《固氮树种引入桉树人工林后对林分间土壤各磷组分的影响实证研究15000字（论文）》

固氮树种引入桉树人工林后对林分间土壤各磷组分的影响实证研究摘要本研究以阔叶树种桉树和珍贵乡土固氮树种格木作为研究对象，即林龄均为十年的桉树纯林和桉树-格木混交林，测定其土壤理化性质，并采用Hedley磷分级方法测定其余土壤磷组分，除此之外还采用氯仿熏蒸提取法测定土壤微生物磷含量，通过分析对比桉树人工林引入固氮树种前后根际土壤理化性质、各磷组分含量及林分内根际土壤与非根际土壤理化性质、各磷组分含量的变化，探究固氮树种引入桉树人工林后对林分间土壤各磷组分的影响。研究结果表明桉树人工林引入固氮树种后：（1）对根际土壤和非根际土壤含水率和pH值的影响不大，均表现为无显著差异（P>0.05）。（2）以纯林为对照，混交林根际土壤硝态氮、全磷含量分别显著增加194.62%，22.01%（P<0.05）；而有机质、全氮、铵态氮、速效磷含量分别显著降低9.13%，12.64%，10.80%，17.42%（P<0.05）。非根际土壤中，硝态氮、全磷含量分别显著增加262.24%，15.13%（P<0.05）；而有机质、全氮、铵态氮、速效磷含量分别显著降低15.62%，11.80%，19.05%，12.92%（P<0.05）。（3）以纯林为对照，混交林根际土壤中的NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、磷灰石型磷、土壤微生物磷分别显著提高5.15%，4.48%，77.28%，4.19%，57.70%（P<0.05）；而树脂磷、土壤团聚体内磷、残留态磷分别显著降低9.60%，30.60%，23.19%（P<0.05）。（4）混交林非根际土壤中的残留态磷、土壤微生物磷分别显著提高10.82%，21.20%（P<0.05）；而树脂磷、土壤团聚体内磷、磷灰石型磷分别显著降低7.75%，8.86%，6.42%（P<0.05）。（5）硝态氮与NaOH溶解性磷、硝态氮与土壤微生物磷、全磷与CHCl/NaHCO3提取态磷、全磷与土壤微生物磷之间均为显著正相关关系（P<0.05）。以上结果说明固氮树种的引入对土壤磷循环产生了一定影响，在一定程度上改善了桉树人工林土壤磷素的利用率，有利于改良土壤地力。关键词：固氮树种桉树人工林磷组分根际土目录 TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 i第一章绪论 11.1研究意义 11.2国内外研究现状和进展 21.3拟解决的关键问题 31.4技术路线 4第二章材料与方法 52.1研究区概况 52.2样地设置与样品采集 52.3样品测定与分析 52.4数据处理方法 6第三章结果与分析 83.1不同林分类型对土壤理化性质的影响 83.2不同林分类型对土壤磷组分含量的影响 93.3土壤理化性质对土壤磷组分的相关性分析 14第四章讨论与结论 174.1讨论 174.2结论 194.3研究不足与展望 19参考文献 20第一章绪论1.1研究意义桉树（E.urophylla）是桃金娘科、桉属树种的总称，具有生长速度快、产量高、品质优良的特点，在我国的广西、广东、福建、云南和四川等地均有分布[1]。广西作为我国的林业大省，与桉树的种植密不可分，连片的桉树林则成为广西标志性的特点[2]。桉树作为速生树种是广西营造人工林的重要造林树种，目前种植面积已超过164万hm2，从中获得了较高的经济收入，促进了广西经济的发展[3]。虽然种植桉树人工林帮助我们解决了不少问题，但与此同时，由于桉树人工林经营管理不当而产生的生态问题，如：土地退化、生产力下降等，也越来越引起人们的关注[4]，甚至有部分人们认为桉树是有害的，我们应该不予种植。面对人工林土地退化、生产力下降这些问题，目前主要以营造混交林作为应对措施[5]，又因为固氮树种可以在一定程度上改善林地土壤的养分，防止土地退化，促进植物的生长，提高林地生产力[6]，因此，营造固氮树种与桉树人工林的混交林不失为一个好的搭配方式。例如杨曾奖的试验指出，将桉树与部分固氮树种混交后，混交林生态系统内的生物多样性逐渐提高，种间关系也逐渐协调，不仅能防止地力衰退，还能提高桉树人工林稳定性，有利于桉树的可持续发展[7]，但是森林抚育等经营管理措施不当也会直接影响森林生态系统的稳定性[8]。因此，目前为了减缓因桉树人工林经营管理不当而引起的生态退化，针对桉树混交林树种之间的固氮作用已有学者开展了研究[9-12]。根际土壤，顾名思义是指在根际区域内的土壤，但在不同条件下根际土壤的范围会因土壤结构、含水量、土壤颗粒大小等因素的不同而不同，一般认为距离根系表面0-4mm的土壤为根际土[5]。同时，根际是联系植物、土壤和微生物的重要场所[13]，进行着活跃的物质交换且对外界环境敏感[14]。因而，林分结构的改变会导致根际环境发生相应改变，而根际环境的改变则会引起根际土壤养分的改变[15-16]，从而影响到植物与土壤之间的养分交流，并最终影响到植物的生长。