武功山退化草甸磷素空間分異規(guī)律研究

趙靜　黃尚書　唐劍波　郭曉敏　牛德奎

摘要：對(duì)武功山海拔1 600～1 900 m退化草甸區(qū)域土壤磷的分異規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，土壤有效磷和有機(jī)磷顯著提高，且均呈表聚性；土壤有機(jī)磷含量為0.01～0.06 g/kg；低海拔區(qū)域的土壤全磷含量顯著低于高海拔區(qū)域，與嚴(yán)重退化草甸土壤磷素虧缺有關(guān)，土壤微生物量磷含量為7～26 mg/kg。隨著海拔的升高，鋁磷和鐵磷含量下降，而氧磷、鈣磷含量增加。有效磷與鋁磷、鐵磷、有機(jī)磷呈顯著正相關(guān)，表明了土壤有機(jī)磷、鋁磷、鐵磷可能是土壤有效磷的潛在來源。

關(guān)鍵詞：武功山；退化草甸；磷素；空間分異

中圖分類號(hào)：S153.6；O613.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）22-5572-04

Abstract： According to the analyzed report， it reveals the regulation about phosphorite at the degeneration of meadow area of Wugong mountain in altitude of 1 600～1 900 m. From the analyzed report，available phosphorus and soil organic phosphorus in soil were significantly increased ，which were gathered in surface； soil organic phosphorus content ranged from 0.01 to 0.06 g/kg； Soil total phosphorus content in low altitude region was significantly lower than that in high altitude area，which was related to phosphorus deficiency in degeneration of meadow soil， microbial biomass phosphorus content ranged from 7 to 26 mg/kg in soil. With altitude ascending，the contents of aluminum phosphorus and iron phosphorus decreased，while the content of oxygen phosphorus and calcium phosphate increased. Soil available phosphorus was positively correlated with calcium phosphate，iron phosphorus and soil available phosphorus， which reveals that soil available phosphorus， calcium phosphate and iron phosphorus are the potential sources of soil available phosphorus.

Key words： Wugong mountain；meadow degradation；phosphorus loss；spatial differentiation

磷是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，參與細(xì)胞的分裂、特質(zhì)、能源的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，有著不可替代的功能，也是光合作用和呼吸作用等重要生物過程的參與者，在能量變換、貯存過程中起著關(guān)鍵性的作用[1]。磷在植物體內(nèi)的含量雖然不多，但由于磷是地質(zhì)時(shí)代尺度上生物生產(chǎn)力的限制性養(yǎng)分元素[2]，加上土壤中磷素的利用率很低[3，4]，土壤磷素已成為植物生長(zhǎng)限制性因子。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中分布最廣的生態(tài)系統(tǒng)類型之一，對(duì)全球氣候以及養(yǎng)分循環(huán)具有重要作用。武功山是中國(guó)南方低海拔山地草甸，對(duì)其區(qū)域退化山地草甸區(qū)土壤磷素的空間分異規(guī)律進(jìn)行研究，將對(duì)改良土壤、保護(hù)環(huán)境具有重要意義[5，6]，可為植被恢復(fù)提供指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

武功山屬羅霄山脈北段，位于江西萍鄉(xiāng)、安福、宜春三地交界處（114°10′-114°07′E，27°25′-27°35′N），主峰白鶴峰（金頂）海拔1 918.3 m，武功山氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛四季分明。武功山成土母質(zhì)主要由片麻巖、花崗巖組成。武功山森林覆蓋率達(dá)88.1%。裸子植物在武功山自然分布的類群共有8科22屬29種以及2變種。主峰周邊大面積分布的山地草甸更使之成為難得的植被垂直地帶性的天然博物館。武功山是集人文景觀和自然景觀為一體的山岳型風(fēng)景名勝區(qū)，隨著20世紀(jì)90年代未草場(chǎng)的開發(fā)和21世紀(jì)初旅游景點(diǎn)的開發(fā)，對(duì)武功山山地草甸造成了大面積的損毀，因此該區(qū)草甸退化區(qū)的生態(tài)修復(fù)已成為保護(hù)武功山自然保護(hù)區(qū)的首要任務(wù)，而加強(qiáng)該區(qū)植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)元素分異規(guī)律研究對(duì)于該區(qū)生態(tài)恢復(fù)具有十分重要的指導(dǎo)性意義。

