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.

以小兴安岭原始阔叶红松林(对照)和经过轻度、中度和强度择伐干扰后形成的天然林林地表层(0～10 cm)土壤为对象,采用Sui修正后的Hedley磷素分级法对土壤样品进行连续浸提,研究不同林地土壤各形态磷素含量的差异及变化规律,分析择伐干扰对阔叶红松林土壤磷素有效性的影响.结果表明:各林地土壤全磷含量为1.09～1.66 g·kg-1,以原始阔叶红松林最高,强度择伐林地最低,且不同处理间差异显著;各林地土壤有效磷和磷素活化系数的变化幅度分别为7.26～17.79 mg·kg-1和0.67％ ～ 1.07％,均表现出随择伐强度的增加而显著降低;除酸溶性有机磷(HCl-Po)外,经过择伐干扰的林地与原始林相比,土壤水溶性磷(H2O-Pi)、碳酸氢钠磷(NaHCO3-P)、氢氧化钠磷(NaOH-P)、酸溶性无机磷(HCl-Pi)和残留磷(Residual-P)含量均表现出随择伐强度的增加而降低的趋势.各组分间以水溶性(H2O-Pi)与土壤有效磷的相关系数最大(0.98),但其含量仅占磷素总量的1.5％ ～2.2％;氢氧化钠磷(NaOH-P)含量占磷素总量的48.0％以上,是土壤的潜在磷源.可以认为,择伐干扰通过显著降低土壤无机态磷和氢氧化钠有机磷(NaOH-Po)的含量,限制和影响了阔叶红松林土壤有效磷及潜在磷源的供应水平,并且其表现出随择伐强度的增加而逐渐降低的趋势.

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.

土壤磷在维持生态系统功能稳定性中发挥重要作用,研究间伐和凋落物处理下的土壤磷组分特征及转化机理,对森林生态系统磷素管理和可持续发展具有重要意义.采用Tiessen改良的Hedley分级方法,探究了不同间伐强度(未间伐、轻度间伐、中度间伐、重度间伐)和凋落物处理(对照、加倍、去凋、切根去凋)下土壤磷形态的变化特征及其驱动因子.结果 显示:随着间伐强度的增大,土壤活性磷(Resin-Pi、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po)、土壤微生物量磷和酸性磷酸酶活性呈先增加后降低的趋势,且在中度间伐最高.凋落物加倍(DL)显著增加了土壤活性磷(Resin-Pi、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po)、土壤微生物量磷和酸性磷酸酶活性.稳定态磷(HCl-Pi、浓HCl-Pi和浓HCl-Po)、残留态磷(Residual-P)不受间伐和凋落物处理的影响.冗余分析(RDA)显示,土壤微生物量磷、酸性磷酸酶活性和土壤有机碳是引起华北落叶松人工林表层土壤磷组分变化的重要因子.研究表明,适度的间伐和增加凋落物能够显著提高华北落叶松人工林表层土壤磷素的活化能力.本研究为华北落叶松人工林的可持续经营提供依据.