因此，研究根际环境对人工林根际土壤营养元素组分的影响具有重要意义。磷（P，Phosphorus）是植物生长必需的大量营养元素之一[17]，对植物的生长发育在多个方面具有不同但又重要的作用，例如：磷是植物体内合成DNA、RNA和细胞膜等许多化合物的重要组成部分，不可或缺[18]。植物吸收利用的磷多以无机磷的形式存在，而我国目前不仅土壤全磷（TP）含量很低[19]，土壤中还有将近一半的磷以有机磷的形式存在，难以让植物吸收利用，若要让植物得以吸收利用，则需将有机磷经过矿化作用转化成无机磷后才能实现，因此，磷一直是限制我国森林生态系统植物生长发育的关键因子之一[20-21]。此外，由于亚热带地区气候多为高温多雨，降雨量充沛，因此，部分可利用的磷会随着雨水的冲刷而流失，土壤中磷的有效性降低，又因该地区的土壤为酸性土且高度风化，土壤中大部分可利用的磷会和土壤粒子紧密结合[18]，植物也难以吸收利用，同样导致磷成为限制我国森林生态系统植物生长发育的关键因子之一[22]。而且，一般情况下人工林种植会遇到缺磷的问题，通过施用磷肥的方法来解决，但这不仅容易对土壤地力造成破坏，还会对其周边的生态环境产生不良影响[23]。因此，要提高人工林生态系统生产力，保证人工林的可持续发展，最重要途径之一就是提高土壤磷的有效性。1.2国内外研究现状和进展1.2.1土壤磷循环及其主要影响因素磷在植物生长发育过程中具有重要的作用[24]，与氮、钾、钙、镁等统称为大量元素，土壤中磷素含量的多少及其供应能力的大小会直接影响植物的生长发育以及森林生产力的高低[25-26]，因此，研究影响磷素有效性的因素具有重要意义。此外，植物生长发育所需的磷大部分都来自岩石风化作用后的土壤[17]，而土壤磷的循环过程，会受到生物因素和非生物因素及其共同作用的影响，生物因素一般包括土壤母质、气候、植被类型等，非生物因素包括人为因素等，是一个极其复杂的过程[20]。土壤母质不仅会影响土壤磷含量的多少，还会影响土壤磷的转化速率，从而导致土壤母质在不同的情况下，其发育而成的土壤的磷含量也不同，甚至存在着较大的差异，例如：基性岩磷含量>中性岩磷含量>酸性岩磷含量[27]。对于气候因素，一般认为温度和降水是影响森林土壤磷循环最主要、最直接的两大因素[28-29]，温度和降水不仅可以通过促进土壤磷的吸附、解吸[30]和淋溶[31]，直接影响土壤磷的循环过程，还可以通过改变土壤微生物的数量、群落结构和活性，间接影响土壤磷的循环过程[32-34]。不同植被类型由于其物种组成、植物自身特性存在差异，对土壤磷的活化效果不同，使得土壤磷的存在形态及其有效性存在差异[20]。土壤磷含量及其有效性除了与上述因素有关，与人类的生产活动也有一定的关系[35]，施肥和耕作是目前影响土壤磷有效性的主要人为因素[36]，通过改变土壤物理性质，如：增加土壤透气性和保水性、提高土壤微生物的活性等，促进土壤有机磷的矿化，间接地影响土壤磷的有效性[37]。1.2.2固氮树种对土壤养分循环的影响固氮树种根部具有根瘤菌，能够固定大量的氮，而氮素作为植物生长发育的重要营养元素之一，对土壤肥力的高低具有重要的影响[38]。由于固氮植物根系与固氮菌之间的共生作用在很大程度上发挥了固氮菌的固氮能力，因而人工林土壤的营养元素含量及其有效性得到了显著提高[39]，且有研究表明土壤碳氮磷供应中存在着明显的耦合过程[40]，土壤碳氮变化的同时也会影响磷循环的生物地球化学循环[41]，因此不少学者对固氮树种与人工树种混交林土壤养分的变化进行了研究，如：张鼎华等研究表明杉木-马尾松混交林中根际土壤的有效磷含量大于非根际土壤，且混交林中非根际土壤的有效磷含量也大于杉木纯林和马尾松纯林[22]；陈永亮等研究发现落叶松纯林和胡桃楸纯林中，有效磷含量均表现为根际土高于非根际土，尤其是落叶松纯林的差异显著[16]；陈永康等研究结果表明，珍贵固氮树种降香黄檀与二代巨尾桉混交七年后，土壤磷转化速率有增加的趋势[39]；张彦东等研究发现落叶松根际土壤有效磷浓度明显高于非根际土[42]；杨曾奖等研究发现大叶相思-桉树混交林的土壤磷含量高于桉树纯林及大叶相思纯林的土壤磷含量[43]；姚宝琪等研究发现木麻黄-厚荚相思混交林根际土壤有机质、全氮和水解氮、全磷和有效磷含量均得到了提高[44]；黄宇等研究表明固氮树种桤木引入杉木人工林混交后，林地的土壤养分含量得到了明显增加[45]；吉艳芝等研究表明混交林中的土壤有机质、全氮及速效氮含量均高于纯林[46]。1.2.3磷素分级方法磷素分级方法到目前为止已经经历了一段较长的发展过程，从上世纪30年代研究无机磷分级方法开始,再到60年代研究有机磷分级方法,直到如今将无机磷与有机磷相结合进行分级，磷分级方法在不断进步[47]。土壤无机磷中大部分是正磷酸盐，因此，无机磷分级方法依据正磷酸盐结合的主要阳离子不同，将土壤无机磷分为Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P4种形态[48]。