縉云山4種林分土壤無機磷與活性鋁的含量及分布

崔 瑤,辜夕容,*,嚴(yán)寧珍,李 杰,胡 佳,楊莉薈,李得霞,羅 平

1 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶 400716 2 重慶市珍稀特有魚類國家級自然保護(hù)區(qū)管理處,重慶 401147

磷是植物生長發(fā)育和新陳代謝的必需元素,土壤是植物所需磷的直接供體。酸性土壤中總磷含量很高,但有效磷含量卻很低,是植物生長發(fā)育受限的主要原因之一[1]。在酸性土壤中鋁易溶出成為活性鋁[2—3],常與磷酸根結(jié)合,轉(zhuǎn)化成難溶性磷,造成土壤磷的生物有效性進(jìn)一步降低[4—5]。因此,如何防治酸性土壤中鋁溶出引發(fā)的磷有效性降低,是農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中亟需解決的問題之一[6]。

在酸性土壤中的無機磷常以4種形式存在,即鋁磷(Al-P)、鐵磷(Fe-P)、閉蓄態(tài)磷(O-P)和鈣磷(Ca-P)。其中,Al-P和Fe-P是潛在磷源,并不對植物直接有效,Ca-P在酸性土壤中有效性較高,而O-P 是以水化氧化鐵膠膜包被的磷酸鹽,其溶解度小[7—9]。鋁的活性形態(tài)有4種,即交換性鋁(Ex-Al)、羥基態(tài)鋁(Hy-Al)、酸溶無機鋁(Col-Al)和腐殖酸鋁(Al-HA)[10]。已有研究表明Ex-Al和Hy-Al是高活性形態(tài),達(dá)到一定濃度后易對植物產(chǎn)生毒性,Col-Al 和Al-HA是低活性形態(tài),對植物無毒或低毒[10—11]。在酸性土壤中,低磷和高鋁是限制植物生長的主要原因之一,兩者之間有明顯的互作關(guān)系。有研究發(fā)現(xiàn)磷可直接與鋁形成對植物無毒的復(fù)合物來緩解活性鋁對植物的毒害[12]。在鋁脅迫下,小麥根分泌的無機磷在根表面或根際中與Al3+形成復(fù)合物,明顯減少鋁的毒性[13]；楊婉身等[14]發(fā)現(xiàn),杉木對土壤中無機磷的轉(zhuǎn)運和吸收都受到活性鋁的影響。可見,無機磷與活性鋁之間存在著一定的相互作用。

已有研究發(fā)現(xiàn),土壤中無機磷形態(tài)與分布受多種因素如植被類型、土壤發(fā)生層次、土壤耕作方式和施肥制度[7,15,16]等的影響；活性鋁形態(tài)與分布和植被類型、土地利用方式、土壤類型和層次、土壤酸度[10,17—18]等密切相關(guān)。然而,在同一植被條件下土壤無機磷和活性鋁的形態(tài)與分布特征,它們之間的聯(lián)系與作用,目前還鮮少報道。對此展開研究,不僅有助于我們對土壤理化成分內(nèi)部相互作用的理解,還能通過對外界影響因素的分析來改良農(nóng)林業(yè)經(jīng)營管理措施。一般而言,土壤pH值降低有利于Ca-P的溶解[19]和Ex-Al的溶出[20],此過程必然包含著無機磷與活性鋁組分內(nèi)的轉(zhuǎn)化以及它們間的相互作用。我國西南地區(qū)存在大面積的酸性土壤,植被類型和土壤剖面層次因影響著土壤有機質(zhì)、容重、孔隙度、水分等理化性質(zhì)[21—22],也必然影響到土壤無機磷與活性鋁的形態(tài)與分布。為此,研究以在我國西南地區(qū)廣泛存在的4種植被即山莓林(灌木林)、馬尾松林、楠竹林和柑橘林地土壤為對象,通過測定土壤剖面層次中無機磷與活性鋁的含量,以分析它們在不同林分和土層中的分布特征,探索無機磷與活性鋁的相互作用,為在我國西南地區(qū)酸性土壤上的農(nóng)林經(jīng)營管理提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于我國西南地區(qū)的重慶縉云山國家級自然保護(hù)區(qū)(E 106°17′—106°24′、N 29°41′—29°52′、海拔200—952.5 m),屬典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤性氣候,年平均氣溫13.6 ℃,最熱月(八月)平均溫24.3 ℃,最冷月(1月)平均溫3.1 ℃,極端最高溫36.2 ℃,極端最低溫-4.6 ℃,年平均降雨量1783.8 mm,年平均日照1293.9 h,年平均蒸發(fā)量 777.1 mm,相對濕度87%。區(qū)域內(nèi)土壤以山地黃壤和黃棕壤為主,有少量零星分布的紫色土；森林覆蓋率96.6%,自然植被類型豐富多樣,以常綠闊葉林、暖性針葉林為主,間有常綠闊葉灌叢、灌草叢和水生植被；植物種類豐富,多達(dá) 249 科、966 屬、1915 種,主要有馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、楠竹(Phyllostachyspubescens)、山莓(Rubuscorchorifolius)、四川大頭茶(Gordoniaacuminate)、四川山礬(Syraplocossetchuensis)、香樟(Cinnamomumcaphora)、木荷(Schimasuperba)、檵木(Loropetalumchinense)、栲樹(Castanopsisfargesii)、菝葜(Smilaxchina)、紅蓋鱗毛蕨(Dryopteriserythrosora)、中華里白(Dicranopterischinensis)、鳶尾(Iristectorum)等。

