莫大伦　吴建学

　　研究植物的化学成分及其元素间的相关性，不仅可以揭示植物与其生长环境之间的关系，而且可用以探讨植物体内元素的组合及生物循环的特征，这在理论和实践中均具有重要意义。

　　一、研究地区生态环境与研究方法

　　    海南岛位于东经108°37′一111°02′北纬18°10′一20°10′，地处热带北缘，地势中高周低呈环状结构，包括中部山地带，四周丘陵盆地带和台地平原带。境内最高峰五指山海拔1879m。

　　    本岛受东南季风控制，气候特点是；热量丰富，光合潜力大，夏长无冬极少受寒流影响、雨量充沛、降水集中、干湿季明显。由于地形影响，东部迎风面的雨量特别丰富，而西部背风面雨量少而乾热，丘陵台地气温较高，旱季明显，山区海拔高、云雾多，气温较低而蒸发量小，为湿润的热带山地气候。海南岛各地地形变化复杂，成土母质有花岗岩、玄武岩、砂页岩、若干种变质岩和浅海沉积物及第四纪松散堆积物等，土壤类型繁多：北部丘陵台地上是大面积发育于玄武岩上的铁质砖红壤；中部湿润的山地雨林下发育着山地黄壤，成土母质主要为花岗岩；低丘台地上分布着赤红壤和其余各种砖红壤亚类；西南部由于高温少雨出现局部呈微酸性至中性反应的燥红土，沿海台地上一般为滨海沙土，港湾泥滩为滨海盐土。本岛维管束植物约有3000种，分别隶属259科1347属，其中80％属泛热带和亚热    带科，特有植物比例很小。本岛面积虽然不大，但由于各地的生境条件差别悬殊，从而引起植被类型多样化［1］，包括热带雨林(主要为山地雨林和沟谷雨林、热带针叶林，季雨林、红树林、稀树草原与刺灌丛等；现状植被中，由于人为活动影响，各种次生林、灌木丛、山地草坡及各种种植园(橡胶、咖啡园等)、人工林与水旱农田所占的比例最大。

　　各种植被的分布，随地形．地质和土壤的变化而表现出一定的规律性(图1)。

　　根据海南岛主要植被类型及其分布特点，于全岛范围内没置具代表性的植物采样点49个(图2)，计热静雨林1个、山地雨林7个、热带针叶林2个、红树林2个、灌木丛8个，草地6个、橡胶林16个，本麻黄株8个、水稻田4个。

　　在各采样点中，对有代表性的群落类型分别进行样方调查，并选择构成群落的主要植物作为采样植株，采集生长发育正常的枝、叶各500g，共取得分析样品约300个，它们隶属40个科74个属共86种植物，其中蕨蕨植物1种，裸子植物8种，双子叶植物67种，单子叶植物15种。

　　对15种元素进行定量分析，分析方法如下。N用纳氏试剂比色法，P用磷钼蓝比色法，K用火焰光度计法，Ca、Mg用EDTA容量法，As用 DDC-Ag法，Hg用冷原子吸收法，Cd、Mo、Ni；、Cu、Cr、Zn、Pb、Fe用高频等离子体光谱仪测定。 获得的全部数据进行统计，从中寻找各元素间的相关特征。

　　二、海南岛86种植物的化学成分特点

　　海南岛86种植物的化学组成及其各元素的平均含量列于表1中。

　　分析表中资料可以看出，在海南岛热带环境条件下，植物中各种化学元素含量普遍较高，其中超过全球植物平均值数倍的元素有0、Cu、K、N、Ca、Mg、Fe， 超过10倍至数十倍的有Ni、Pb、Mo、Hg，仅As、Cd含量较低，与全球植物这些元素的平均水平接近。