有机磷分级方法则是利用化学浸提剂对土壤有机磷进行提取，将土壤有机磷分为4组：活性有机磷、中度活性有机磷、中稳性有机磷和高稳性有机磷[49]。利用无机磷分级和有机磷分级方法对土壤磷素进行研究在一定程度上具有重要意义，但传统的磷素分级方法尚存在几点局限性：（1）难以完全区分无机磷和有机磷[50]；（2）利用NH4F提取Al-P时，Al-P和Fe-P容易混淆，使得两者的测定值不准确[51]；（3）不适用于区分中稳定态的磷化合物[52]。因此，到了1982年Hedley提出了一种新的磷素分级方法，通过将土壤磷素连续提取后分为七类，这七类磷包括：①树脂磷（Resin-P）；②NaHCO3提取态磷（NaHCO3-P）；③土壤微生物磷（SMP）；④NaOH溶解性磷（NaOH-P）；⑤土壤团聚体内磷（Sonic-P）；⑥磷灰石型磷（HCl-P）；⑦残留态磷（Residual-P）[53]。其中，树脂磷、NaHCO3提取态磷的有效性都较高，且树脂磷的活性最高，而NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、磷灰石型磷、残留态磷的有效性都较低，甚至残留态磷性质稳定，导致其可利用性很低[54]。与无机磷分级方法和有机磷分级方法相比，Hedley磷素分级方法将无机磷有机磷相结合进行分级，能更准确的反映土壤中磷素状况的动态变化，为研究土壤中磷的转化机制、提高磷的利用率等提供了理论依据，是较为合理的磷素分级方法[47]。而采用合适的磷素分级方法对土壤磷素的形态和有效性进行研究，有利于揭示土壤磷素状况[51]，因此不少学者利用Hedley磷素分级方法开展了研究并取得一定的进展，例如：杨芳等用Hedley方法研究了磷素的不同形态对有效磷供应的影响[55]；詹书侠等研究了森林不同演替阶段土壤磷的有效形态[40]。1.3拟解决的关键问题研究固氮树种对人工树种土壤元素含量及其有效性的作用具有重要意义，通过查阅文献发现目前关于固氮树种对桉树人工林根际土壤养分及其有效性的影响的研究较少，因而本研究以桉树纯林以及桉树与珍贵固氮树种（格木）混交林为研究对象，即林龄均为十年的桉树纯林和桉树-格木混交林，对其进行土壤样品采集，并进行实验样品室内分析，测定土壤理化性质，并采用Hedley磷分级方法测定其余土壤磷组分，土壤微生物磷则利用氯仿熏蒸提取法进行测定，旨在通过分析对比桉树人工林引入固氮树种前后根际土壤理化性质、各磷组分含量及林分内根际土壤与非根际土壤理化性质、各磷组分含量的变化，探究固氮树种引入桉树人工林中后对根际土壤磷组分的影响，为改善桉树人工林根际土壤养分有效性提供科学依据，寻找防止土地退化，提高林地生产力，维持桉树人工林的可持续发展的有效途径。1.4技术路线本研究技术路线如图1-1所示：图1-1技术路线第二章材料与方法2.1研究区概况本课题的研究区域位于广西壮族自治区凭祥市的中国林业科学研究院热带林业实验中心的实验场内（22°10’N,106°50’E），也是广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站[56]。该地区年平均降雨量为1400mm，年平均气温为20.5~21.7℃，且干、湿季节分明，地貌类型以低山丘陵为主，主要土壤类型为红壤[57]，大部分由花岗岩风化形成。该研究区域种植模式主要为纯林和混交林，且人工林类型丰富，针叶树种以马尾松（P.massoniana）和杉木（C.lanceolata(Lamb.)Hook）为主，阔叶树种有桉树（E.urophylla）、格木（E.fordiiOliv.）、红锥（C.hystrixMiq.）、降香黄檀（D.odorifera）等。2.2样地设置与样品采集本研究以阔叶树种桉树和珍贵乡土固氮树种格木作为研究对象，即林龄均为十年的桉树纯林和桉树-格木混交林（混交比例为4:1），并随机选择5块20m×20m土地作为重复样地。在距离样地中心5m的位置上每间隔45°设置1个采样点，共8个采样点，然后用20cm×20cm×20cm的钢框将0-10cm和10-20cm的土壤分别采集到托盘内，并采用经典的抖落法收集根际土壤（用手轻轻抖动植物根系却依然附着在根系上，距离根系小于4mm的土壤就是根际土，其余的为非根际土[58]），将各个样地中不同层土壤的8个采样点样品分别混匀为一个土壤样品，土壤样品混匀后立即放置在放有冰盒的保温箱里。从野外回到实验室后，直接将采集回来的新鲜土壤过2mm筛，然后用自封袋在-20℃下保存起来，以便用于后续测定土壤理化性质和土壤磷组分。