以湖南省祁阳县的国家红壤肥力与肥料效益长期试验地为平台,采用单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)4种不同组合的无机肥料添加方式,结合实时定量PCR和高通量测序技术,探究长期施用化肥对土壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响.结果表明:与单施氮肥处理相比,氮与磷、钾配施可以缓解土壤酸化趋势,氮磷配施能够显著增加土壤中各形态磷含量.与单施氮肥处理相比,氮磷、氮钾处理显著提高了土壤碱性磷酸酶活性、土壤总细菌丰度及phoD基因丰度;氮磷钾配施显著提高了土壤碱性磷酸酶活性和土壤总细菌丰度,但显著降低土壤phoD基因丰度.磷酸酶编码基因phoD基因群落的α-与β-多样性在处理间不存在显著差异,且所有处理中来源于假单胞菌属与紫色杆菌属的phoD基因分别超过总序列的45％.此外,链霉菌属、马赛菌属以及短波单胞菌属与土壤磷素存在显著的正相关关系.以上结果表明:在不同养分输入条件下,调节功能菌群丰度及磷酸酶活性的关键因素不同.氮磷钾的合理配施能够增加土壤磷含量和磷酸酶活性,改变phoD基因丰度和群落结构,提高土壤的供磷能力,但长期施用化肥会使土壤微生物物种趋于单一化.

磷是限制植物生产力的重要养分之一,但土壤磷组分随林木生长发育阶段的变化特征仍不清楚.本研究以四川盆地华西雨屏区洪雅林场7个林龄(6、12、23、27、32、46、52a)柳杉人工林为对象,采集0～20 cm 土壤样品,运用Hedley磷分级法测定土壤磷组分含量,探究不同林龄柳杉人工林土壤磷组分的差异.结果表明:柳杉人工林土壤全磷含量为231.93～370.27 mg·kg-1,在幼龄林(6 a)最低,中龄林(12 a)最高;土壤总无机磷和总有机磷含量随林龄增加呈先增后降和增加的趋势.总无机磷占全磷的比例随林龄增加呈下降趋势,而总有机磷则相反.活性无机磷组分、活性有机磷组分和中等活性有机磷组分含量随林龄增加而增加,可能与pH降低和有机碳增加有显著关联.中龄林(12a)和成熟林(32a)的中等活性无机磷组分含量显著高于其他林龄.稳定态磷组分含量随林龄增加呈先增加后降低趋势,土壤容重增加和土壤含水率降低是重要影响因素.多元线性回归模型与Pearson相关性分析表明,活性无机磷与林龄无显著相关,中等活性有机磷随林龄增加而升高能正向影响活性无机磷生成.本研究发现表层土壤磷组分会随着林龄增加发生变化,这有助于对相应林龄土壤磷素出现的问题提出解决措施,为柳杉人工林提质增效与土壤肥力维持提供理论依据.

桉树-乡土树种混交林在提高林分生产力和生态系统功能等方面具有较大潜力.该研究以南亚热带4种桉树-乡土树种混交林(桉树与乡土树种混交比例分别为5∶5、6∶4、7∶3、8∶2)和桉树纯林为研究对象,研究了3种优势乡土树种华润楠(Machilus chinensis)、阴香(Cinnamomum burmannii)、灰木莲(Manglietia glauca)和速生树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla)的叶片生理、结构和化学性状在不同比例混交林中的差异.结果表明,4 优势造林树种的叶片性状存在明显的种间差异,其中灰木莲的比叶面积(SLA)、光合磷利用效率(PPUE)、单位质量叶片最大光合速率(Amass)和蒸腾速率(Tmass)以及叶片养分含量最高,说明灰木莲采取资源获取型的生态策略;尾叶桉的SLA、Amass、Tmass及叶片养分含量最低,但具有最高的PPUE,说明尾叶桉兼顾了资源获取型和保守型的物种特征.灰木莲与尾叶桉在SLA、Amass、Tmass、PPUE、叶片氮含量和氮磷比等叶片性状上几乎没有任何重叠,说明灰木莲与尾叶桉之间的叶片资源利用高度互补,可能是与尾叶桉混交的理想树种.物种水平上,灰木莲叶片氮含量、华润楠叶片磷含量以及干季时阴香叶片Amass和PPUE随乡土树种混交比例增加有增加的趋势,但总体上树种混交比例对于 4 造林树种的叶片结构、化学和生理性状的影响不大;林分水平上,桉树-乡土树种混交林的比叶面积、光合能力以及叶片氮磷比显著高于尾叶桉纯林,说明桉树与乡土树种混交能够提高林分整体的光捕获和光合能力,但同时也加剧了植物生长的磷限制.因此,建议在未来南亚热带桉树人工林的构建与改造中,应优先挑选与桉树资源利用互补并能够优化混交林磷素循环利用的乡土树种.

