亚热带四种森林生态系统磷素贮量比较研究

摘要

磷是植物生长发育的重要元素，也是森林生态系统初级生产力的关键因子。我国亚热带森林分布在低纬度地区，土壤中的磷由于很容易与铁、铝离子形成难溶性的铁磷和铝磷，甚至有效性更低的闭蓄态磷，阻碍植物对磷的吸收利用。另外该地区快速的城市化和工业化发展引起的氮沉降增加容易造成土壤中氮磷比失调，使磷成为亚热带森林植被生长和其他生理生态过程的重要限制因素，磷的缺失以及有效性磷匮乏是亟待解决的难题。本研究按照演替阶段进程，选取在湘中丘陵区的四种典型森林类型:杉木人工林、马尾松-石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林和青冈-石栎常绿阔叶林为研究对象，采用相对生长方程估算乔木树种生物量，收获法测定林下灌木和草本植物生物量和地上凋落物现存量，并测定植物各器官、凋落物磷含量，采用Hedley磷素连续浸提方法测定土壤不同深度不同磷素形态及比例构成，从两个方面进行开展研究:(1)探究不同森林类型磷贮量及其磷素在植物、凋落物和土壤的库存分配比例状况;(2)比较不同森林类型土壤磷素形态构成和生物有效性及其环境影响因素，为亚热带不同森林类型的磷素经营管理提供理论依据，研究结果如下: 1)在三种次生林中，随着演替的正向进行林下植被生物量（灌木和草本）表现为先升高后降低的趋势。四种森林类型植物层总生物量大小比较为杉木人工林＞青冈-石栎常绿阔叶林＞马尾松-石栎针阔混交林＞南酸枣落叶阔叶林，依次是228.53 t/hm2，141.5 t/hm2，129.79 t/hm2，86.19 t/hm2。杉木人工林凋落物现存量仅高于马尾松-石栎针阔混交林，三种次生林凋落物现存量随着演替的进行呈现逐渐升高的趋势。 2)从整个植被群落比较来看，杉木人工林凋落物的磷含量最高，随着植被演替的正向进行三种次生林磷含量呈现逐渐升高的趋势。在植被的正向演替中，有机碳、全氮、全磷含量随着演替的进展均表现为先增大后减小的趋势，具体为南酸枣落叶阔叶林＞杉木人工林＞马尾松-石栎针阔混交林＞青冈-石栎常绿阔叶林。 3)随着演替的正向进行，三种次生林生态系统磷贮量呈现先升高后降低的趋势，具体表现为南酸枣落叶阔叶林＞杉木人工林＞马尾松-石栎针阔混交林＞青冈-石栎常绿阔叶林，分别为1.66 t/hm2，1.39 t/hm2，1.07 t/hm2，1.06 t/hm2。不同森林类型植物层、凋落物层和土壤层磷贮量分配比例相近，都表现为土壤层＞植物层＞凋落物层。杉木人工林植物层磷贮量所占整个生态系统磷库比例较三种次生林高。杉木人工林凋落物层所占整个生态系统磷库比例低于三种次生林，。四种森林类型土壤层所占整个生态系统磷库比例与生态系统总磷贮量趋势保持一致，表现为南酸枣落叶阔叶林＞马尾松-石栎针阔混交林＞青冈-石栎常绿阔叶林＞杉木人工林。 4)不同森林类型影响着土壤有效磷及有机磷的含量，人工林有效磷显著小于三种次生林，三种次生林有效磷随着演替呈现先升高后降低的趋势。有效磷贮量和土壤磷酸酶活性均和有效磷的含量趋势保持一致。按着植被的正向演替，三种次生林土壤有机磷和无机磷均表现先升高后降低的趋势。杉木人工林有机磷和无机磷均出现随着土层加深而逐渐降低的趋势。三种次生林有机磷随着土层深度加深呈现倒金字塔式。Hedley连续浸提方法提取出来的四种森林类型磷形态含量大小依次为:Residual-P＞NaOH-P＞NaCO3-P＞HCl-P＞Resin-P。通过用Hedley连续浸提方法提取出来的活性磷（Resin-P+NaHCO3-Pi+NaHCO3-Po）显著高于干灰法提取出来的有效磷。人工林活性磷高于三种次生林，三种次生林随着演替表现先升高后降低的趋势。 5)土壤理化性质与土壤磷不同形态密切相关。有机磷中NaOH-Po和NaHCO3-Po与有机碳、全氮、全磷、有效磷有极显著相关性。相关分析证明影响磷含量的主要因素有:有机碳、全氮、全磷、磷酸酶、有效磷、中度活性磷等。NaHCO3-Pi，NaOH-Pi和有机磷与有效磷相关性最高，对有效磷的贡献最大。 因此，营造落叶阔叶林能够提高土壤磷素供应能力，提高土壤磷酸酶活性及无机磷等组分，能够促进有效磷的可利用。本研究为森林经营管理提供了方向以及对于提高生态系统磷含量的库存有着极其重要的意义。

目录

声明

摘要

引言

1 国内外研究进展

1．1 森林生态系统磷循环

1．1．1 植物磷库

1．1．2 凋落物磷库

1．1．3 土壤磷库

1．2 土壤磷的形态及有效性研究

1．2．1 土壤磷的形态

1．2．2 磷的分级方法

1．2．3 磷素研究方法

1．2．4 影响土壤磷素变化的因素

1．3 研究内容和研究意义

1．4 技术路线

2 研究地概况及研究方法

2．1 研究区概况

2．2 研究方法

2．2．1 野外样地设置与群落调查

2．2．2 乔木层生物量测定

2．2．3 林下植被层群落生物量及林地凋落量测定

2．2．4 植物及土壤样品采集

2．2．5 样品测定

2．3 数据处理

3 结果与分析

3．1 不同森林类型磷素贮量比较

3．1．1 不同森林类型植物层贮量比较

3．1．2 不同森林类型凋落物磷素养分含量及贮量比较

3．1．3 不同森林类型土壤层磷含量及贮量比较

3．1．4 不同森林类型磷素贮量比较

3．1．5 小结

3．2 不同森林类型土壤磷形态及其影响因子

3．2．1 不同森林类型有效性磷贮量

3．2．2 不同森林类型土壤磷酸酶活性比较

3．2．3 不同森林类型土壤磷形态比较及其影响因子

3．2．4 小结

4 主要结论和展望

4．1 主要结论

4．2 创新点

4．3 展望

参考文献

附录

致谢