2.3样品测定与分析2.3.1土壤理化性质土壤含水率采用烘干法测定；土壤pH值采用电位法测定（土水比1:2.5）；土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮在称取0.5g土壤样品及加入1.85g混合催化剂（K2SO4﹕CuSO4=10﹕1)和5ml浓硫酸消煮至灰白后，定容到100ml容量瓶，过滤出上清液在全自动连续流动分析仪上测定其含量[59]；土壤铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）含量在称取10g土壤样品及加入50ml的KCl溶液（浓度为2mol/L）震荡离心后，取其上清液在全自动连续流动分析仪上测定其含量[35]；土壤全磷采用HClO4-H2SO4消煮，钼锑抗比色法测定[60-61]；土壤速效磷采用双酸（0.05mol/LHCl-0.025mol/L12H2SO4）浸提法测定；土壤微生物磷采用氯仿熏蒸提取法测定[62-63]2.3.2土壤磷组分取1g土壤过0.149mm筛后，采用Hedley连续浸提法对部分土壤磷组分进行测定[64]，包括：树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、磷灰石型磷、残留态磷，土壤微生物磷则采用氯仿熏蒸，0.5MNaHCO3在土水比1:20的条件下提取测定其含量[65]。2.4数据处理方法首先，利用MicrosoftExcel2010软件分析试验中的原始数据。其次，应用SPSS统计软件（ver.22.0）对数据进行独立t检验，比较分析桉树人工林引入固氮树种前后根际土壤理化性质、各磷组分含量及林分内根际土壤与非根际土壤理化性质、各磷组分含量的变化；采用皮尔森（Pearson）相关性分析法来分析土壤理化性质与土壤磷组分含量之间的相关性。最后运用Sigmaplot10.0软件作图。第三章结果与分析3.1不同林分类型对土壤理化性质的影响分析对比桉树人工林引入固氮树种（格木）前后土壤理化性质之间的差异，如表3-1所示，以纯林为对照，在根际土壤和非根际土壤中，混交林土壤含水率分别增加了7.33%，3.72%，无显著差异（P>0.05）；混交林的土壤pH值分别降低了0.04%，0.16%，无显著差异（P>0.05）；纯林的土壤有机质分别显著降低了9.13%，15.62%（P<0.05）；纯林的土壤全氮分别极显著降低了12.64%，11.80%（P<0.01）；纯林的土壤硝态氮分别极显著增加了194.62%，262.64%（P<0.01）；纯林的土壤铵态氮分别显著降低了10.80%（P<0.05）、极显著降低了19.05%（P<0.01）；纯林的全磷分别显著增加了22.01%，13.17%（P<0.05）；纯林的土壤速效磷分别显著降低了17.42%，12.29%（P<0.05）。又以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤含水率分别低于非根际土壤4.11%，0.78%，无显著差异（P>0.05）；根际土壤pH值分别低于非根际土壤0.82%，0.69%，无显著差异（P>0.05）；根际土壤有机质分别极显著高于非根际土壤37.88%，48.48%（P<0.001）；根际土壤全氮分别极显著高于非根际土壤22.35%，21.19%（P<0.01）；根际土壤硝态氮分别极显著高于非根际土壤1647.96%，1321.67%（P<0.01）；根际土壤铵态氮分别显著高于非根际土壤9.83%（P<0.05），极显著高于非根际土壤21.02%（P<0.01）；根际土壤全磷分别极显著高于非根际土壤24.89%，34.65%（P<0.01）；根际土壤速效磷分别极显著高于非根际土壤78.42%（P<0.01），极显著高于非根际土壤69.19%（P<0.001）。表3-1土壤理化性质概况Table3-1Soilphysicalandchemicalproperties土壤类型Agrotype林分类型Standtype含水率（SWC）%pH值（pH）有机质（SOM）g/kg全氮（TN）g/kg硝态氮（NO3--N）mg/kg铵态氮（NH4+-N）mg/kg全磷（TP）g/kg速效磷（AP）mg/kg根际土纯林0.22±0.01a4.88±0.12a35.93±1.03a3.52±0.10a2.28±0.44b235.50±2.50a0.57±0.02b8.33±0.50a混交林0.23±0.01a4.88±0.14a32.65±0.68b3.08±0.09b6.71±1.02a210.07±8.63b0.69±0.03a6.88±0.24b非根际土纯林0.22±0.01a4.92±0.13a26.06±0.89a2.88±0.06a0.13±0.02b214.43±7.57a0.45±0.01b4.67±0.17a混交林0.23±0.01a4.91±0.15a21.99±0.72b2.54±0.10b0.47±0.05a173.58±3.80b0.51±0.02a4.07±0.24b注：表中数据为平均值±标准误差，同列不同字母表示相同土壤类型中不同林分类型间差异显著（P＜0.05）。3.2不同林分类型对土壤磷组分含量的影响3.2.1树脂磷如图3-1所示，分析结果表明，以纯林为对照，在根际土壤和非根际土壤中，混交林树脂磷分别显著降低9.60%，7.75%（P<0.05）。