1.2 樣品采集與預(yù)處理

分別在武功山1 600～1 900 m區(qū)域以100 m為一梯度，在各梯度植被覆蓋度低于20%的區(qū)域設(shè)置3個(gè)10 m×10 m的重復(fù)樣地，4個(gè)海拔梯度共設(shè)置12塊樣地。在各樣地用土壤取樣鉆呈上下品字形共5個(gè)點(diǎn)取0～10、10～20和20～40 cm各土層土壤樣品約1.5 kg，共計(jì)36個(gè)樣品，試驗(yàn)前進(jìn)行風(fēng)干、過2 mm篩等預(yù)處理。

1.3 測(cè)試方法

土壤速效磷采用酸性氟化銨浸提和鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤無機(jī)磷分級(jí)方法如下：NH4Cl浸提水溶性磷，NH4F浸提Al-P（鋁磷），NaOH浸提Fe-P（鐵磷），檸檬酸鈉和連二硫酸鈉溶液浸提O-P（氧磷，閉蓄態(tài)磷），H2SO4浸提Ca-P（鈣磷），鉬銻抗比色法測(cè)定浸提出的各級(jí)無機(jī)磷；土壤有機(jī)磷：土壤經(jīng)550 ℃灼燒，使有機(jī)磷化合物轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)磷，然后與未經(jīng)灼燒的同一土樣分別用0.2 mol/L（1/2 H2SO4）溶液浸提后測(cè)定磷量，所得結(jié)果的差值即為有機(jī)磷；土壤全磷采用HClO4-H2SO4-鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Pearson相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)土壤有效磷與土壤磷素與海拔梯度的相關(guān)關(guān)系。論文所有數(shù)據(jù)的圖形處理采用Microsoft Excel 2003完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有效磷的垂直分布

磷素作為植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用，同時(shí)也是生態(tài)系統(tǒng)的常見限制因子和土壤的重要組成部分。由于土壤礦物對(duì)磷有強(qiáng)烈的吸附和固定作用，土壤中的磷素并不能全部被植物吸收利用，大部分磷素以緩效態(tài)或遲效態(tài)存在，只有土壤有效磷是植物可以直接吸收利用的。土壤有效磷包括全部水溶性磷、部分吸附態(tài)磷及有機(jī)態(tài)磷，有的土壤中還包括某些沉淀態(tài)磷。土壤有效磷更能反映土壤的供磷狀況。

海拔梯度為1 900、1 800、1 700、1 600 m退化草甸土壤有效磷含量變異范圍為0～2.5 mg/kg（圖1），低于全國(guó)土壤普查的3.83 mg/kg，處于極低水平。這也表明該試驗(yàn)區(qū)磷是重要的限制因子。

方差分析結(jié)果表明，海拔梯度為1 700 m和1 600 m的土壤有效磷含量具有表聚性，隨土壤深度的加深而顯著下降，10～20 cm 比0～10 cm分別下降了38.46%和49.40%，20～40 cm土層比10～20 cm土層分別下降了18.54%和59.52%；海拔梯度為1 900 m和1 800 m的土壤有效磷含量隨土壤深度的變化無顯著差異，這說明低海拔區(qū)域有利于表層土壤的有效磷的積累。

土壤全磷包括各種形態(tài)的磷素，即可溶性磷酸鹽、活性磷酸鹽、非活性磷酸鹽和有機(jī)磷等。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同海拔梯度土壤全磷含量介于0.1和0.3 g/kg（圖2），均小于0.5 g/kg，而Kellogg等[4]認(rèn)為土壤全磷量一般為0.5～2.0 g/kg，這說明該區(qū)土壤磷素含量較低。不同海拔梯度的全磷含量在不同土層間無顯著差異。

2.3 土壤無機(jī)磷含量特征

土壤中無機(jī)磷以吸附態(tài)和鈣、鐵、鋁等的磷酸鹽為主。不同地區(qū)由于水、熱條件不同，致使土壤的風(fēng)化發(fā)育程度有較大的差異，因此土壤中各種形態(tài)的磷含量也明顯不同。

