，单宁的聚合反应及其溶解性(Kraus et al., 2003)。有研究认为：在pH值等电点附近蛋白质与单宁的结合能力最强(Hagerman et al., 1981; Osborne et al., 2001)。还有研究发现：在低pH值条件下，单宁与蛋白质复合物的形成和抵御分解的能力最强(Benoit et al., 1968a；1968b；Martin et al., 1983)。Davies等(1964)研究表明：与生长在较高pH值土壤上植物叶片中单宁-蛋白质复合物相比，生长在酸性、贫瘠土壤上同种植物叶片中单宁-蛋白质复合物具有更强的抵御氨化作用的能力。单宁在酸性条件下比在中性和碱性条件下对氮循环的影响更为显著。但也有研究显示：叶片单宁含量随着土壤pH值的升高呈上升趋势(Kraus et al., 2004)。

短枝木麻黄(Casuarina equisetifolia)是一种生长于贫瘠、酸性滨海沙地上富含单宁的固氮树种，是我国东南沿海防护林中的主要造林树种，在防风固沙、改善当地生态环境方面发挥着重要作用。木麻黄长期适应干旱缺水的滨海沙地环境，使其形态结构特征发生一系列的变化，叶片严重退化成鳞片状，由小枝(叶状枝)代替叶片行使光合、蒸腾等生理功能，其体内较高的单宁含量与其所处的立地条件有关。随着大气污染中酸雨的危害越来越严重，土壤pH值有进一步降低的趋势，而pH值除直接影响单宁的形成之外，还会通过影响养分有效性间接影响到单宁的形成，从而影响到木麻黄沿海防护林生态系统的养分循环。本文将pH值和养分结合起来，探讨两者及其交互作用对短枝木麻黄小枝中单宁、淀粉和可溶性糖等其他有机物形成的影响及它们之间的关系，从酸度和养分效应的角度探讨单宁的形成机制，以预测小枝中较高的单宁含量对短枝木麻黄人工林生产力的保持和生态系统养分循环的影响。

1 材料与方法 1.1 试验材料

短枝木麻黄小枝。于2006年9月取1年生10 cm左右长度的短枝木麻黄小枝扦插，生根后栽入营养袋进行常规管理。

1.2 试验设计

2008年3月在福建省林业科学研究院苗圃内进行盆栽试验，将生长状态基本一致的1.5年生扦插苗[平均苗高(128.74 ± 22.15) cm，平均地径(0.80 ± 0.13) cm]移栽到35 cm × 28 cm的塑料盆中(每盆1株，每个处理9盆，每次取样随机选择3盆作为3个重复)，栽培基质为1:1体积比配制的红壤和河沙混合基质，每盆基质用量5 kg，并进行除草和浇水等常规管理。该处理中氮肥和磷肥都为2个水平(0，2 g·pot^-1)，氮肥为福建石化集团三明化工有限责任公司生产的尿素，含氮量46.4%，磷肥为湖北钟祥市磷化有限公司生产的过磷酸钙，含P₂O₅12%；pH值为3个水平，分别为3，5和7(用HCl配制pH 3和5的水溶液，pH 7的水溶液用自来水代替)，定殖后定时、定量浇相应pH值的水溶液，每次浇透，定期用酸度计测定土壤中的pH值。所有处理共计108盆。具体处理条件如表 1所示。

1.3 化学分析方法

短枝木麻黄幼苗小枝总酚含量的测定采用普鲁士蓝法(Graham, 1992)；可溶性缩合单宁采用正丁醇-盐酸法(Terrill et al., 1992)。总酚以单宁酸为标准物，可溶性缩合单宁以纯化的木麻黄小枝缩合单宁为标准物。可溶性糖和淀粉含量的测定采用蒽酮比色法，分别以市售分析纯蔗糖和淀粉作为标准物；叶绿素和类胡萝卜素含量采用比色法(叶宝兴等, 2007)。各指标在处理90和180天后各测定1次。

1.4 数据处理与分析

测得的数据应用Excel软件统计、处理，采用SPSS for Windows 15.0在单因素方差分析(One-Way ANOVA)的基础上，利用多重比较的方法(S-N-K)检验不同处理间短枝木麻黄小枝中总酚、可溶性缩合单宁等含量的差异；以处理时间、pH值、氮肥和磷肥4个因素，分别对各物质含量的影响进行单变量多因素方差分析(univariate analysis of variance)和Tukey HSD多重比较；采用SPSS for Windows 15.0进行相关分析(包括线性相关分析和偏相关分析)。