1.2 樣地設(shè)置和采樣方法

在研究區(qū)域內(nèi)選取山莓林、馬尾松林、竹林、柑橘林4種典型森林植被,每種林分類型中設(shè)置3個10 m×10 m樣方。除林分類型不同外,樣地其他條件基本相似(表1)。在樣方內(nèi)同一對角線四等分的3個等分點上設(shè)置3個采樣點。采樣前首先清理除去土壤表層的枯枝落葉、石塊和其他雜物,按傳統(tǒng)方法[23]挖取土壤剖面,分別在A(0—15cm)、B(15—35cm)、C(35—55cm)三層用剖面取樣法取樣,將同一樣方3個樣點的土樣按土層分別混合成一個樣品,挑出植物根系、石礫和其他雜物,干燥處通風(fēng)陰干。四分法取樣、磨細(xì)、過孔徑1 mm 和0.25 mm 篩備用。

表1 樣地概況

1.3 測定項目和方法

分別采用酸度計法、烘干法和重鉻酸鉀-外加熱法測定土壤 pH 值(m土∶V水=1∶2.5)、含水率和有機質(zhì)含量,NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷[23](表2)；采用酸性土壤中無機磷分級方法[24],分別用1 mol/L NH4Cl-0.5 mol/L NH4F(pH 8.2)、0.1 mol/L NaOH、0.3 mol/L檸檬酸鈉+1.0 g Na2S2O4+0.5 mol/L NaOH、0.5 mol/L(1/2 H2SO4)連續(xù)浸提土壤,分別得Al-P、Fe-P、O-P和Ca-P浸提液,浸提液中的磷含量用鉬銻抗比色法測定[23]；分別采用1 mol/L KCl、1 mol/L NH4Ac(pH 4.8)、1 mol/L HCl、0.5 mol/L NaOH四種浸提劑浸提土壤中不同形態(tài)的活性鋁[25],浸提液中的鋁含量用鋁試劑比色法測定[26],用差減法得到Ex-Al、Hy-Al、Col-Al和Al-HA含量。土壤中總無機磷含量為Al-P、Fe-P、O-P和Ca-P含量之和,總活性鋁含量為Ex-Al、Hy-Al、Col-Al和Al-HA含量之和。

表2 土壤基本理化性質(zhì)

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所得數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2019進(jìn)行整理和基本運算,IBM Statistics SPSS 23.0作單因素方差分析,LSD法進(jìn)行各水平間的多重比較；按(原始數(shù)據(jù)-平均值)÷標(biāo)準(zhǔn)差對各變量的原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,然后進(jìn)行多元線性回歸分析獲得相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)(β),以衡量活性鋁對無機磷的相對作用。采用 GraphPad Prism 8.0制圖,Microsoft excel 2019制表。圖和表中所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,顯著性水平設(shè)為P≤0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 縉云山4種林分土壤無機磷含量與分布

林分類型對4種形態(tài)無機磷含量和比例均有顯著影響,而土層僅對Fe-P含量和比例有顯著影響(圖1、圖2)?？N云山4種林分土壤無機磷含量為126—308 mg/kg,除馬尾林的B(15—35cm)層、楠竹林和柑橘林的A(0—15cm)層外,O-P含量最高,占27.9%—54.7%,Fe-P其次(14.2%—42.2%),Ca-P和Al-P含量均較低,分別占5.9%—36.4%和6.6%—19.5%。各組分在無機磷中的比例因林分類型和土層而異(圖2)。