为了探讨大兴安岭重度火烧迹地恢复后土壤不同磷形态含量、解磷细菌群落结构的差异及两者之间的关系,以人工恢复(樟子松人工林、落叶松人工林)、人工促进天然恢复(次生林)以及天然恢复(天然次生林)的林地土壤为研究对象,采用Sui等修正的Hedley磷素分级法对根际土壤和0～10、10～ 20 cm非根际土壤进行磷素分级测定,并用高通量测序法得到土壤解磷细菌种群丰度.结果 表明:0～10 cm非根际土壤水溶性磷(H2O-Pi)、碳酸氢钠无机磷(NaHCO3-Pi)、碳酸氢钠有机磷(NaHCO3-Pi)及根际土壤NaHCO3-Po含量表现为落叶松人工林＞樟子松人工林＞天然次生林＞次生林.10～20 cm非根际土壤H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po及根际土壤H2O-Pi、NaHCO3-Pi含量表现为落叶松人工林＞樟子松人工林＞次生林＞天然次生林.不同林分根际与非根际土壤H2O-Pi、NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po含量的比值(R/S)均大于1.中等活性氢氧化钠磷(NaOH-P)包括氢氧化钠无机磷(NaOH-Pi)和氢氧化钠有机磷(NaOH-Po).在0～10 cm非根际土壤及根际土壤中NaOH-P含量表现为落叶松人工林＞天然次生林＞次生林＞樟子松人工林,在10～20 cm非根际土壤中表现为落叶松人工林＞樟子松人工林＞次生林＞天然次生林.土壤NaOH-P存在明显的根际效应.酸溶性磷(HCl-P)包括酸溶性无机磷(HCl-Pi)和酸溶性有机磷(HCl-Po).在0～10 cm非根际土壤中HCl-P含量表现为落叶松人工林＞天然次生林＞樟子松人工林＞次生林,在10～20 cm非根际及根际土壤中表现为落叶松人工林＞樟子松人工林＞天然次生林＞次生林.土壤残留磷(residual-P)含量对林地恢复方式不敏感.各林分土壤主要解磷细菌均为慢生根瘤菌属、链霉菌属、伯克霍尔德菌属和芽孢杆菌属.樟子松人工林和落叶松人工林土壤解磷细菌丰度显著高于次生林和天然次生林.冗余分析表明,解磷细菌与不同磷形态之间相关性各异.在现阶段来看,人工恢复更有利于提高土壤磷的有效性和增加解磷细菌的丰度.

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌用于退化农林生态系统的生物修复研究是当今生态及环境科学领域的热点问题.许多研究表明AM真菌促进植物对土壤磷的吸收利用,为了解不同的AM真菌对土壤磷形态及其转化规律的影响,通过盆栽试验以不接种处理为对照,分别接种幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum,Ce)、摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae,Mo)、根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices,Ri)3种AM真菌,通过连续种植两茬玉米(2015-2016年)后测定AM真菌侵染率、玉米磷素吸收和土壤磷素形态的变化.结果表明:(1)接种3种AM真菌均成功侵染玉米根系,两茬玉米根系AM真菌侵染率顺序均为Ce≥Mo≥Ri,第二茬侵染率(38.3％-68.8％)较第一茬(14.5％-32.5％)有所提高;(2)随着AM真菌的侵染,接种处理显著提高了玉米磷素吸收,提高幅度达25.5％-82.0％;(3)接种3种AM真菌均显著提高了土壤活性态无机磷(H2O-Pi、NaHCO3-Pi)和中等活性无机磷(NaOH-Pi)含量;而土壤中度稳定态磷(HCI-P)和稳定态磷(Residue-P)含量不受影响;接种Mo和Ce对土壤NaHCO3-Pi含量提高最显著,分别提高了141.02％和88.47％,其次为Ri(43.12％);(4)接种Mo和Ri显著提高了土壤中等活性态无机磷(NaOH-Pi)的含量,分别比CK提高了36.15％和18.82％.总之,接种不同AM真菌均能提高根系侵染率、磷素吸收以及促进土壤磷素活性态、中等活性态无机磷(H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi)的转化,提高了土壤磷素的生物有效性,其中接种Ce和Mo能够更好地促进土壤中的磷素向植物可供利用的形态转化,提高植株吸磷量,是适合该矿区土壤的经济高效菌种.

磷(P)是维持植物生长发育的重要营养元素.营造混交林能更好地维持人工林的生产力.了解混交林在不同发育阶段土壤磷组分变化及其影响因素,对人工林的可持续经营意义重大.本文采用Tiessen改良的Hedley磷分级方法,比较了不同林龄(幼龄林15a,中龄林26 a)和凋落物处理(原状CK,去除凋落物NL,加倍凋落物DL,去除根系和凋落物NRL)下华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)针阔混交林土壤磷组分特征及其影响因素.结果 表明:华北落叶松针阔混交林15 a和26 a土壤磷组分、土壤微生物生物量磷和酸性磷酸酶活性差异显著(P＜0.05);与15 a混交林相比,26 a混交林土壤活性磷(Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)含量显著提高,土壤磷素有效性提高;NaOH-Po含量显著降低(P＜0.05);与对照CK相比,DL能显著增加土壤活性磷(Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)和中活性磷(NaOH-Pi和NaOH-Po)含量,NL和NRL显著降低土壤(Resin-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)和中活性磷(NaOH-Pi和NaOH-Po)含量(P＜0.05);稳定态磷(稀HCl-Pi、浓HCl-Pi和浓HCl-Po)和残留态磷(Residual-P)在不同林龄和凋落物处理下差异不显著(P＞0.05).冗余分析显示,土壤微生物生物量磷、酸性磷酸酶活性、植物生长(平均胸高断面积)和有机碳含量是影响不同林龄和凋落物处理下土壤磷组分变化的主导因子.

