氮和磷是植物生长必需的营养元素，其中氮素是磷脂、蛋白质和核酸的主要成分，氮是叶绿素的成分与光合作用关系密切，氮也作为酶以及许多辅酶和辅基参与元素，并是某些植物激素或维生素的成分调节植物生命活动。磷是核酸、核蛋白和磷脂等大分子物质的主要构成元素，参与光合、呼吸、能量代谢、碳水化合物的代谢和运输等生理过程(潘瑞炽，2008)。林地土壤养分含量直接影响树木的生长发育(于立忠等，2007)。我国的土壤磷含量低于世界平均水平，植物生长常常受到磷素的限制(Han et al.，2005; 任书杰等，2007)，土壤养分供给及其平衡状况已成为维持与提高人工林生态系统生产力的关键所在。人工林正成为世界森林资源的关键组分，我国是世界上人工林面积最大的国家，但存在着生产力低下、树种单一、系统结构简单(不合理)等问题，人工林管理中施肥可改变土壤养分状况，满足树木生长的营养需求，促进树木生长(黄承标等，2012)。研究认为调控措施下的林木氮磷养分生理生态特征及土壤养分平衡状况是实现人工林生态系统自养的关键所在。关于人工林结构与养分平衡关系的研究甚少，因此，本文以华北落叶松为材料，选择土壤氮和磷养分低的林地，人工外源施入氮肥和磷肥，分析华北落叶松不同生育时期根茎叶氮和磷含量的变化，探讨华北落叶松树体对土壤氮与磷的吸收与利用，为人为调控提升华北落叶松人工林的生产力提供理论依据。

试区位于秦岭西部陕西省宝鸡太白县华北落叶松(Larix principis-rupprechtti)人工林，地理位置为33°38'13″—34°09'55″ N，107°03'—107°46'40″ E，海拔740~3 761 m，相对高差3 027 m。具有明显的大陆性季风气候和典型的山地气候特点，植被属华北华中植物区系成分。土壤主要为棕壤，0~20 cm土层土壤pH为6.72，有机质含量为20.35 g·kg^-1。全氮1.16 g·kg^-1，速效磷1.86 mg·kg^-1，铵态氮6.13 mg·kg^-1，硝态氮25.39 mg·kg^-1; 20~40 cm土层土壤全氮0.85 g·kg^-1，速效磷1.40 mg·kg^-1; 40~60 cm土层土壤全氮0.46 g·kg^-1，速效磷1.06 mg·kg^-1。依据全国第二次土壤普查及相关标准，本试区华北落叶松林地土壤表层(0~20 cm)中度缺N，极度缺P(全国土壤普查办公室，1992)(表 1)。试验用20年生华北落叶松人工纯林，林分基本情况为: 密度为2 500株·hm^-2，树高9.8 m，胸径31.5 cm，坡度15~30°，为西坡下坡位，海拔1 675 m，土壤深度＜65 cm。林下草本植物有大油芒(Sponiopogon sibiricus)、披针薹草(Carex lancifolia)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、黄精(Polygonatum)等多种植物。2011年进行了人工林抚育，砍伐林下其他木本植物。

表 1 土壤养分分级标准 Tab.1 The soil nutrient grading st and ards

表 1 土壤养分分级标准 Tab.1 The soil nutrient grading st and ards 项目 Items 级别 Grades 1 2 3 4 5 6 全氮Total nitrogen/(g·kg-1) >2.0 1.5~2.0 1.0~1.5 0.75~1.0 0.5~0.75 <0.5 速效磷Available phosphorus/(mg·kg-1) >40 20~40 10~20 5~10 3~5 <3

1)样地设置    2012年4月，在选定的林地中划设样地18块，样地面积为20 m×20 m，各样地间用2行树作为隔离带。试验设6个处理: 对照，不施肥(CK); N 7.5 g·m^-2(N1); N 15 g·m^-2(N2); P₂O₅ 7.5 g·m^-2(P);N 7.5 g·m^-2与P₂O₅ 7.5 g·m^-2(N1P);N 15 g·m^-2与 P₂O₅ 7.5 g·m^-2(N2P)。重复3次。

2)施肥方法    试验所需氮、磷肥于2012年4月12日施入试验样地，氮肥为尿素(含N 46%)，磷肥为过磷酸钙(含P₂O₅ 12%)。施肥方式为撒施，避开树体在树周围均匀施入。为了减少肥料的挥发，于当天下雨前均匀撒施以保证肥料溶解。

