黄土高原刺槐人工林土壤磷组分及其有效性对穿透雨改变的响应

摘要

降水变化是全球气候变化的重要内容，是限制陆地植物生长的主要因子之一，影响着陆地生态系统的净初级生产力和养分循环等许多生态系统过程。由于降水变化影响生态过程的区域差异性，可以预测不同的生态系统对降水变化的响应也会不同，但有关降水变化对黄土高原人工林生态系统土壤养分，特别是不同磷组分的影响的研究，目前还未见报道。鉴于黄土高原地区磷的重要性，本研究利用野外控制的穿透雨实验，设置7个穿透雨梯度处理（即增水20%、60%、80%及减水20%、60%、80%和对照），分析降水变化对土壤总磷、速效磷以及磷组分和碱性磷酸酶活性的影响，旨在探究黄土高原刺槐人工林生态系统土壤磷对降水变化的响应特征。得出的主要结果如下： （1）研究区土壤总磷含量为547-750mg·kg-1，速效磷含量平均仅为总磷含量的0.597%，总无机磷、总有机磷和残渣态磷在总磷中的占比依次为71.6%、15.8%、12.6%。穿透雨改变对土壤总磷和总无机磷含量的影响均不显著，对土壤速效磷和总有机磷含量有显著影响。增水处理的速效磷含量高于减水处理，在7个处理梯度上随穿透雨增加呈先降低后升高的趋势，总有机磷含量则呈明显的上升趋势。总磷、总有机磷含量与土壤含水量和pH值之间无显著相关性；速效磷含量与土壤含水量正相关，与pH值呈负相关，总有机磷与pH值负相关。穿透雨变化可能通过直接影响土壤含水量和pH值对速效磷含量产生影响。总磷与总无机磷含量呈显著正相关关系。0-20cm土壤速效磷与总有机磷含量呈显著正相关，20-40cm土层相关性不显著，说明有机磷也是具有生物有效性的部分，表层土中具有效性的有机磷组分比更深层的土壤多。 （2）研究区土壤稀HCl提取态无机磷占总无机磷的比例最大，为67.4%，浓HCl提取态有机磷占总有机磷的比例最大，为76.1%。穿透雨变化显著影响了土壤树脂磷、NaHCO3提取态有机磷、0-20cm、20-40cm土壤NaHCO3提取态无机磷、40-60cm土壤NaOH提取态有机磷的含量，对NaOH提取态无机磷、稀HCl提取态无机磷、浓HCl提取态有机和无机磷以及残留态磷含量的影响均不显著。土壤树脂磷和土壤NaHCO3提取态无机磷含量在7个处理梯度上均呈先降低后升高的趋势，土壤NaHCO3提取态有机磷含量呈上升趋势，可能与增水增加了土壤微生物生物量有关，NaOH提取态有机磷含量则呈下降趋势；穿透雨增加降低了土壤稀HCl提取态无机磷在总磷中的占比，提高了NaHCO3提取态有机磷占比。稀HCl提取态无机磷与树脂磷和NaHCO3提取态无机磷含量之间存在负相关关系，除HCl提取态无机磷含量与速效磷含量不相关外，其余磷分级则表现出显著相关性，HCl提取态无机磷主要包括土壤中的Ca-P和磷灰石，其生物有效性表达十分有限，其余磷形态均具不同程度的生物有效性。 （3）研究区根际土磷酸酶活性和非根际土磷酸酶活性的变化范围分别是103-513mg·kg·h-1、78.7-443mg·kg·h-1。0-20cm和20-40cm土层增水处理的根际土磷酸酶活性分别比对照处理高55.9%和88.3%，非根际土磷酸酶活性分别高109%和121%。增水增加了土壤磷酸酶活性，非根际土磷酸酶活性对穿透雨增加的响应强于根际土。磷酸酶活性与土壤含水量、土壤有机磷含量和蔷薇科地上生物量均呈显著正相关关系，说明穿透雨变化可以通过影响土壤含水量、有机磷含量和地上植物改变土壤磷酸酶活性。 这些研究结果表明黄土高原区降水增多导致刺槐人工林土壤磷的流失但影响不显著，说明土壤总磷含量受短期降水变化的影响较小。但对于土壤中不同磷组分、根际和非根际土磷酸酶来说，降水变化通过影响土壤水分、微生物活动和地上植物，改变了土壤中各种磷组分的含量、在总磷中的占比以及碱性磷酸酶的活性。降水变化对溶解性好、有效性高的磷组分（resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po）的影响比溶解性差、有效性低的磷组分的影响大，NaHCO3-Po对降水变化的响应最强烈，其响应深度可达60cm处的土层，resin-Pi、NaHCO3-Pi与土壤速效磷含量具有一致的变化规律，通过对这些磷组分的影响直接影响了土壤磷的有效性，另外，降水增加还会增加有效性高的磷组分的含量，同时促进了低有效性无机磷向有效性磷转化，这对了解黄土高原地区刺槐人工林土壤磷有效性在降水变化下的变化规律及其影响机制有重要意义，为未来气候变化下水土保持林的继续发展提供重要理论基础。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究进展

第二章 研究内容和方法

2.1 研究内容

2.2 研究方法

2.3 技术路线

第三章 穿透雨改变对黄土高原土壤总磷和速效磷的影响

3.1 土壤总磷和速效磷对穿透雨改变的响应

3.2 穿透雨改变影响土壤总磷和速效磷的因素

3.3 穿透雨改变对土壤总无机磷和总有机磷的影响

3.4 穿透雨改变影响土壤总有机磷和总无机磷的因素

3.5 讨论

3.6 小结

第四章 穿透雨改变对土壤磷组分的影响

4.1 穿透雨改变对土壤有机磷组分的影响

4.2 穿透雨改变对土壤无机磷组分的影响

4.3 土壤不同磷组分的生物有效性

4.4 穿透雨改变对磷组分相互转化的影响

4.5 讨论

4.6 小结

第五章 穿透雨改变对根际和非根际土磷酸酶活性的影响

5.1 林内穿透雨改变对根际和非根际土磷酸酶活性的影响

5.2 穿透雨改变对根际和非根际土磷酸酶土层间递减率的影响

5.3 穿透雨改变影响根际和非根际土磷酸酶活性的因素

5.4 讨论

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历