莫大倫　吴建學

　　研究植物的化學成分及其元素間的相關性，不僅可以揭示植物與其生長環境之間的關系，而且可用以探討植物體内元素的組合及生物循環的特徵，這在理論和實踐中均具有重要意義。

　　一、研究地區生態環境與研究方法

　　    海南島位於東經108°37′一111°02′北緯18°10′一20°10′，地處熱帶北緣，地勢中高周低呈環狀結構，包括中部山地帶，四周丘陵盆地帶和臺地平原帶。境内最高峰五指山海拔1879m。

　　    本島受東南季風控制，氣候特點是；熱量豐富，光合潜力大，夏長無冬極少受寒流影響、雨量充沛、降水集中、干濕季明顯。由於地形影響，東部迎風面的雨量特别豐富，而西部背風面雨量少而乾熱，丘陵臺地氣温較高，旱季明顯，山區海拔高、雲霧多，氣温較低而蒸發量小，爲濕潤的熱帶山地氣候。海南島各地地形變化復雜，成土母質有花崗岩、玄武岩、砂頁岩、若干種變質岩和淺海沉積物及第四紀鬆散堆積物等，土壤類型繁多：北部丘陵臺地上是大面積發育於玄武岩上的鐵質磚紅壤；中部濕潤的山地雨林下發育着山地黄壤，成土母質主要爲花崗岩；低丘臺地上分佈着赤紅壤和其餘各種磚紅壤亞類；西南部由於高温少雨出現局部呈微酸性至中性反應的燥紅土，沿海臺地上一般爲濱海沙土，港灣泥灘爲濱海鹽土。本島維管束植物約有3000種，分别隸屬259科1347屬，其中80％屬泛熱帶和亞熱    帶科，特有植物比例很小。本島面積雖然不大，但由於各地的生境條件差别懸殊，從而引起植被類型多樣化［1］，包括熱帶雨林(主要爲山地雨林和溝穀雨林、熱帶針葉林，季雨林、紅樹林、稀樹草原與刺灌叢等；現狀植被中，由於人爲活動影響，各種次生林、灌木叢、山地草坡及各種種植園(橡膠、咖啡園等)、人工林與水旱農田所占的比例最大。

　　各種植被的分佈，隨地形．地質和土壤的變化而表現出一定的規律性(圖1)。

　　根據海南島主要植被類型及其分佈特點，於全島範圍内没置具代表性的植物採樣點49個(圖2)，計熱静雨林1個、山地雨林7個、熱帶針葉林2個、紅樹林2個、灌木叢8個，草地6個、橡膠林16個，本麻黄株8個、水稻田4個。

　　在各採樣點中，對有代表性的群落類型分别進行樣方調查，並選擇搆成群落的主要植物作爲採樣植株，采集生長發育正常的枝、葉各500g，共取得分析樣品約300個，它們隸屬40個科74個屬共86種植物，其中蕨蕨植物1種，裸子植物8種，雙子葉植物67種，單子葉植物15種。

　　對15種元素進行定量分析，分析方法如下。N用納氏試劑比色法，P用磷鉬藍比色法，K用火焰光度計法，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用高頻等離子體光譜儀測定。 獲得的全部數據進行統計，從中尋找各元素間的相關特徵。

　　二、海南島86種植物的化學成分特點

　　海南島86種植物的化學組成及其各元素的平均含量列於表1中。

　　分析表中資料可以看出，在海南島熱帶環境條件下，植物中各種化學元素含量普遍較高，其中超過全球植物平均值數倍的元素有0、Cu、K、N、Ca、Mg、Fe， 超過10倍至數十倍的有Ni、Pb、Mo、Hg，僅As、Cd含量較低，與全球植物這些元素的平均水平接近。