其中，纯林根际土壤树脂磷含量最高，为3.32mg/kg，混交林非根际土壤树脂磷含量最小，为2.52mg/kg。又如图3-2所示，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤树脂磷分别极显著高于非根际土壤21.40%（P<0.01），极显著高于非根际土壤18.97%（P<0.001）。图3-1不同林分类型间根际土和非根际土图3-2不同土壤类型间纯林和混交林树脂磷含量的变化树脂磷含量的变化注：*表示在P<0.05水平上显著相关；**表示在P<0.01水平上显著相关；***表示在P<0.001水平上显著相关；NS表示不相关，P>0.05。（下同）3.2.2NaHCO3提取态磷如图3-3所示，分析结果表明，混交林根际土壤NaHCO3提取态磷显著增加5.15%（P<0.05），混交林的非根际土壤NaHCO3提取态磷降低0.14%，无显著差异（P>0.05）。其中，混交林根际土壤NaHCO3提取态磷含量最高，为3.16mg/kg，混交林非根际土壤NaHCO3提取态磷含量最小，为2.71mg/kg。又如图3-4所示，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤NaHCO3提取态磷分别极显著高于非根际土壤10.63%（P<0.01），极显著高于非根际土壤16.49%（P<0.001）。图3-3不同林分类型间根际土和非根际土图3-4不同土壤类型间纯林和混交林NaHCO3提取态磷含量的变化NaHCO3提取态磷含量的变化3.2.3CHCl/NaHCO3提取态磷如图3-5所示，分析结果表明，混交林根际土壤CHCl/NaHCO3提取态磷极显著增加4.48%（P<0.01），混交林的非根际土壤CHCl/NaHCO3提取态磷增加3.74%，无显著差异（P>0.05）。其中，混交林根际土壤CHCl/NaHCO3提取态磷含量最高，为3.26mg/kg，纯林非根际土壤CHCl/NaHCO3提取态磷含量最小，为2.75mg/kg。又如图3-6所示，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤CHCl/NaHCO3提取态磷分别极显著高于非根际土壤13.47%，14.28%（P<0.001）。图3-5不同林分类型间根际土和非根际土图3-6不同土壤类型间纯林和混交林CHCl/NaHCO3提取态磷含量的变化CHCl/NaHCO3提取态磷含量的变化3.2.4NaOH溶解性磷如图3-7所示，分析结果表明，混交林根际土壤NaOH溶解性磷显著增加77.28%（P<0.05），混交林的非根际土壤NaOH溶解性磷降低0.04%，无显著差异（P>0.05）。其中，混交林根际土壤NaOH溶解性磷含量最高，为5.83mg/kg，混交林非根际土壤NaOH溶解性磷含量最小，为2.94mg/kg。又如图3-8所示，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤NaOH溶解性磷分别显著高于非根际土壤11.67%，98.06%（P<0.05）。图3-7不同林分类型间根际土和非根际土图3-8不同土壤类型间纯林和混交林NaOH溶解性磷含量的变化NaOH溶解性磷含量的变化3.2.5土壤团聚体内磷如图3-9所示，分析结果表明，在根际土壤和非根际土壤中，混交林团聚体内磷分别显著降低30.60%，8.86%（P<0.05）。其中，纯林根际土壤团聚体内磷含量最高，为4.59mg/kg，混交林非根际土壤团聚体内磷含量最小，为2.72mg/kg。又如图3-10所示，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤团聚体内磷分别极显著高于非根际土壤53.70%（P<0.01），显著高于非根际土壤17.04%（P<0.05）。图3-9不同林分类型间根际土和非根际土图3-10不同土壤类型间纯林和混交林土壤团聚体内磷含量的变化土壤团聚体内磷含量的变化3.2.6磷灰石型磷如图3-11所示，分析结果表明，混交林根际土壤磷灰石型磷显著增加4.19%（P<0.05），混交林的非根际土壤磷灰石型磷显著降低6.42%（P<0.05）。其中，纯林非根际土壤磷灰石型磷含量最高，为2.77mg/kg，纯林根际土壤磷灰石型磷含量最小，为2.33mg/kg。又如图3-12所示，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤磷灰石型磷分别极显著低于非根际土壤16.01%（P<0.001），显著低于非根际土壤6.48%（P<0.05）。图3-11不同林分类型间根际土和非根际土图3-12不同土壤类型间纯林和混交林磷灰石型磷含量的变化磷灰石型磷含量的变化3.2.7残留态磷如图3-13所示，分析结果表明，混交林根际土壤残留态磷显著降低23.19%（P<0.05），混交林的非根际土壤残留态磷显著增加10.82%（P<0.05）。