　　如将海南岛植物与全球植物的元素含量大小顺序作比较，可发现常量元素和必需微量元素有类似的变化序列。

　　    N≥K>Ca≥Mg>P>Fe>Zn>Cu>Mo

　　    而非必需微量元素则有所不同，

　　    海南：Pb>Cr>Ni>Cd>As>Hg

　　    全球：Cr>Pb>Cd>Ni>As>Hg

　　    与海南岛土壤中这些元素的变化序列大致相似。

　　由于植物的选择吸收和不同科属种植物间化学元素分布的不均一性，海南岛86种植物中同一元素的含量变化很大，含量高低可相差数倍到数十倍，如P含量，86种植物平均值为0.231％，以菊科的胜红魝(Aoeralum conuzoides)最高，为0.77％，最低为樟科的桢楠(Machics chinensis)，只有0.08％，相差9倍以上植物含Fe量差异悬殊，桑科的胭脂(Artocarous tonkinensis)只有0.01％，而禾本科的两耳草(Paspalum conjug -acum)超过0.86％，相差80多倍(各种元素含量最高与最低的植物，分别用符号和*标记在表1中)。

　　不同植物群落由于生境条件及组成种类的差异，其元素分布有明显不同，营养元素含量变化的总趋势是，栽培植物多于天然植物，而天然植物中的乔、灌木又多于草本植物。各植物群落元素的生物吸收序列如下:

　　热带雨林：N>K>Ca>Mg>P>Fe>Zn>Pb>Ni>Cr>Cu>Mo>Cd>As>Hg

　　山地雨林：N>K>Ca>Mg>P>Fe>Zn>Pb>Cr>Ni>Cu>Mo>Cd>As>Hg

　　热带针叶林：N>Ca>K>Mg>P>Fe>Zn>Pb>Ni>Cu>Cr>Mo>Cd>As>Hg

　　红树林：N>Ca>Mg>K>P>Fe>Pb>Zn>Cr>Cu>Ni>Mo>Cd>As>Hg

　　灌丛：N>K>Ca>Mg>P>Fe>Zn>Pb>Cr>Ni>Cu>Mo>Cd>As>Hg

　　草地：N>K>Ca>P>Mg>Fe>Zn>Pb>Cr>Mo>Ni>Cu>Cd>As>Hg

　　橡胶林：N>K>Ca>Mg>P>Fe>Zn>Pb>Cr>Cu>Ni>Mo>Cd>As>Hg

　　木麻黄林：N>Ca>K>Mg>P>Fe>Zn>Pb>Ni>Cu>Cr>Mo>Cd>As>Hg

　　水稻：N>K>P>Ca>Mg>Fe>Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>Mo>Cd>As>Hg

　　三、海南岛86种植物化学元素间的关系

　　采用数理统计方法对海南岛86种植物的15种元素进行相关分析。各元素间的相关系数(r)列入表2中。

　　相关系数r愈接近±1，则两种元素含量之间线性关系愈好，相关系数达到显着值与抽样个数有关，当n=86时，取P=0.05则r=0.2123；p=0.01，r=0.2767,p=0.001,r=0.3487。

　　如果相关系数|r|<0.2123，则r在p=0.05的水平上不显着，x和y之间不呈线性相关(用0表示)，如果0.2123<|r|<0.2767，则p=0.05的水平上显着，x、y间具有一般的线性相关(用+表示)j如果0.2767<|r|<0.3487，则r在P=0.01水平上显着，x、y间具较好的线性关系(用++)，如果|r|>10.3487，则r达到在p=0.001水平上显着，x、y，间具有很好的线性相关(x和y分别代表植物中的某一种元素含量)。

　　由表2可以看出，植物元素间的r值在较大的范围内变动，105个元素对中，显着相关的占45％，较好相关的占14％，一般相关和相关性不显着的分别为9％和32％。

　　以下分常量元素、微量元素、常量元素与微量元素之间的关系加以阐述。

　　 (一)  常量元素

　　主要包括N、P、K、Ca、Mg等化学元素。海南岛86种植物中，这些元素除Ca、Mg间和P、Mg间两个元素对有较好的相关外，其它元素之间均具有很好的线性相关，相关系数r达到在P<0.001水平上显着，如图8N与P之间的相关性即为一例。

　　(二)微量元素

　　86种植物的15种元素中属于微量元素的有Mo、Cu、Zn.Fe、Cd、Ni、Cr、Pb、As、Hg等 10种。在植物体中前4种元素具有重要的生理功能，为植物正常生长所必需，常称必需微量元素，后六种元素虽存于机体中，但目前未知其功能，故称非必需微量元素［7，8］。

　　1.必需微量元素　86种植物中4种必微量元素除Mo，Za间和Mo、Fe间具较好的相关关系外，其余各元素之间均有很好的线性关系，相关系数在p<0.001水平上显着，Cu和Zn的相关性如图4所示。

