亚热带退化丘陵红壤区人工林土壤磷素有效性及其影响因素

摘要

磷是植物生长发育所必需的营养元素，是陆地生态系统，特别是亚热带丘陵红壤区植物生长的关键限制因子。退化红壤植被恢复是南方困难立地造林和生态环境建设的重要形式，其对土壤磷素有效性及其影响因素尚不清楚。土壤中95%以上的磷以难以利用的迟效态存在，参与生物循环的有效磷只占全磷的很小部分。因此，开展磷素有效性及其影响因素的研究既有利于正确认识红壤区森林土壤磷素转化的基本规律，又可为植被恢复与森林管理提供重要的参考。　　本文在江西泰和亚热带红壤森林恢复长期定位试验基地中，随机选取未被人为破坏、土壤和地形均一的湿地松(Pinuselliottii)纯林、湿地松(Pinuselliottii)-枫香(Liquidambarfomosana)混交林、枫香(Liquidambarfomosana)纯林和自然恢复的荒草地（对照）为研究对象，每种植被类型各设置3块20mx20m的样方，采用野外调查与实验室相结合的研究方法，以森林非根际土壤和根际土壤的物理、化学和生物学性质、植物新鲜叶片和叶片凋落物的养分含量等关键性指标为研究内容，阐明亚热带丘陵红壤区不同植被类型和不同土壤深度的土壤物理、化学和生物学性质的分异性；阐明植物根际对森林土壤有效磷、化学和微生物学特性的影响；剖析亚热带退化丘陵红壤区人工林土壤磷素有效性的物理、化学和生物学影响因素；评价亚热带退化丘陵红壤区人工林类型的优劣，为退化丘陵红壤区的生态恢复提供科学依据。　　主要研究结果如下：　　1、退化丘陵红壤区植被恢复显著改变了林地土壤磷素有效性。相对于自然恢复的荒草地，植树造林19年后的林地土壤有效磷、微生物量磷和有机磷显著提高，且均呈表聚性。湿地松-枫香混交林和枫香纯林土壤有效磷、微生物量磷和有机磷含量显著高于湿地松纯林。同时发现，造林地土壤氧磷、钙磷和全磷含量显著低于荒草地，但铝磷和铁磷含量反之。此外，造林树种根际土壤有效磷和微生物量磷含量显著高于非根际土壤。土壤有效磷与铝磷、铁磷、有机磷和微生物量磷呈显著正相关。推断土壤有机磷、微生物量磷、铝磷、铁磷是红壤区林地土壤有效磷的潜在来源。在南方退化红壤上应用造林措施恢复植被有助于提高土壤活性磷的供应，特别是增加铝磷和铁磷等无机磷的积累；改良效果表现为为阔叶纯林和针阔混交林优于针叶纯林。　　2、土壤物理化学特性是磷素有效性的重要影响因子。植树造林19年后林地土壤物理性状、pH值、全氮、全钾、有效钾无显著改变；水解性总酸度、有机碳、铵态氮和碳磷比均为枫香纯林和湿地松-枫香混交林显著高于荒草地，且均呈表聚性。土壤有效磷与土壤水解性总酸度、有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮和化学计量比均呈显著正相关，说明磷素有效性的提高与土壤碳、氮过程紧密相联。　　3、土壤生物学特性是磷素有效性关键影响因子。植树造林19年后，湿地松，枫香混交林和枫香纯林的土壤酸性磷酸酶活性、细菌和无机、有机解磷菌数量显著高于湿地松纯林和荒草地，且呈现表聚性。同时，纯林和混交林的枫香新叶和凋落叶全磷含量均分别高于纯林和混交林的湿地松新叶和凋落叶全磷含量，说明凋落物的数量与质量是影响微生物活性和微生物丰富度的关键因素。土壤有效磷与土壤酸性磷酸酶活性、细菌和无机、有机解磷菌数量、植物新鲜叶片和叶片凋落物的全磷含量呈显著正相关，证实了森林土壤微生物和树木特性等生物学属性是影响土壤磷素活化的关键因素。　　综上所述，亚热带退化丘陵红壤植被恢复后土壤磷素供应能力有明显改善。造林树种及其配置模式是造成土壤磷素有效性变异的外在因素，而土壤化学和生物学特性是影响土壤磷素供应的内在因素。总体来看，土壤磷素有效性为造林地高于荒草地，阔叶纯林和针阔混交林优于针叶纯林。有机碳、氮有效性、酸性磷酸酶活性、细菌和无机、有机解磷菌的丰富度是影响土壤磷转化的主要化学和生物学因子。推断增加林分结构复杂性、保留林下植被和禁止收集凋落物等管理措施是改善退化红壤造林地磷素供应能力的有效途径。

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