林下养殖是一种经济有效的林地空间利用方式,但长期高负载的林下养殖对林地土壤性状究竟产生何种影响,目前尚无定论.以不同林下养鸡年限(0年、1年、3年和5年)的美洲黑杨(Populus deltoides)人工林为对象,采用Hedley磷素分级法,分析其林地土壤的磷素组成和形态变化,探讨林下养鸡年限对土壤磷库特征及其生物有效性的影响.结果表明,0—5 cm土层土壤的全磷、碳酸氢钠提取态无机磷和有机磷(NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po)以及氢氧化钠提取态无机磷和有机磷(NaOH-Pi和NaOH-Po)含量均随养鸡年限延长显著上升,放养5年后达对照林分的1.4—2.4倍,而5—10 cm土层4种磷素形态含量没有显著变化.0—10 cm土层土壤的稀盐酸提取态无机磷(D.HCl-Pi)和浓盐酸提取态无机磷(conc.HCl-Pi)含量在养鸡1年时显著下降,之后随养鸡年限延长逐渐回升;浓盐酸提取态有机磷(conc.HCl-Po)和残留态磷(Residual-P)两种磷素形态含量在各养鸡年限间差异不显著.0—10 cm土层土壤的总无机磷含量在养鸡1年后显著下降,之后开始上升;而总有机磷含量随养鸡年限延长显著上升,受养鸡年限的影响较大.表层土壤的有效磷和活性磷含量随养鸡年限延长均有所上升,且均与NaOH-Pi和NaOH-Po的含量呈极显著正相关,表明NaOH-P,尤其NaOH-Po是林地土壤中可供转化为有效养分的最主要潜在磷源.总体而言,土壤中较易被分解利用的磷素形态含量随养鸡年限延长明显积累,难分解的磷素形态含量则变化不显著,同时林地表层土壤有效磷或活性磷的供应水平随养鸡年限延长得到明显改善,土壤磷的生物有效性不断提高.

磷是亚热带森林生态系统中重要的限制元素,明晰不同杨树人工林类型对土壤磷组分的影响,对亚热带地区杨树人工林的科学经营具有重要意义.本文以杨树纯林、杨树-女贞混交林和杨树-石楠混交林为对象,采用Sui修正后的Hedley磷素分级方法,研究不同杨树人工林类型对0～20、20～40、40～60cm 土层土壤磷组分的影响.结果表明:与杨树纯林相比,两种混交林增加了土壤全磷、总有机磷、速效磷、活性磷(H2O-Pi、NaHCO3-Po、NaH-CO3-Pi)和中等活性磷(NaOH-Po、NaOH-Pi)含量,其中,杨树-石楠混交林对其影响更大.杨树-女贞和杨树-石楠混交林0～60 cm 土层的速效磷含量较杨树纯林分别增加了52.4％、55.3％,而杨树-女贞混交林显著降低了0～20 cm 土层中的总无机磷.混交林中,NaOH-Pi含量在0～20 cm 土层显著高于杨树纯林,H2O-Pi、NaHCO3-Pi含量在20～40 cm 土层显著增加,全磷、总有机磷、NaHCO3-Po含量在0～40cm 土层显著增加.土壤磷组分总体上随土层加深而降低.冗余分析表明,酸性磷酸酶活性、微生物生物量磷和有机碳是影响土壤磷组分变化的主要因子.与杨树纯林相比,乔灌复层混交林有利于提高土壤磷素有效性,缓解亚热带地区人工林生态系统的磷限制.