由圖3可知，在0～10、10～20、20～40 cm土層土壤Al-P均表現(xiàn)為低海拔區(qū)域顯著高于1 900 m。0～10 cm土層1 600、1 700、1 800 m Al-P含量較 1 900 m分別提高了289%、400%和239%，10～20 cm土層1 600、1 700、1 800 m Al-PP含量較 1 900 m分別提高了313%、213%和359%，20～40 cm土層1 600、1 700、1 800 m的Al-P含量較 1 900 m分別提高了748%、822%和611%。

土壤Fe-P均表現(xiàn)為1 600～1 800 m區(qū)域顯著高于1 900 m區(qū)域，0～10 cm土層，1 800、1 700 m的Fe-P含量比1 900 m分別提高了345%和440%，10～20 cm土層1 800、1 700 m 的Fe-P含量較1 900 m分別提高了240%和300%，20～40 cm土層1 800、 1 700 m的Fe-P含量較1 900 m分別提高了805%和763%。

不同土層的土壤O-P、Ca-P均表現(xiàn)為1 900 m顯著高于其他區(qū)域，1 600、1 700、1 800 m之間無顯著差異。

由圖4可知，在0～10、10～20 cm土層，不同海拔梯度無機(jī)磷占全磷百分比有顯著差異，變化規(guī)律與可提取無機(jī)磷總量相同。

不同海拔梯度的各類可提取的無機(jī)磷形態(tài)、無機(jī)磷形態(tài)總量及百分比隨土壤深度的變化規(guī)律不相同。各土層不同海拔土壤可提取無機(jī)磷總量存在著顯著差異。

2.4 土壤有機(jī)磷的垂直分布

土壤有機(jī)磷的變幅很大，可占土壤全磷的20%～80%。土壤中已知的有機(jī)磷化合物形態(tài)主要有植素類、核酸類和磷酯類。土壤中有機(jī)磷的分解是生物作用過程，取于土壤微生物的活性，環(huán)境適宜時(shí)，尤其溫度條件適合微生物生長(zhǎng)時(shí)，有機(jī)磷的分解礦化較快。

由圖5可知，不同土層的土壤有機(jī)磷占全磷百分比均表現(xiàn)為1 600 m顯著高于1 700、1 800和1 900 m，以1 900 m最低。不同海拔梯度的有機(jī)磷含量和有機(jī)磷占全磷百分比隨土壤深度的加深而顯著降低。

總體而言，低海拔區(qū)域不同土層的土壤有機(jī)磷含量均顯著高于高海拔區(qū)域，不同海拔梯度的土壤有機(jī)磷含量具有表聚性。這說明土壤有機(jī)磷主要來源于周邊草本植物，低海拔區(qū)域生物量大，受到化感作用較大，造成了低海拔區(qū)域的土壤有機(jī)磷含量高于高海拔區(qū)域。

2.5 土壤有效磷與土壤磷素相關(guān)性研究

相關(guān)性分析結(jié)果（表1）表明，土壤有效磷與全磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.398，P<0.05）。有效磷與全磷相關(guān)性的研究結(jié)論有較大差異[7]，正相關(guān)、負(fù)相關(guān)和不相關(guān)均有報(bào)道，可能與土壤中磷的形態(tài)和反應(yīng)的復(fù)雜性以及系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)作用有關(guān)。

3 小結(jié)

武功山退化草甸表層土壤有機(jī)磷、可提取無機(jī)磷總量、有效磷含量較下層土壤高。與1 900 m區(qū)域相比，1 600～1 800 m區(qū)域的土壤有效磷、有機(jī)磷含量及其占全磷的百分比均有顯著提高。低海拔的土壤全磷含量顯著低于高海拔，說明低海拔區(qū)域整體植被較好的因素使退化區(qū)域土壤的磷能被植物充分吸收利用；低海拔區(qū)域有利于無機(jī)磷中鋁磷和鐵磷的積累；土壤有機(jī)磷、鋁磷、鐵磷等可能是土壤有效磷的潛在來源。

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（責(zé)任編輯 韓 雪）