　　如將海南島植物與全球植物的元素含量大小順序作比較，可發現常量元素和必需微量元素有類似的變化序列。

　　    N≥K>Ca≥Mg>P>Fe>Zn>Cu>Mo

　　    而非必需微量元素則有所不同，

　　    海南：Pb>Cr>Ni>Cd>As>Hg

　　    全球：Cr>Pb>Cd>Ni>As>Hg

　　    與海南島土壤中這些元素的變化序列大致相似。

　　由於植物的選擇吸收和不同科屬種植物間化學元素分佈的不均一性，海南島86種植物中同一元素的含量變化很大，含量高低可相差數倍到數十倍，如P含量，86種植物平均值爲0.231％，以菊科的勝紅魝(Aoeralum conuzoides)最高，爲0.77％，最低爲樟科的楨楠(Machics chinensis)，只有0.08％，相差9倍以上植物含Fe量差异懸殊，桑科的胭脂(Artocarous tonkinensis)只有0.01％，而禾本科的兩耳草(Paspalum conjug -acum)超過0.86％，相差80多倍(各種元素含量最高與最低的植物，分别用符號和*標記在表1中)。

　　不同植物群落由於生境條件及組成種類的差异，其元素分佈有明顯不同，營養元素含量變化的總趨勢是，栽培植物多於天然植物，而天然植物中的喬、灌木又多於草本植物。各植物群落元素的生物吸收序列如下:

　　熱帶雨林：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

　　熱帶針葉林：N>Ca>K>Mg>P>Fe>Zn>Pb>Ni>Cu>Cr>Mo>Cd>As>Hg

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

　　灌叢：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

　　橡膠林：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、海南島86種植物化學元素間的關系

　　采用數理統計方法對海南島86種植物的15種元素進行相關分析。各元素間的相關系數(r)列入表2中。

　　相關系數r愈接近±1，則兩種元素含量之間綫性關系愈好，相關系數達到顯著值與抽樣個數有關，當n=86時，取P=0.05則r=0.2123；p=0.01，r=0.2767,p=0.001,r=0.3487。

　　如果相關系數|r|<0.2123，則r在p=0.05的水平上不顯著，x和y之間不呈綫性相關(用0表示)，如果0.2123<|r|<0.2767，則p=0.05的水平上顯著，x、y間具有一般的綫性相關(用+表示)j如果0.2767<|r|<0.3487，則r在P=0.01水平上顯著，x、y間具較好的綫性關系(用++)，如果|r|>10.3487，則r達到在p=0.001水平上顯著，x、y，間具有很好的綫性相關(x和y分别代表植物中的某一種元素含量)。

　　由表2可以看出，植物元素間的r值在較大的範圍内變動，105個元素對中，顯著相關的占45％，較好相關的占14％，一般相關和相關性不顯著的分别爲9％和32％。

　　以下分常量元素、微量元素、常量元素與微量元素之間的關系加以闡述。

　　 (一)  常量元素

　　主要包括N、P、K、Ca、Mg等化學元素。海南島86種植物中，這些元素除Ca、Mg間和P、Mg間兩個元素對有較好的相關外，其它元素之間均具有很好的綫性相關，相關系數r達到在P<0.001水平上顯著，如圖8N與P之間的相關性即爲一例。

　　(二)微量元素

　　86種植物的15種元素中屬於微量元素的有Mo、Cu、Zn.Fe、Cd、Ni、Cr、Pb、As、Hg等 10種。在植物體中前4種元素具有重要的生理功能，爲植物正常生長所必需，常稱必需微量元素，後六種元素雖存於機體中，但目前未知其功能，故稱非必需微量元素［7，8］。

　　1.必需微量元素　86種植物中4種必微量元素除Mo，Za間和Mo、Fe間具較好的相關關系外，其餘各元素之間均有很好的綫性關系，相關系數在p<0.001水平上顯著，Cu和Zn的相關性如圖4所示。

　　2.非必需微量元素　除Hg,As間綫性不相關，Pb、Hg間僅在p<O．05水平上顯著，具一般的綫性相關；Cd、Hg間僅在P<0．01水平上顯著，具較好的綫性相關外，其餘各微量元素之間均具很好的綫性關系。Cd、Pb間的相關性如圖5所示。