2 结果与分析 2.1 总酚含量的变化

养分和pH值对短枝木麻黄小枝总酚含量的影响如图 1所示。处理90天后(图 1A)，总酚含量介于(119.20±8.14)~(221.02± 33.65)mg·g^-1之间，各施肥处理间其含量在pH 3和pH 7下没有显著差异，而在pH 5时，施磷肥时总酚的含量最高(221.02±33.65) mg·g^-1，施氮肥最低(119.20±8.14) mg·g^-1，表明氮肥缺乏会促进总酚的形成。与处理90天后的水平相比，处理180天后总酚含量[(158.50±11.98)~(218.44±14.37) mg·g^-1]在pH 7处理下显著升高，而在酸性条件下(pH 3和pH 5)的变化不显著(图 1B)。多因素方差分析表明：处理时间的长短、氮肥和pH值均对总酚含量有显著影响(P < 0.05)(表 2)。氮肥和pH值分别与总酚含量呈显著负相关和正相关(表 3)，即施入氮肥的量越高和pH值越低，总酚的含量越低。

2.2 可溶性缩合单宁含量的变化

处理90天后，可溶性缩合单宁含量介于(178.49±78.36)~(332.04± 25.02) mg·g^-1之间，且施加氮肥后显著降低，而在对照和单独施加磷肥的处理中较高(图 2A)；随着处理时间的延长，其含量在处理180天后降低到(77.70±15.07)~(234.83±79.29) mg·g^-1(图 2B)。处理时间的长短和养分(尤其是氮肥)效应对可溶性缩合单宁含量具有显著影响(表 2)。pH值与氮肥的交互效应对可溶性缩合单宁的影响显著，而与磷肥的交互效应不显著。由于交互效应的存在，不同施肥处理中，pH的影响并不一致。偏相关分析的结果表明：随着处理时间的延长和氮肥水平的升高，可溶性缩合单宁的含量显著降低(表 3)。

2.3 可溶性糖和淀粉含量的变化

酸度处理90天后，短枝木麻黄小枝中可溶性糖和淀粉的含量分别介于(54.46±10.84)~(86.57±20.33) mg·g^-1(图 3A)和(10.92±1.06)~(19.17±9.61) mg·g^-1(图 3C)之间，可溶性糖的含量显著高于淀粉，与对照相比，施加氮肥和磷肥后小枝中可溶性糖和淀粉在各pH值溶液培养下均有不同程度的升高。处理180天后，可溶性糖和淀粉均较处理90天时有显著升高，其含量分别达到(73.85± 6.76)~(95.89±4.69) mg·g^-1(图 3B)和(15.27±1.49)~(43.01± 15.45) mg·g^-1(图 3D)，且施加养分后，两者含量均没有显著升高，甚至有所降低。多因素方差分析的结果表明：pH值对可溶性糖和淀粉含量的变化具有显著影响，交互效应对两者含量影响显著。可溶性糖和淀粉含量随处理时间的延长而升高，但随着pH值的升高而降低(表 3)。

相关分析结果表明：短枝木麻黄小枝中总酚与可溶性糖之间呈显著的正相关(图 4A)，而与淀粉之间的相关性不显著(图 4C)；可溶性缩合单宁与可溶性糖和淀粉之间均呈显著的负相关(图 4B, D)。

2.4 叶绿素和类胡萝卜素含量的变化

除了叶绿素b随着处理时间的延长而升高之外，叶绿素a、类胡萝卜素和叶绿素a/b比在处理180天后较处理90天时的水平低(表 4)。在pH 5时，施加氮肥和磷肥能够促进叶绿素a、b和类胡萝卜素含量的升高，而当pH为3或7时，三者的含量变化不显著，说明在微酸性环境中，增施肥料有利于短枝木麻黄小枝叶绿素和类胡萝卜素的形成。多因素方差分析结果表明：氮肥和磷肥均对叶绿素和类胡萝卜素的影响不显著，而pH值则对叶绿素a和类胡萝卜素的含量具有显著的影响(P < 0.001)(表 2)。由于叶绿素a含量在酸性条件下较高，而叶绿素b随pH值的变化不明显，因此叶绿素a/b在pH 3时的水平最高。随着处理时间的延长，叶绿素a/b显著降低(表 4)。多因素方差分析的结果表明：pH值、氮肥、磷肥及其交互效应均对叶绿素a/b的变化产生显著影响(表 2)。

相关分析表明：叶绿素与总酚和可溶性缩合单宁之间均没有显著相关性(图 5A, B)；叶绿素a/b与总酚含量呈显著负相关(图 5C)，而与可溶性缩合单宁呈显著正相关(图 5D)。

