岷江上游林线附近土壤磷素研究取得进展

2010-7-19 00:00 来源: 成都生物研究所
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  在高山地区,磷和氮通常都被认为是影响植物群落分布和限制初级生产力的重要因子。与氮供应受大气沉降影响相比,高山地区植物所需要的磷,其供应更依赖于土壤过程。土壤中磷素受生物地球化学作用的影响存在着多种形态,不同形态磷素的生物有效性及其在土壤中的转换能力均存在较大差异。高山林线作为亚高山和高山植被的分界线和生态交错带,林线附近植被分布格局及其环境条件的异质性均会对土壤磷素含量及形态有较大的影响,而高山地区的季节性雪被和反复冻融也会对土壤磷素形态的构成产生重要作用,土壤磷素生物地球化学循环及其与植物的互馈效应已经成为高山生态学研究的热点之一。

  中国科学院成都生物研究所吴宁课题组张林博士针对岷江上游林线附近区域土壤磷素形态特征和季节动态问题,选择林线过渡带的三种典型植被类型:岷江冷杉林、雪山杜鹃灌丛和高山灌丛草甸作为研究对象,应用土壤磷素分级方法(Hedley分级法),探讨了林线附近土壤不同形态磷素的含量大小及其空间分布状况,并分别研究了非生长季和生长季三种植被类型下土壤磷素形态的变化动态和转换规律。同时,从低分子有机酸活化土壤磷素的角度,探讨了低分子有机酸对不同土壤磷素形态的活化量和活化效果。

  研究结果表明,研究区内土壤总磷平均含量(857.32 mg·kg-1)较高,但活性磷含量仅占总磷的10%左右。生物态磷含量占总磷含量的60%以上,表明土壤磷素受生物作用影响较大。三种植被类型下土壤无机磷主要以HCl–Pi(稀盐酸提取无机磷)和cHCl–Pi(浓盐酸提取无机磷)形态存在,活性无机磷和NaOH–Pi含量较少。高寒灌丛草甸土壤HCl–Pi和cHCl–Pi含量均显著高于岷江冷杉,表明其含有更多的钙结合态磷。土壤有机磷与土壤有机碳呈显著正相关,NaOH–Po是有机磷主要的构成形态,占总磷含量的39.39-53.69%。不同植被类型下土壤有机磷形态间差异较大,岷江冷杉林下土壤NaHCO3–Po和NaOH–Po含量最高,高寒灌丛草甸则含有更多的cHCl–Po。岷江冷杉林下较厚的凋落物层和更多的易分解有机质可能是其活性和中等活性的磷形态含量较高的重要原因。

  生长季中,植物对土壤磷素含量的驱动作用极为明显。在植物生长的旺季8月,土壤中活性和中等活性无机磷(NaHCO3–Pi和NaOH–Pi)的含量降至最低。与非生长季相比,由于植物对水分和营养元素的竞争,微生物生物量磷含量降低,但其仍然对土壤磷素形态的转换有着一定的影响。微生物在土壤水分和养分的影响下,仍然控制着有机磷的矿化进而改变无机磷的含量。在微生物生物量磷最低的8月,土壤中的有机磷含量及其Residual–P的含量均出现上升。整个生长季中,土壤磷素形态间存在着一定的转换规律,相关系分析表明NaHCO3–Pi与Residual–P、HCl–Pi与NaOH–Po和cHCl–Po存在相互转化关系。这意味着,土壤有机磷矿化后大部分可能首先被土壤的铁、铝、钙矿物固定,然后再活化被植物利用。NaOH–Po的矿化可能是植物生长季中土壤磷素的主要来源。

  非生长季的研究结果表明,在非生长季土壤中的磷素形态和含量基本保持稳定,其变化主要集中在活性磷形态上。土壤中的活性磷含量在非生长季的前期11月的秋冬过渡期内达到第一个峰值;在末期4月开始的冬春冻融交替期内,活性磷含量开始是迅速上升达到第二个峰值,而在雪被完全融化后土壤中的活性磷含量又迅速降低。这一变化规律与土壤微生物生物量磷的变化趋势一致,土壤微生物在受冻融交替或因碳亏缺死亡后,其生物量磷是对土壤活性磷库的重要补充,土壤微生物的活跃与抑制是造成土壤中活性磷库含量变化的重要原因。不同植被下土壤活性磷的变化表现出相同的趋势,但在变化时间点上岷江冷杉林下土壤微生物生物量磷和活性磷的峰值出现时间均晚于高山灌丛草甸。岷江冷杉林下较厚的雪被覆盖和凋落物层能为土壤微生物提供足够的底物和较为稳定的环境,降低了微生物因冻融交替而死亡,从而使得土壤中活性磷峰值出现的时间晚于灌丛草甸。

  低分子量有机酸对土壤中的各磷素形态均有一定的活化作用,活化强度随低分子量有机酸浓度的增大而增强,并且柠檬酸活化土壤磷的能力强于苹果酸。从活化效果来看,与铁铝结合较为紧密的NaOH–Pi的活化量最大,与钙结合较紧密的HCl–Pi和cHCl–Pi也有一定释放,而活性无机磷(Resin–Pi和NaHCO3–Pi)最低。这可能与低分子酸能与铁铝化合物产生螯合作用从而降低对磷素的吸附有关。

  该项目得到国家“十一五”科技支撑计划课题(2006BAC01A00-15)的资助。