为揭示河西干旱区白芍干物质积累及营养元素吸收特征和药效成分累积规律,明确影响药效成分积累的营养元素种类,科学制定白芍施肥方案和规范化种植,以甘肃省古浪县古丰镇芍药产业基地4年生白芍为研究对象,通过田间试验测定白芍不同生长期干物质积累特征以及根中9个营养元素含量和3类药效成分含量,并分析白芍根中有效成分含量与营养元素的相关性.结果表明,(1)随着生育期延续,白芍根部干物质积累先下降后上升,全株干物质积累量逐渐增加,出苗后90～130 d是白芍干物质积累最快的时期,占总积累量的79.29％,是白芍生长的关键时期.(2)白芍地上部氮、钾含量总体呈下降趋势,而磷素含量总体呈明显增加趋势,而根部氮、磷含量总体呈减少趋势,钾含量变化不明显;地上部和根氮累积总量分别在出苗后130 d和150 d达到最高,地上部磷积累量在出苗后150 d达到最大,根部磷积累量分别在出苗后30 d、150 d达到高峰,地上部和根部钾积累量分别在出苗后70 d和150 d达到高峰.地上部氮、钾含量在不同生长时期均高于根部,其磷含量则在出苗后90 d前低于根部,在出苗后110 d后高于根部.(3)白芍根中芍药苷、芍药内酯苷积累量均先升高后降低,最后趋于稳定,多糖积累量表现为高-低-高的变化趋势.(4)芍药苷含量与氮、钙、铜含量均呈极显著正相关,与钾含量呈显著正相关,芍药内脂苷含量与氮、钾、钙、铜含量均呈极显著正相关,而芍药多糖与各营养元素含量之间没有相关性.可见,白芍氮、磷、钾营养最大效率期在出苗后110～150 d,适时追加氮、钾肥有利于根部生物量的积累,施肥中添加Ca、Cu元素能有效促进白芍药效成分的积累;河西冷凉山区白芍宜在9月中下旬(9月16日以后)采挖.

为明确长期氮磷钾肥配施下贵州典型黄壤玉米产量、氮磷钾肥增产效应及土壤养分的演变特征,利用国家贵阳黄壤肥力与肥效长期定位试验,研究氮磷钾平衡施肥(NPK)与缺素施肥(N、NK、NP、PK)对玉米相对产量、氮磷钾肥增产贡献率及土壤氮磷钾素养分可持续性指数等的影响.结果表明:氮磷钾平衡施肥有显著增产效果,玉米相对产量均值为:NPK＞NP＞NK＞PK＞CK;氮、磷、钾肥增产贡献率和农学利用率均为氮肥＞磷肥＞钾肥,施肥依存度为氮、磷、钾肥配施＞氮肥＞磷肥＞钾肥,但缺磷处理(NK)玉米相对产量以每年1.4％的速度极显著下降,磷肥贡献率和依存度则以每年2.3％和1.4％的速度极显著上升,最终磷肥对玉米生产的影响逐渐与氮肥持平;缺磷处理土壤pH值和有机质含量均最低,而缺氮处理则较高;施用化学磷肥可提高黄壤磷素可持续性指数,但氮肥和钾肥对黄壤氮素和钾素可持续性指数无显著影响.综上,平衡施肥是贵州典型黄壤地区玉米高产的重要保障,其中磷肥与氮肥同等重要,但长期单施化肥尤其是缺磷处理不利于黄壤养分的可持续利用.

设置0、15、30、60、100、150 mg P·株-1等6个磷素处理开展降香黄檀幼苗盆栽试验,测定各处理幼苗的生长、生物量、叶片养分含量等指标,采用临界浓度法确定降香黄檀幼苗的适宜施磷量,从而探讨不同磷素水平对降香黄檀幼苗生长和叶片养分状况的影响,揭示其磷素需求规律以及适宜的磷供应范围.结果显示磷肥能促进幼苗生长和生物量的积累,而且随施磷量的增加,各指标呈现先升高后降低的趋势,最高值出现在60 mg P·株-1处理,其苗高、地径、叶面积、生物量分别为对照的3.07、2.35、49.21和24.25倍.施磷显著降低幼苗叶片氮、钾含量,提高磷、镁含量,其中30、60、100 mg P·株-13个处理间叶片磷含量差异不显著,约为对照的1.65倍.根据幼苗生物量与叶片磷含量、氮钾含量比、磷钾含量比的抛物线关系,确定叶片最适磷含量范围为1.35 ～2.32 g · kg-1,由此推断降香黄檀幼苗最适宜的施磷量为60 ～ 100 mg P·株-1.