其中，混交林非根际土壤残留态磷含量最高，为67.00mg/kg，混交林根际土壤残留态磷含量最小，为28.17mg/kg。又如图3-14所示，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤残留态磷分别极显著低于非根际土壤39.34%，57.95%（P<0.001）。图3-13不同林分类型间根际土和非根际土图3-14不同土壤类型间纯林和混交林残留态磷含量的变化残留态磷含量的变化3.2.8土壤微生物磷如图3-15所示，分析结果表明，在根际土壤和非根际土壤中，混交林土壤微生物磷分别显著增加57.70%，21.20%（P<0.05）。其中，混交林根际土壤微生物磷含量最高，为129.68mg/kg，纯林非根际土壤微生物磷含量最小，为29.08mg/kg。又如图3-16所示，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤微生物磷分别极显著高于非根际土壤182.82%（P<0.001），极显著高于非根际土壤268.00%（P<0.01）。图3-15不同林分类型间根际土和非根际土图3-16不同土壤类型间纯林和混交林土壤微生物磷含量的变化土壤微生物磷含量的变化3.3土壤理化性质对土壤磷组分的相关性分析土壤理化性质与土壤磷组分的相关关系如表3-2所示。其中，土壤含水率与NaOH溶解性磷、磷灰石型磷、残留态磷成正相关关系，与树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、土壤团聚体内磷、土壤微生物磷成负相关关系，但相关性均不显著；pH值与磷灰石型磷、残留态磷成正相关关系，与树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、土壤微生物磷成负相关关系，且pH值与磷灰石型磷、CHCl/NaHCO3提取态磷的相关性均达到显著水平（P<0.05）；有机质与磷灰石型磷、残留态磷成正相关关系，与树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、土壤微生物磷成负相关关系，且有机质与CHCl/NaHCO3提取态磷的相关性达到显著水平（P<0.05）；全氮与磷灰石型磷、残留态磷成负相关关系，与树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、土壤微生物磷成正相关关系，且全磷与树脂磷的相关性达到极显著水平（P<0.01）；硝态氮与磷灰石型磷、残留态磷成负相关关系，与树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、土壤微生物磷成正相关关系，且硝态氮与NaOH溶解性磷、土壤微生物磷的相关性均达到显著水平（P<0.05）；铵态氮与磷灰石型磷、残留态磷成负相关关系，与树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、土壤微生物磷成正相关关系，但相关性均不显著；全磷与磷灰石型磷、残留态磷成负相关关系，与树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、土壤微生物磷成正相关关系，且全磷与CHCl/NaHCO3提取态磷、土壤微生物磷的相关性均达到显著水平（P<0.05）；速效磷与磷灰石型磷、残留态磷成负相关关系，与树脂磷、NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、土壤团聚体内磷、土壤微生物磷成正相关关系，且速效磷与树脂磷的相关性达到显著水平（P<0.05）。表3-2土壤理化性质与土壤磷组分的相关系数Table3-2Correlationcoefficientbetweensoilphysicalandchemicalpropertiesandsoilphosphoruscomponents树脂磷NaHCO3提取态磷CHCl/NaHCO3提取态磷NaOH溶解性磷土壤团聚体内磷磷灰石型磷残留态磷微生物磷含水率（SWC）-0.770-0.156-0.1090.335-0.8980.3680.300-0.006pH值-0.824-0.938-0.970*-0.655-0.6750.961*0.924-0.902有机质（SOM）0.985*0.8430.7990.4710.853-0.797-0.9130.753全氮（TN）0.992**0.6730.6250.2260.942-0.717-0.7730.554硝态氮（NO3--N）0.4760.9370.9160.980*0.155-0.619-0.8830.977*铵态氮（NH4+-N）0.8910.5090.4030.1320.823-0.426-0.6450.385全磷（TP）0.4890.9370.956*0.9290.216-0.738-0.8660.975*速效磷（AP）0.987*0.8220.8070.4090.898-0.871-0.8810.729注：*表示在P<0.05水平上显著相关；**表示在P<0.01水平上显著相关。