【摘 要】
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磷是限制亚热带森林生产力的重要养分之一,而增温带来水、汽、能量的变化将直接或间接影响磷生物地球化学循环过程,从而对土壤磷的供给能力产生何种影响仍存在不确定性。此外,林龄则通过改变植物的磷养分需求、归还和周转等过程,导致土壤磷供给能力存在显著差异。当前已有研究大部分基于微宇宙的幼苗控制的实验结果,而关于生态系统水平上的不同林龄土壤磷供给能力是否因土壤增温而改变仍鲜有报道,且关于不同林龄土壤磷组分将对
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磷是限制亚热带森林生产力的重要养分之一,而增温带来水、汽、能量的变化将直接或间接影响磷生物地球化学循环过程,从而对土壤磷的供给能力产生何种影响仍存在不确定性。此外,林龄则通过改变植物的磷养分需求、归还和周转等过程,导致土壤磷供给能力存在显著差异。当前已有研究大部分基于微宇宙的幼苗控制的实验结果,而关于生态系统水平上的不同林龄土壤磷供给能力是否因土壤增温而改变仍鲜有报道,且关于不同林龄土壤磷组分将对增温响应是否存在差异性?增温情况下影响不同林龄土壤磷组分迁移转化的生物和非生物因素为何?目前仍不清楚。本研究依托福建三明森林生态系统与全球变化研究站格式栲观测站,在相同母质的基础上,以杉木幼林(5年)和杉木成熟林(40年)土壤为研究对象,采用土壤加热电缆增温方式,增温幅度4℃,观测增温处理下幼林和成熟林土壤磷组分(Hedley P)、土壤微生物(磷脂脂肪酸法PLFA、微生物生物量C\N\P)、土壤酶活性、以及土壤理化性质(p H、盐基离子和铁/铝氧化物)等的变化。旨在阐明增温对中亚热带不同林龄杉木土壤磷组分的影响及机制。主要结果和结论如下:(1)就林龄而言,杉木幼林0-10 cm和10-20 cm土层土壤活性磷(Labile-P)、有机磷(Po)、钙磷(Ca-P)、残余磷(Residual-P)组分和总磷(TP)的含量均小于成熟林,表明成熟林具有较高的土壤磷有效性和磷供应能力。土壤增温造成了幼林0-10 cm和10-20 cm土层土壤有效磷含量的显著降低,而对成熟林0-10 cm土层土壤有效磷含量没有显著影响,说明增温对不同发育阶段杉木土壤磷有效性影响不一致,气候变暖将可能导致亚热带杉木幼龄森林供磷能力降低,磷限制状态将可能加剧。(2)林龄、增温处理及其交互作用显著影响土壤微生物生物量及酶活性。就林龄而言,在0-10 cm土层,幼林土壤微生物生物量碳和微生物生物量磷显著低于成熟林,而在0-10 cm和10-20 cm土层中土壤微生物群落各部分生物量和总量均表现为杉木幼林大于成熟林,林龄则对土壤酶活性影响不显著。此外,土壤增温显著降低幼林不同功能属性的微生物生物量(PLFA),但增温对幼林和成熟林土壤酶活性影响不一致,表现为增温显著降低了幼林土壤β-葡萄糖苷酶(βG)、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)、和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性,增加了杉木成熟林土壤βG、NAG和AP酶活性,表明增温将降低杉木幼林土壤微生物对土壤C、N、P转化速率,提高成熟林土壤微生物对土壤C、N、P转化速率。(3)林龄、增温处理显著影响土壤铁铝氧化物和盐基离子含量。就林龄而言,幼林土壤铁铝氧化物和盐基离子含量均低于成熟林。并且增温增加了杉木幼林土壤K+、Ca2+、Na+、Al3+离子含量,而对成熟林土壤盐基离子的影响不显著,说明增温可能会增加幼龄林盐基离子的流失,从而增加土壤酸化进程。(4)相关分析发现土壤Labile-P、Po、Ca-P、Residual-P组分和TP与土壤含水率(SWC)、土壤铁铝氧化物、盐基离子(除Na+离子)成显著正相关关系,并且,Labile-P和铁铝结合态磷(Fe/Al-P)与酶活性和不同属性微生物生物量成正相关关系。此外,RDA分析表明,络合铝(Alp)、铝离子(Al3+)、和SWC是影响磷组分变化的主要环境因子。因此增温对不同林龄杉木土壤磷组分的变化是非生物因素与生物因素共同调节的结果,并且非生物因素的作用强于生物因素。
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