　　 3.必需微量元素與非必需微量元素　總的來看，它們之間的相關性較好，24個元素對中除Cu、Hg間和Fe、Hg間無相關性外，顯著相關的元素有14對，占58％，較好相關的有6對，占26％，一般相關的有2對，占8％。

　　(三)  常量元素與微量元素

　　從表2可以看出，海南島植物中常量元素與必需微量元素之間有如下特點

　　1)Fe元素和常量元素之間、Ca元素和必需微量元素之間没有相關性。

　　2)常量元素和必需微量元素Mo、Cu、Zn之間相關系數均達到P<O．001水平上顯著，具有很好的相關關系。

　　 3)N元素和Mo、Cu、Zn之間僅有一般的相關關系，而Mg和Mo之間相關性顯著，與Cu元素僅一般相關，與Zn元素具有較好的相關關系。

　　常最元素與非必需微量元素之間，總的來説相關性較差，在30個元素對中，僅7個元素對具相關性，其中呈顯著相關的3對，占43％，較好相關和一般相關的各2對，占57％其餘23個元素對相關系數|r|<0.2123，具綫性不相關。

　　基於上述分析可以看出，海南島86種植物中，常量元素、必需微量元素之間是存在密切關系的，這些元素盡管在地球化學性質上極不相同，如N屬親氣元素，Ca、Mg、K屬親石元素、而Cu、Zn和P、Mo、Fe分别屬親Cu和親Fe元素…，但它們都是植物正常生長所必需的元素，在植物體内各有其特殊的生理機能，植物選擇吸收這些元素並保持一定的比例關系。例如，N元素是搆成蛋白質的主要成分，而P元素增高可提高植物體中蛋白氮的含量，顯然N與P之間具有密切的關系，K能促進呼吸作用和蛋白質的形成，能使原生質粘度减低，Ca是搆成細胞壁的成分，能减低原生質膠體的分散性，使原生質的粘度增大，因此爲了使原生質保持正常的膠體狀態需要植物體中Ca、K含量具適當比例, Mg元素是葉緑素的組皎成分，還參與植物體内一些重要的含P化合物的生物合成，能促使P的吸收同化，需P多的植物也濡要較多的Mg, Cu、Zn、Fe和Mo在植物生長中有重要的生理作用，它們還參與體内許多酶系統的組成(如碳酸酐酶含zn，多元酚氧化酶含Cu等)對促進光合作用、碳水化合物代謝、磷酸化反應和葉緑素形成均有很大影響，因此這些元素之間，以及它們與N、P、K、Mg等元素之間存在一定的關系［6,7］。

　　現將相關性顯著和較好的元素間的相關方程列於表3中。

　　四、結語

　　  1.海南島86種植物15種元素的含量大部分超過全球植物的平均水平。一定植物種對元素具有一定内在的吸收選擇力，因此不同植物種同一元素的含量高低變動很大，不同植物群落因生境條件及組成成分不同，元素含量分佈亦有所差异，一般趨勢是；栽培植物多於天然植物,而天植物中喬木、灌木又多於草本植物。

　　 2.植物體的化學元素的是在植物與環境長期適應的演化過程中形成的。由於植物的選擇吸收以及各元素在機體内的生理功能不同，植物體内各元素間的關系不完全决定於它們的地球化學性質.在海南島的環境條件下，86種植物15種元素中，常量元素和必需微量元素之間存在較好的綫性關系，相關系數r達到在P<0.001水平上顯著的占54％，達到在p<0.01水平上顯著的超過70％，唯Fe和常量元素，Ca和Cu、Zn、Mo三個微量元素没有相關性；值得注意的是常量元素和非必需微量元素之間基本上不存在相關關系。

　　3．通過建立海南島植物元素間的相關方程式，初步提出用一種元素含量預測另一種元素含量和變化範圍的可能性。

　　參考文獻（略）

　　原載：植物生態學與地植物學學報1988：51-62.