第四章讨论与结论4.1讨论4.1.1固氮树种对不同林分间土壤磷组分的影响固氮树种是指林木根部具有根瘤菌能产生固氮作用的树种，因此将固氮树种与人工纯林混交后，便可利用豆科植物与根瘤菌共同作用形成的固氮体系，从而获得林木生长所需要的氮素养分[66]。很多豆科植物的根部都可以结瘤固氮，例如格木、降香黄檀、马占相思等等，这些豆科植物与人工林混交，能为人工林林木生长提供很多氮素，从而降低氮肥的施入量，不仅有利于提高土壤肥力，还有利于改善因施肥造成的环境破坏[67]。且有研究表明土壤碳氮磷供应之间存在明显的耦合过程，土壤碳氮变化的同时也会影响磷生物地球化学循环[40]，这说明固氮树种引入后通过与固氮菌作用不仅能提高其土壤碳氮的有效性，还有利于促进桉树人工林土壤磷的转化以及提高磷的利用率，而磷作为植物生长发育过程中必需的营养元素之一，具有不可替代、不可或缺的作用[17-18]，因此探讨固氮树种对不同林分间土壤磷组分的影响具有重要意义。本研究结果显示，不论是在纯林还是混交林中，土壤NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、磷灰石型磷、土壤微生物磷均显著增加（P<0.05），且土壤微生物磷含量最多，是土壤磷组分中的重要组成部分。这与前人的研究结果相似，如：丁国昌等研究发现杉木林引入固氮树种后能够显著提高土壤有机碳储量和微生物生物量磷[68]；方晰等研究发现，固氮树种引入后，磷酸酶活性提高，而磷酸酶与土壤营养元素之间均有较好的正相关关系，土壤磷含量上升[69]；王华等研究发现，刺槐作为固氮树种具有较强的固氮能力，对土壤养分具有一定的活化作用，刺槐林地的全磷含量高于怪柳林地[70]；陶慧颖研究发现杨树林中引入桤木混交后，虽然林地土壤中全碳和全氮的含量并未显著提高，但全磷含量显著升高[71]；陈永康等研究结果表明，珍贵固氮树种降香黄檀与二代巨尾桉混交七年后，土壤磷转化速率有增加的趋势[39]；Nasto等研究发现在土壤磷缺乏的地区，固氮树种可以促进土壤磷酸酶的分泌而获取更多的磷[72]；杨起帆研究发现杉木二代林与黑木相思混交九年后，土壤全磷等营养元素均有所提高[73]；陈琴通过控制室内条件研究发现桤木和杨树凋落物混合后分解的速度以及磷释放的速度高于杨树纯林，混交林中土壤磷含量高于纯林[74]。同时，本研究区桉树人工林在引入固氮树种后根际土壤NaOH溶解性磷、土壤微生物磷含量分别显著增加77.28%，55.70%（P<0.05），增长幅度较大，这说明固氮树种在一定程度上能提高土壤磷的供应能力，而且土壤微生物磷还具有较高的生物活性，它能根据土壤中有效磷含量的多少，调节磷固持和转化的比例和速度，满足植物生长的需要[75]，对改善桉树人工林土壤磷素的利用率、改良土壤地力具有重要作用。4.1.2固氮树种对不同土壤类型间土壤磷组分的影响植物生存发展所需的重要部分是根系，植物获取其生长发育所需的营养元素也是通过根系与根际土壤之间的物质交换来实现的[76]，而根际是联系植物、土壤和微生物的重要场所[77]，进行着活跃的物质交换且对外界环境敏感[14]。因而，根际环境条件的改变，会引起根际土壤养分的改变[15-16]，从而影响到植物与土壤之间的养分交流，并最终影响到植物的生长，因此，对人工引入林固氮树种后根际土壤与非根际土壤间土壤磷组分含量的差异进行研究具有重要意义。在本研究中，以非根际土壤为对照，在纯林和混交林中，根际土壤微生物磷分别极显著高于非根际土壤182.82%（P<0.001），极显著高于非根际土壤268.00%（P<0.01），说明桉树人工林中引入固氮树种对土壤磷组分含量的提高具有促进作用，这与前人的研究结果一致，例如：张鼎华等研究表明杉木-马尾松混交林中根际土壤的有效磷含量大于非根际土壤，且混交林中非根际土壤的有效磷含量也大于杉木纯林和马尾松纯林[22]；徐叶宁研究发现，杨树与固氮树种桤木混交显著增加了土壤的氮含量，且杨树-桤木混交林土壤的根际效应相比杨树纯林明显得到提高[78]；梁月明等研究发现固氮植物所具有的固氮能力使得固氮灌丛植物根际土壤磷含量显著高于非固氮灌丛植物[79]；刘建军等对秦岭地区四个主要树种的根际土壤进行研究，发现这四个树种的磷含量均表现为根际土壤大于非根际土壤[80]；李金梅研究表明，狼尾草根际土壤中的营养元素含量明显高于非根际土壤[81]。这些现象表明，根系凋落物及其分泌物能够为微生物生长和繁殖提供大量的营养物质[82]，从而导致根际土壤的营养元素含量在一般情况下高于非根际土壤[83]。4.1.3土壤理化性质与土壤磷组分的相关性分析碳、氮、磷都是林木生长发育过程中具有重要作用的营养元素，不可或缺，关系着林木的各项生命活动过程，其有效性也与林地生产力的高低息息相关[25]。