2.5 氮磷含量的变化

在不同水平pH值和不同类型施肥处理下，短枝木麻黄小枝中氮和磷含量的变化如图 6所示。处理90天后，小枝中氮(图 6A)和磷(图 6C)的含量均随着pH值升高而降低，且pH值对二者的影响均达到显著水平(表 2)。处理180天后，其小枝中的氮含量没有显著变化(图 6B)，磷含量在pH 3时较处理90天时低，其他2个pH值水平处理下的变化不显著(图 6D)，且磷含量随着pH值的升高而升高。多因素方差分析结果表明(表 2)：施加氮肥对小枝中氮含量具有显著影响(P < 0.05)，而对磷含量及磷肥对小枝中的氮磷含量均没有显著影响(P > 0.05)。

2.6 TP:N与ECT:N的变化

由于总酚含量随着pH值的升高而上升(图 1)，氮含量随着pH值的升高而降低(图 6)，因此，处理90天(图 7A)和180天(图 7B)后TP:N在各养分类型处理下均随着pH值的升高而升高，且pH值对TP:N变化的影响达到显著水平(表 2)，但随着处理时间的延长，TP:N没有显著变化(表 2)，在处理90和180天后的水平分别为(5.71±0.78)~(10.20±1.60)和(6.94±0.74)~(10.69±0.93)。养分及其与pH值和时间的交互效应对木麻黄小枝中TP:N的水平没有显著影响(表 2)。处理90天后(图 7C)，ECT:N随着pH的升高而升高，但处理180天后(图 7D)，在对照和施磷处理中，其值随着pH值升高而升高，而增施氮肥后则随着pH值的升高而降低，且其整体水平也由处理90天时的(8.22±1.04)~(16.70±1.69)下降为处理180天时的(3.84±1.09)~(10.59±3.58)。多因素方差分析的结果也表明：氮肥及其与pH值的交互效应对ECT:N的变化具有显著影响(表 2)。

3 结论与讨论

本研究中总酚和可溶性缩合单宁的含量随着施加氮肥量的升高而降低，这与其他的研究结果(Horner et al., 1987; Muller et al., 1987; Northup et al., 1995)相似，即生长于贫瘠立地条件下的物种多酚物质的含量较高，尤其是单宁，这与以资源有效性为基础的假说，如碳氮平衡假说(Bryant et al., 1983)和生长分化平衡假说(Herms et al., 1992)的预测一致，即在低养分有效性条件下植物体内以碳为基础的次生化合物，如单宁的浓度较高(Northup et al., 1995; Yu et al., 2000)。也有一些研究报道与这些研究结果相反，即养分对单宁的形成没有影响或影响不显著(Booker et al., 2001; Dudt et al., 1994; Hättenschwiler et al., 2003; Horner et al., 1987; Iason et al., 1993; Jackson et al., 1996)。不同的研究结果可能源于不同植物物种对养分的需求程度不同，以及施肥处理中其他因素(如不同的温度、湿度和光照等条件)的干扰。有研究表明：磷缺乏能够促进植物体内总酚和缩合单宁的升高(Hättenschwiler et al., 2003)，但本研究表明施加磷肥对总酚和可溶性缩合单宁的含量没有显著影响。

本研究中总酚和可溶性缩合单宁含量随pH值的升高而升高。Kraus等(2004)对粗糙松(Pinus muricata)等5种植物的研究表明：总酚和可溶性缩合单宁含量随着pH值的升高有上升的趋势，但与养分效应相比，pH值的变化对叶片中次生物质的影响较小，并且这种变化趋势由于与施肥处理的交互效应而变的更为复杂。此外，总酚和缩合单宁的生产随pH值的变化还会随着物种的不同而不同。

短枝木麻黄小枝中可溶性糖和淀粉的含量均随着处理时间的延长而升高，随着pH值的升高而降低。而崔喜艳等(2005)对烟草(Nicotiana tabacum)的研究表明：pH 6.5和7.5下烟叶中可溶性糖含量高于其他pH值，这表明pH值对可溶性糖含量的影响存在显著的种间差异。Entry等(1998)的研究表明：高氮肥能够提高长叶松(Pinus palustris)根部总糖、纤维素和单宁的浓度，而对其地上部组织中非结构性碳水化合物(总糖和淀粉)和结构性碳水化合物(纤维素、木质素和单宁)的浓度影响不显著，本研究与此结论相同，即施加氮肥和磷肥对可溶性糖和淀粉含量没有显著的影响(P > 0.05)。Gebauer等(1998)的研究表明：火炬松(Pinus taeda)叶片中可溶性糖与总酚之间，以及淀粉与缩合单宁之间均存在显著的正相关，表明次生物质的合成依赖于植物组织中碳水化合物的有效性，这与碳氮平衡假说的预测相一致。本研究则表明：总酚依赖于非结构性碳水化合物(可溶性糖和淀粉)的有效性，即合成碳水化合物越多，越有利于总酚的形成，但缩合单宁的形成可能与可溶性糖和淀粉的形成争夺有效碳。由于水解单宁比缩合单宁的形成成本低(Haukioja et al., 1998; Ossipov et al., 2001)，因而在环境胁迫下木麻黄可能利用碳水化合物的有效性优先形成水解单宁，从而使缩合单宁的含量下降。