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地植被恢复过程中草丛、灌丛、次生林、原生林4个植被恢复阶段为研究对象,通过测定优势种的根际与非根际的土壤pH、养分含量及微生物多样性,探讨不同恢复阶段根际土壤养分的富集效应及土壤微生物多样性的变化特征.研究结果表明:(1)4个恢复阶段的根际与非根际土壤养分均呈现显著差异;土壤有效态养分较全量养分对植物根际微小的变化响应更为灵敏;大多数养分表现出明显的富集效应,AP和AK在原生林的富集率明显高于其他恢复阶段;(2)4个恢复阶段细菌Shannon-Wiener指数(H)、丰富度指数(S)均高于真菌,根际土壤细菌与真菌Shannon-Wiener指数(H)、丰富度指数(S)与Pielou均匀度(EH)都高于非根际土壤;(3)4个恢复阶段土壤TN分别与pH、SOC、AN呈极显著正相关(P＜0.01),磷素、钾素与土壤微生物多样性呈显著相关(P＜0.05).可研究结果为西南喀斯特脆弱区土壤生态功能恢复与植被恢复重建提供科学依据.

以五大连池新期火山熔岩台地13个稳定的自然植物群落共有种香杨、万年蒿、岩败酱为研究对象,测定其叶干物质含量(LDMC)、比叶面积(SLA)、叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)、叶氮磷比(N/P)等叶功能性状,研究不同生境下3种植物叶功能性状的变异特征,探讨新期火山熔岩台地植物叶功能性状相互之间的内在联系及其对环境的适应性.结果表明:(1)3种植物LDMC变化在0.294～0.359 g·g 1之间,SLA变化在9.082～22.347 m2·kg-1之间;与其他区域的研究结果相比,新期火山熔岩台地植物的LDMC值相对偏大、SLA值相对偏小,说明五大连池新期火山熔岩台地的植物采用高LDMC低SLA策略适应贫瘠恶劣的环境.(2)3种植物LNC变化在9.690～15.710 g·kg-1之间,LPC变化在0.669～1.078 g·kg-1之间,叶钾含量(LKC)变化在10.410～29.830 g·kg-1之间,叶N/P的变化在9.781～20.990之间;与其他区域的研究结果相比,新期火山熔岩台地植物LNC和LPC值相对偏小,LKC和N/P值相对偏大,说明五大连池新期火山熔岩台地的植物生长主要受磷素的限制,而且LNC偏小和LKC偏高与新期火山熔岩台地土壤中全N、全K的含量变化特征有关.(3)通过ANVOA分析发现,群落间植物叶功能性状的变异幅度较小,3种植物之间N/P、LDMC和SLA的变异幅度也较小,这说明在水分和养分极缺的火山熔岩台地植物对其生境的适应对策相似.(4) Pearson相关分析发现,SLA与LDMC以及N/P与LDMC和SLA均呈显著负相关关系.

为探讨林龄对北京地区油松(Pinus tabulaeformis)人工林土壤理化性质的影响,选择延庆区4个林龄(14、28、36、51年)油松人工林,研究土壤理化指标在从幼龄到成熟间随林龄增加的变化规律,阐明其在0-30 cm三个土层间的变化趋势. 结果显示,随土层加深,含水率、持水量、孔隙度总体上逐渐减小,土壤容重的差异不显著,有机质、氮磷钾具有明显的表聚效应,pH总体上呈增加趋势,而电导率的变化规律不一. 随林龄增加,同层土壤含水率、持水量、孔隙度则总体上逐渐增加,容重的差异不显著,有机质、氮磷总体呈增加趋势, 钾素在14年和28年林分中显著高于36年与51年林分,pH呈逐渐减小,而电导率最大值出现在51年林分中. 相关分析表明,土壤容重与水分特征、孔隙度均呈显著负相关;有机质与氮素、磷素呈极显著正相关,与pH呈极显著负相关,与土壤容重、全钾含量呈显著负相关,与速效钾呈负相关但不显著. 本研究表明林龄的增加改善了油松人工林的土壤理化性质,结果可为北京地区油松人工林的抚育间伐、施肥管理、混交林营造等提供理论依据. (图3 表5 参45)

间伐是人工林经营的重要措施,磷是森林生态系统的限制性养分元素之一,但间伐对土壤磷素的影响尚不明确.本研究采用Tissen改良的Hedley磷分级体系对土壤样品进行连续浸提,研究不同间伐强度[对照,未间伐;轻度间伐,15％;中度间伐,35％;重度间伐,50％]下山西太岳山好地方林场华北落叶松人工林表层土壤(0～10 cm)磷组分特征及其影响因素.结果表明:与对照相比,中度间伐显著增强了土壤总无机磷含量;轻度和中度间伐显著增强了Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi、微生物生物量磷和土壤酸性磷酸酶活性,显著降低了NaOH-Po含量;间伐对土壤全磷、总有机磷、稳定态磷(HCl-Pi、浓HCl-Pi和浓HCl-Po)和闭蓄态磷(Residual-P)的影响不显著.土壤有机碳含量、含水率、土壤微生物和酸性磷酸酶活性是影响土壤磷素有效性的重要因子.中度间伐能提高华北落叶松人工林土壤磷素的有效性.