因此，土壤碳氮磷均是植物生长繁殖的重要限制因子，碳氮磷元素的缺乏不仅会使植物的生长受限，还会影响生态系统的动态平衡[84]。从本研究的土壤理化性质数据来看，引入固氮树种后形成的混交林的硝态氮和全磷的含量相比纯林具有上升的趋势，这与前人的研究结果相似，例如：黄雪蔓等研究发现，与纯林相比，固氮树种混交林土壤的有机碳、硝态氮、铵态氮、总氮含量显著提高[85]；张静等研究表明黄土高原侧柏林中引入固氮树种刺槐会增加土壤的有机质、全氮、全磷含量[86]。而从本课题的研究结果来看，混交林的有机质、全氮、铵态氮、速效磷含量相比纯林反而具有下降的趋势，与前人的研究成果存在一些差异，这可能是因为本研究样地引入固氮树种的混交年限（十年）不够，固氮作用不明显[87]，或者是因为引入固氮树种改变了植物群落组成结构及土壤的物理结构，从而直接或间接地影响土壤质量，使得部分土壤营养元素含量下降[88-89]。正是因为不同林地条件下情况不同，从而导致土壤理化性质在各林地中呈现出不一致的规律，同时本研究因为受实验时间条件限制，未能测定林木生长量及各林木中的元素含量，因此具体原因有待进一步研究。从土壤理化性质与土壤磷组分之间的相关性来看，本研究结果中发现在纯林和混交林中除土壤理化性质中的碳氮磷指标均与磷灰石型磷、残留态磷成负相关关系外，土壤有机质与树脂磷、全氮与树脂磷、硝态氮与NaOH溶解性磷、硝态氮与土壤微生物磷、全磷与CHCl/NaHCO3提取态磷、速效磷与树脂磷均为显著正相关关系，具有促进作用，而这也与前人的研究结果相似，如：张雅蓉等研究表明土壤碳与土壤氮磷之间具有显著正相关关系，有机质的积累使土壤中的磷含量上升[90]；白雪娟等研究表明土壤碳氮磷两两之间成正相关关系，土壤碳氮含量上升的同时促进土壤磷含量上升[91]；贾国梅等对土壤碳氮磷含量进行了线性回归分析，研究表明土壤碳氮磷含量互相之间具有显著的正相关性[92]；青烨等研究表明有机碳与氮、磷之间显著相关并且相互制约保持平衡[93]。又因为固氮植物根系与固氮菌之间的共生作用能够很好地发挥固氮菌的固氮能力，显著提高人工林根际土壤元素含量及其有效性[39]，且有研究表明土壤碳氮磷供应之间存在明显的耦合过程，土壤碳氮的变化同时也会影响磷循环的生物地球化学循环[40]，这说明引入的固氮树种在通过与固氮菌作用提高其土壤碳氮有效性的同时，还有利于促进桉树人工林土壤磷的转化并提高磷的利用率。4.2结论本研究以桉树纯林以及桉树与珍贵固氮树种（格木）混交林为研究对象，分析对比桉树人工林引入固氮树种前后根际土壤理化性质、各磷组分含量及林分内根际土壤与非根际土壤理化性质、各磷组分含量的变化，探究固氮树种引入桉树人工林中后对林分内土壤各磷组分的影响，得出主要结论如下：（1）固氮树种引入桉树人工林后，混交林土壤有机质、全氮、铵态氮、速效磷含量显著降低（P<0.05），而土壤硝态氮、全磷含量显著增加（P<0.05）。（2）根际土壤中的NaHCO3提取态磷、CHCl/NaHCO3提取态磷、NaOH溶解性磷、磷灰石型磷、土壤微生物磷显著增加（P<0.05）；非根际土壤中的CHCl/NaHCO3提取态磷、残留态磷、土壤微生物磷显著增加（P<0.05）。（3）硝态氮与NaOH溶解性磷、硝态氮与土壤微生物磷、全磷与CHCl/NaHCO3提取态磷、全磷与微生物磷之间均为显著正相关关系（P<0.05）。（4）在桉树人工林中引入固氮树种提高了林地土壤磷组分的含量，在一定程度上改善了桉树人工林土壤磷素的利用率，有利于改良土壤地力。4.3研究不足与展望本研究通过分析对比桉树人工林引入固氮树种前后根际土壤磷含量及根际土壤与非根际土壤磷含量之间的差异，发现珍贵乡土固氮树种（格木）在通过与固氮菌作用提高其土壤碳氮利用率的同时，还有利于促进桉树人工林土壤磷的转化并提高磷的利用率。但到目前为止，我们对人工纯林中引入固氮树种后，其土壤磷组分的转化过程及其内在机制知之甚少。又因为植物、土壤和微生物之间是相互作用的，构成了一个植物-土壤-微生物的有机整体，因此，后期的研究可从微生物角度入手，探究微生物类群及其功能与退化土壤磷转化之间的关系，揭示珍贵乡土固氮树种对土壤磷转化过程及其内在机制，有利于实现兼顾经济和生态效益的人工林种植，并具有重要的理论和实践意义。参考文献[1]杨尚东,吴俊,谭宏伟,等.红壤区桉树人工林炼山后土壤肥力变化及其生态评价[J].生态学报,2013,33(24):7788-7797.[2]黄国勤,赵其国.广西桉树种植的历史、现状、生态问题及应对策略[J].生态学报,2014,34(18):5142-5152.[3]段文军,王金叶.广西喀斯特和红壤地区桉树人工林土壤理化性质对比研究[J].生态环境学报,2013,22(04):595-597.[4]胡凯,愈霞,王微.桉树人工林根际土壤DNA提取的优化[J].湖北农业科学,2016,55(12):3207-3211.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