处理时间对叶绿素、类胡萝卜素和叶绿素a/b均具有显著影响(表 2)，但随着处理时间的延长，叶绿素a、类胡萝卜素和叶绿素a/b的水平降低，而叶绿素b的含量升高(表 4)。因此，随着处理时间的延长，可能会导致短枝木麻黄光合速率下降，从而降低小枝中碳水化合物的量。尽管有研究表明土壤中氮素和磷素的增加能够使植物叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量升高(Mulligan, 1989; 郭盛磊等, 2005a；2005b；王满莲等, 2006; 吴楚等, 2004；2005)，但本研究中施加氮肥和磷肥对叶绿素和类胡萝卜素的含量均没有显著影响(P > 0.05)，这可能与木麻黄是固氮树种及长期适应磷限制的立地条件有关。pH值对叶绿素a、类胡萝卜素和叶绿素a/b的影响显著(P < 0.001)，且均随着pH值的升高而降低，而pH值对叶绿素b的影响不显著。有研究表明：在土壤为中性条件下，植物叶片中叶绿素的含量最高(崔喜艳等, 2005; 黄立华等, 2008; 翁忙玲等, 2004)，这可能与不同植物的生长环境有关，木麻黄生境中土壤显酸性，因此，其小枝中叶绿素含量在酸性条件下较高。相关分析表明：叶绿素与总酚和可溶性缩合单宁之间均没有显著相关性(图 7A, B)；叶绿素a/b与总酚含量呈显著负相关(图 7C)，而与可溶性缩合单宁呈显著正相关(图 7D)。叶绿素a/b越高，光合速率越高，合成的碳水化合物越高。小枝中碳有效性的升高能够促进可溶性缩合单宁的形成，但总酚含量有所下降，这表明不同类型的单宁的确存在不同的生物合成途径。

施加氮肥对木麻黄小枝中的氮含量具有显著影响(表 2)，且氮含量随着氮肥的施加而降低(表 3)；施加磷肥则对小枝中磷含量没有显著影响。随着pH值的升高，小枝中氮和磷含量显著降低，这是由于土壤pH值的变化会影响养分有效性，随着pH值的升高，土壤微生物的活性增加，对氮的需求增加，从而导致植物组织中的氮含量降低(Kraus et al., 2004)。氮含量与总酚含量之间的相关性(r=0.138，P=0.246，n=72)和与可溶性缩合单宁含量(r=0.135，P=0.259，n=72)之间的相关性均不显著，表明蛋白质含量与总酚和可溶性缩合单宁含量之间也没有显著相关性，也不支持蛋白质竞争模型假说。

一般而言，植物组织中单宁和养分含量呈相反的变化趋势，即在贫瘠立地条件下，植物组织中的养分含量较低而单宁含量较高，而在营养充足的立地条件下，组织中的养分含量较高而单宁含量较低，因此，TP:N和ECT:N能够更加灵敏的反应叶片或凋落物的质量。本研究中，氮肥对ECT:N具有显著影响(P < 0.05)，且两者呈负相关，而对TP:N的影响不显著(P > 0.05)，磷肥则对TP:N和ECT:N的影响均不显著(表 2)，这与Kraus等(2004)进行的室内控制试验研究结果有所不同，他们认为施肥对二者均有显著影响(P < 0.001)，即随着施肥量的增加而降低。但与Kraus等(2004)对部分物种的研究结果相一致，pH值对TP:N和ECT:N均有显著影响，且随着pH值的升高而升高。由于随着处理时间的延长，可溶性缩合单宁的含量显著降低而总酚含量的变化较不显著，导致各养分类型和不同pH值水平下ECT:N均显著降低，而TP:N的变化不显著。因此，贫瘠和中性条件下短枝木麻黄小枝ECT:N的水平较高，有利于提高植物的抵御病虫害能力和降低凋落物的分解率，减少养分的损失。