3)取样方法    在每个样地中，标记生长良好并接近平均胸径和树高的10株树木作为标准木。从5—10月每个月定期取样。根样采用挖掘法，在离标准木0.5 m的地方用小铁锹挖掘土壤表层(0~20 cm)的细根，并选取直径＜2 mm的根混合作为样品。茎样采用生长锥法，每次在10株标准木中选取5株，然后将钻取的茎混合作为样品，以免在同一株树上用生长锥取样过多而影响树的正常生长;叶样用高枝剪法，在树冠外侧的东西南北4个方向各取数个枝条，摘取枝条上的所有针叶混合成一个样品。采回的根茎叶样品先于105 ℃下杀青15 min后，再在75 ℃下烘干至恒质量，将干样粉碎后过筛，并装袋密封保存，用于测定植物样品养分含量。

1)养分浓度的测定    根茎叶样品用H₂SO₄-H₂O₂消煮，全氮测定采用凯氏定氮法，全磷含量采用钼锑抗比色法。

2)数据处理    应用Microsoft Excel 2003作图，用SPSS进行单因素方差分析，显著性水平为P＜0.05。

由图 1，2可以看出，施氮可提高华北落叶松人工林针叶中氮的含量，施磷可提高华北落叶松人工林针叶中磷含量，氮磷配施能明显提高华北落叶松人工林针叶中氮磷的含量。各处理5月叶样品中氮磷含量比对照增加，但差异均不显著。6—10月各处理叶样品中氮磷的含量均显著高于对照(P＜0.05)。N1与N2处理比氮磷配施更有利于提高叶片中氮含量，特别是N2处理，比N2P配施提高了4.39%。单施磷处理比对照叶中氮含量降低了5.02%(图 1)。单施磷叶中磷含量比对照提高了21.12%，比N1P处理提高了5.93%，比N2P处理提高了7.24%。

	图 1 不同处理华北落叶松叶片氮含量变化 Fig. 1 Changes of N content in leaves of L. principis-rupprechtii with different treatments

	图 2 不同处理华北落叶松叶片磷含量变化 Fig. 2 Changes of P content in leaves of L. principis-rupprechtii with different treatments

从华北落叶松人工林针叶的整个发育阶段来看，叶中氮磷含量在5月最高，6月叶中氮磷含量出现一个低谷，磷含量平均降低了25.83%，氮含量降低了19.35%。7月叶中氮磷含量有所增加，8月呈现降低的趋势，9月叶中磷含量增加，但氮含量降低，10月叶中氮磷含量最低。总的来说，叶中氮磷含量呈现降低、升高、再降低的趋势。

华北落叶松人工林茎中氮磷含量呈现先增加后降低的趋势。施氮、施磷和氮磷配施分别能明显提高华北落叶松人工林茎中氮、磷和氮磷的含量(P＜0.05)(图 3，4); N2和N2P处理效果最佳。施氮处理5月茎中氮含量有所增加，但差异不显著，6，8，9月施氮处理茎中氮含量显著增加(P＜0.05)(图 3)。从图 4可以看出，从5—10月，施磷肥都显著提高茎中磷含量(P＜0.05)。与对照相比，从5—10月N2P处理的茎中氮含量平均提高了23.14%，其中6月增加37.73%，9月增加30.03%。5—10月茎中磷含量分别提高了105.85%，85.44%，31.51%，38.11%，67.70%，44.38%，平均提高了62.16%。

	图 3 不同处理华北落叶松茎中氮含量变化 Fig. 3 Changes of N content in stems of L. principis-rupprechtii with different treatments

	图 4 不同处理华北落叶松茎中磷含量变化 Fig. 4 Changes of P content in stems of L. principis-rupprechtii with different treatments

由图 5，6可以看出，施肥可提高华北落叶松根中氮、磷含量。5—10月，N1，N2，N1P和N2P处理比对照根中氮含量分别提高18.81%，25.63%，18.08%，25.49%，其中N2和N2P处理提高幅度较大。从施磷肥后第1个月，根中平均磷含量显著增加(P＜0.05)。

	图 5 不同处理华北落叶松根中氮含量的变化 Fig. 5 Changes of N content in roots of L. principis-rupprechtii with different treatments

	图 6 不同处理华北落叶松根中磷含量的变化 Fig. 6 Changes of P content in roots of L. principis-rupprechtii with different treatments