　　2.非必需微量元素　除Hg,As间线性不相关，Pb、Hg间仅在p<O．05水平上显着，具一般的线性相关；Cd、Hg间仅在P<0．01水平上显着，具较好的线性相关外，其余各微量元素之间均具很好的线性关系。Cd、Pb间的相关性如图5所示。

　　 3.必需微量元素与非必需微量元素　总的来看，它们之间的相关性较好，24个元素对中除Cu、Hg间和Fe、Hg间无相关性外，显着相关的元素有14对，占58％，较好相关的有6对，占26％，一般相关的有2对，占8％。

　　(三)  常量元素与微量元素

　　从表2可以看出，海南岛植物中常量元素与必需微量元素之间有如下特点

　　1)Fe元素和常量元素之间、Ca元素和必需微量元素之间没有相关性。

　　2)常量元素和必需微量元素Mo、Cu、Zn之间相关系数均达到P<O．001水平上显着，具有很好的相关关系。

　　 3)N元素和Mo、Cu、Zn之间仅有一般的相关关系，而Mg和Mo之间相关性显着，与Cu元素仅一般相关，与Zn元素具有较好的相关关系。

　　常最元素与非必需微量元素之间，总的来说相关性较差，在30个元素对中，仅7个元素对具相关性，其中呈显着相关的3对，占43％，较好相关和一般相关的各2对，占57％其余23个元素对相关系数|r|<0.2123，具线性不相关。

　　基于上述分析可以看出，海南岛86种植物中，常量元素、必需微量元素之间是存在密切关系的，这些元素尽管在地球化学性质上极不相同，如N属亲气元素，Ca、Mg、K属亲石元素、而Cu、Zn和P、Mo、Fe分别属亲Cu和亲Fe元素…，但它们都是植物正常生长所必需的元素，在植物体内各有其特殊的生理机能，植物选择吸收这些元素并保持一定的比例关系。例如，N元素是构成蛋白质的主要成分，而P元素增高可提高植物体中蛋白氮的含量，显然N与P之间具有密切的关系，K能促进呼吸作用和蛋白质的形成，能使原生质粘度减低，Ca是构成细胞壁的成分，能减低原生质胶体的分散性，使原生质的粘度增大，因此为了使原生质保持正常的胶体状态需要植物体中Ca、K含量具适当比例, Mg元素是叶緑素的组皎成分，还参与植物体内一些重要的含P化合物的生物合成，能促使P的吸收同化，需P多的植物也濡要较多的Mg, Cu、Zn、Fe和Mo在植物生长中有重要的生理作用，它们还参与体内许多酶系统的组成(如碳酸酐酶含zn，多元酚氧化酶含Cu等)对促进光合作用、碳水化合物代谢、磷酸化反应和叶緑素形成均有很大影响，因此这些元素之间，以及它们与N、P、K、Mg等元素之间存在一定的关系［6,7］。

　　现将相关性显着和较好的元素间的相关方程列于表3中。

　　四、结语

　　  1.海南岛86种植物15种元素的含量大部分超过全球植物的平均水平。一定植物种对元素具有一定内在的吸收选择力，因此不同植物种同一元素的含量高低变动很大，不同植物群落因生境条件及组成成分不同，元素含量分布亦有所差异，一般趋势是；栽培植物多于天然植物,而天植物中乔木、灌木又多于草本植物。

　　 2.植物体的化学元素的是在植物与环境长期适应的演化过程中形成的。由于植物的选择吸收以及各元素在机体内的生理功能不同，植物体内各元素间的关系不完全决定于它们的地球化学性质.在海南岛的环境条件下，86种植物15种元素中，常量元素和必需微量元素之间存在较好的线性关系，相关系数r达到在P<0.001水平上显着的占54％，达到在p<0.01水平上显着的超过70％，唯Fe和常量元素，Ca和Cu、Zn、Mo三个微量元素没有相关性；值得注意的是常量元素和非必需微量元素之间基本上不存在相关关系。

　　3．通过建立海南岛植物元素间的相关方程式，初步提出用一种元素含量预测另一种元素含量和变化范围的可能性。

　　参考文献（略）

　　原载：植物生态学与地植物学学报1988：51-62.