亚热带森林土壤磷素的生物多样性调控机制

摘要

磷是构成植物体内重要元素，是植物生长必需的大量营养元素之一。植物体需要的磷主要从土壤中获得，土壤中的磷素含量及其供磷特性对于植物的生长非常关键，这使得土壤磷的供应成为森林林木生长和其他生态过程的重要限制因子，其中生物过程是控制森林生态系统土壤P生物有效性的关键因素。生物多样性与生态系统功能之间的关系是当今生态学研究的前沿和热点问题，而对森林生态系统磷的循环的影响研究较少。本研究以中亚热带演替的顶级森林群落—石栎-青冈常绿阔叶林为研究对象，在1公顷样地内，按照树种多样性梯度，选取1个树种、2个树种、3个树种和4个树种的树丛组合，测定土壤理化性质、不同磷形态含量、细根生物量和凋落物量，揭示在邻域范围内土壤磷形态构成和生物有效性形成及其与物种多样性的关系及外源驱动因子，为在全球变化背景下更好地认识、调控和管理磷的生物地球化学循环提供的理论基础。主要结果如下: (1)土壤pH值和含水率随土层的增加大致是增加的，SOC和TN随土层的增加而减小。在不同树种多样性水平下，pH、SOC、TN和含水率基本没有太大的变化或明显的规律，但SOC、TN和含水率都是在3个树种的组合的时候最大。在同一土层不同树种多样性水平下，pH和SOC都没有显著性差异，含水率只在30-45cm土层有显著性差异(P＜0.05)，TN在0-15，15-30，30-45cm土层有显著性差异而在45-60cm土层却没有。 (2)土壤总磷含量随树种多样性的增加大致表现为递减的趋势，而且在不同树种多样性梯度下，土壤总磷含量有显著性差异（P＜0.05）;我们把1个树种的树丛看作是单一种植，其他的看作是混交种植。随着土层的增加，无论是单一种植还混交种植下的总磷含量都是减少的;在4层土层中，单一种植下的总磷含量都大于混交种植，但是这种差异不显著。随树种多样性的增加R.P、CO.Po、 OH.Po和H.P所占比例变化不大;CO.Pi和OH.Pi所占比例随树种多样性的增加反而减少;Res.P所占比例随树种多样性的增加而增加。土壤无机磷和有机磷对树种多样性的响应是不一样，无机磷随树种多样性的增加明显减少，且不同树种多样性差异显著（P＜0.05）;而有机磷随树种多样性的增加缓慢递减。容易受生物过程影响的AVP和MAVP随树种多样性的增加而减少，而STP含量基本不变。 (3)树种多样性对细根生物量的影响不大。用一般线性回归模型分析细根生物量与Hedley各种磷形态含量之间的关系发现只有CO.Po和OH.Po和细根生物量有着极其显著的关系(P＜0.001)，但与其他5种形态的磷没有显著的相关关系。进一步分析无机磷和有机磷与细根生物量的关系，发现细根生物量与有机磷呈极显著正相关关系(P＜0.001)，而与无机磷呈不显著的负相关。 (4)凋落物量随树种多样性的增加呈递减的趋势，凋落物量在春秋两季较多，在夏季比较平稳，而在冬季最少。同样用一般线性回归模型分析凋落物量与Hedley各种磷形态含量之间的关系发现7种不同形态的磷跟凋落物量都呈现正相关关系，但只有CO.Po和Res.P和凋落物量有着显著相关的关系（P＜0.05），而与其他5种形态的磷没有显著的相关关系。进一步分析无机磷和有机磷与调落物量的关系，发现凋落物量与有机磷呈显著正相关关系（P＜0.05），而与无机磷相关性不显著。 (5)各种因子对土壤磷有效性影响存在交互作用，为分析在这种交互作用中哪些因子是起到主要作用的，我们运用逐步回归分析对AVP进行分析。最后在AVP的多元回归方程中留下TN、TP和细跟生物量三个影响因子。其中TN和AVP是极显著负相关关系(P＜0.01);而细根生物量和TP与AVP都呈显著(P＜0.05)的正相关关系。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土壤磷及其形态

1．2．2 生物多样性与生态系统功能关系

1．2．3 影响土壤磷素形态转化及其有效性的因素

1．2．4 土壤磷素形态及有效性与生物多样性的关系

1．2．5 土壤磷分级和提取方法

1．3 研究目的与意义

1．4 研究内容

1．5 技术路线

2 研究材料与方法

2．1 研究地概况

2．2 研究方法

2．2．1 样地布置

2．3．2 土壤样品采集与处理

2．3．3 细根生物量测定

2．3．4 凋落物量测定

2．3．5 土壤理化性质测定

2．3．4 土壤磷形态测定

2．3 数据处理

3 结果与分析

3．1 土壤理化性质

3．2 树种多样性对各种磷形态含量的影响

3．2．1 树种多样性对土壤总磷的影响

3．2．2 树种多样性对Hedley各种磷形态比例的影响

3．2．3 树种多样性对Hedley各种磷形态含量的影响

3．2．3 无机磷和有机磷含量的变化

3．2．4 不同活性磷形态含量的变化

3．3 细根生物量

3．3．1 树种多样性对细根生物量的影响

3．3．2 细根生物量与各种磷形态含量之间的关系

3．4 凋落物量及其动态

3．4．1 树种多样性对凋落物量的影响

3．4．2 凋落物量与各种磷形态含量之间的关系

4 讨论

4．1 树种多样性对土壤磷及其组分的影响

4．2 土壤磷形态的外源性驱动因子

4．2．1 细根对土壤磷形态的影响

4．2．2 凋落物对土壤磷形态的影响

4．3 影响土壤磷有效性的交互作用

5 结论

6 研究展望

7 缩写词对照表

参考文献

附录 攻读学位期间的主要学术成果

致谢