5—10月，P，N1P和N2P处理比对照根中磷含量分别提高19.34%，17.25%和12.84%，其中P处理增加幅度最大，但氮磷配合施用的N1P和N2P处理，根中磷含量比单施磷处理降低。

对照处理华北落叶松根中氮含量在5月达到最大值，6月显著降低，7月增加，8，9和10月逐渐减低; 而根中磷含量在5—10月期间基本处于平稳状态，变化很小。

土壤是林木生存、生长和发挥生态功能的基础，对维持森林健康十分重要。人工林的土壤氮磷水平影响植物的健康生长(耿玉清等，2010)。树木的根系、树枝和树干是养分贮存的重要器官，其养分含量是土壤养分供应能力的直接反应，施肥不仅影响林木生长，而且影响森林养分循环过程(赵琼等，2010)。

细根的主要生理功能是吸收水分和养分。它是林木重要的养分源，土壤养分直接影响细根生长和碳水化合物分配(于立忠等，2007)。本研究结果表明:林地中施用氮磷肥能明显增加华北落叶松根中氮磷含量，根系吸收氮的能力取决于土壤中有效性氮的多少，而贫瘠土壤中有效性养分的增加对细根的影响比肥沃土壤显著(于立忠等，2009)。本研究的试验林地土壤中氮磷养分较亏缺(表 1)。这与Guo等(2004)对长叶松(Pinus palustris)的研究结果一致。而贾淑霞等(2007)与于立忠等(2009)研究表明:施肥对提高肥沃土壤中落叶松(Larix gmelinii)、水曲柳(Fraxinus m and schurica)及日本落叶松(Larix kaempferi)根中N的含量效果不显著。树干(茎)是树木养分贮存的主要器官。赵琼等(2010)研究表明: 林地土壤养分较高时添加氮显著提高了落叶松根、茎中氮磷含量，促进落叶松对氮和磷的奢侈吸收。本研究结果表明:施用氮磷肥后华北落叶松茎中氮磷含量明显增加。本试验区华北落叶松4月底至5月初开始发芽，这时由于叶片生长需要消耗树干中贮存的营养成分，因此5月茎中氮、磷含量最低。随着针叶生长叶面积增大及光合作用的进行，树体吸收养分能力增强，茎中养分含量增加，6—9月茎中养分含量逐渐升高，9月茎中养分含量最高，10月茎中养分有所降低，可能原因是气温下降，华北落叶松针叶脱落，树体将进入休眠，植株体内养分。

植物叶片的养分含量与生长量、产量关系密切，这是植物施肥与营养诊断的理论基础(陈琳等，2010)，叶片养分含量可以反映土壤养分的有效性及供应水平(程滨等，2010)。赵琼等(2010)对落叶松及Son等(2000)对落叶松人工林针叶中的养分含量研究表明:施肥对针叶中氮和磷的含量影响不显著。本研究结果表明:施肥处理华北落叶松针叶中氮和磷的含量明显提高。可能原因是本试验林地土壤全氮含量较低，而赵琼等(2010)的试验地土壤全氮含量为0.526%，比本研究林地的土壤全氮含量高4.5倍。氮促进植物生长，从而增加植物对磷的吸收(于立忠等，2007)。Elser等(2010)研究表明:叶片中营养浓度会随着植物的生长而降低，特别是磷元素。本试验结果表明: 5月叶中氮、磷含量最高，随着华北落叶松针叶的生长，针叶中的氮，磷含量在下降，针叶中磷含量降低比氮降低的幅度大，这与Elser等(2010)的研究一致。

土壤中养分不足是限制林木健康快速生长的主要原因，在土壤养分不足的林地施肥可以有效提高树木中养分含量，促进树林生长，解决林地生产力低及林木生长周期长的问题，是促进我国新时期林业持续发展保障措施之一。

对秦岭山脉土壤全氮中度亏缺、全磷极度亏缺的20年生华北落叶松人工林地的研究表明:与不施肥对照相比，施氮肥明显提高华北落叶松根、茎、叶中氮含量，施磷肥明显提高华北落叶松根、茎、叶中磷含量，氮磷配施能明显提高华北落叶松根、茎、叶中氮磷含量。以N 15 g·m^-2和P₂O₅ 7.5 g·m^-2(N2P)的配施增加量最高。对于未施肥的华北落叶松而言，针叶中氮、磷含量前期较高，随后出现波动，10月降为最低值;茎中氮、磷含量不断增高，9月达到最高值，10月降低; 根中氮含量先降低，6月为最低值，随后呈现增加趋势，磷含量的变化比较平稳。