圖1 縉云山4種林分土壤中的Al-P、Fe-P、O-P和Ca-P含量

土壤Al-P含量和占比在A、B和C(35—55cm)層中均以山莓林最低,在A和C層中均以楠竹林最高,在B層Al-P含量以柑橘林最高,Al-P占比以楠竹林最高(圖1、圖2)。Al-P含量在A、C層中柑橘林和馬尾松林居中且兩者間無顯著差異；在B層楠竹林和馬尾松林居中且兩者間差異顯著；Al-P占比在A層中馬尾松林高于柑橘林,在B層中則相反,在C層中兩種林分無顯著差異。山莓林、馬尾松林和楠竹林的土壤Al-P含量均為A層顯著高于B和C層,且馬尾松林和楠竹林的C層>B層,山莓林的B和C層間無顯著差異；柑橘林的土壤Al-P含量在B層最高,但在A、B和C層間無顯著差異。四種林分土壤中的Al-P占比在A和C層中均無顯著差異；在B層中,山莓林、馬尾松林中土壤Al-P占比顯著低于A和C層的,而柑橘林的則相反,楠竹林的與A和C層間無顯著差異。

土壤Fe-P含量和占比在A、B和C層中均以柑橘林最高,在B和C層均是楠竹林中最低(圖1、圖2)。在A層土壤Fe-P含量以馬尾松林最低,Fe-P占比以馬尾松林和山莓林最低且兩者無顯著差異。在A層中土壤Fe-P含量在山莓林和楠竹林間無顯著差異,在B和C層山莓林顯著高于楠竹林。楠竹林和柑橘林的土壤Fe-P含量和占比均為A層>B層>C層；山莓林的Fe-P含量為A層>B層>C層,而Fe-P占比為B 層最高,在A、C層間無顯著差異；馬尾松林的Fe-P含量在A層最高,但在A、B和C層間無顯著差異,Fe-P占比為A層>C層>B層。

土壤O-P含量和占比在A和B層均為山莓林最高,在C層為楠竹林最高(圖1、圖2)。在A層中O-P含量為馬尾松林>柑橘林>楠竹林,O-P占比為馬尾松林其次,楠竹林和柑橘林最低且兩者間無顯著差異；在B層中O-P含量為柑橘林>楠竹林≈馬尾松林,O-P占比楠竹林其次,馬尾松林和柑橘林最低且兩者間無顯著差異；在C層中O-P含量為馬尾松林最低,山莓林和柑橘林居中且兩者間無顯著差異,O-P占比為山莓林其次,馬尾松林和柑橘林最低且兩者間無顯著差異。土壤O-P含量在山莓林隨土層加深而顯著降低,O-P占比為B層顯著高于A、C層且A、C層間無顯著差異；O-P含量和占比在楠竹林和柑橘林隨土層加深而顯著增加,在馬尾松林為A層>C層>B層。

土壤Ca-P含量在A層為柑橘林最高,馬尾松林其次,山莓林和楠竹林最低且兩者間無顯著差異；在B層以馬尾松林最高,其余3種林分間無顯著差異；在C層以柑橘林最高且和馬尾松林無顯著差異,其余2種林地為楠竹林>山莓林(圖1)。Ca-P占比在A、B和C層中均是馬尾松林最高,山莓林最低,且A和C層中柑橘林>楠竹林,而B層中則為兩種林分無顯著差異(圖2)。Ca-P含量在山莓林的A、B和C層間無顯著差異,Ca-P占比為C層>A層>B層；Ca-P含量和占比在馬尾松林為B層>C層>A層,在楠竹林隨土層加深而增加；Ca-P含量在柑橘林的A和C層間無顯著差異,但均顯著高于B層,Ca-P占比為C層>A層>B層。

圖2 縉云山4種林分土壤中各形態(tài)無機磷占總無機磷的比例

2.2 縉云山4種林分土壤活性鋁含量與分布

林分類型對4種形態(tài)活性鋁的含量和比例均有顯著影響,而土層僅對Ex-Al和Hy-Al的含量和比例有顯著影響?？N云山4種林分土壤活性鋁總量為677—872 mg/kg,其中,Al-HA占比最高,達(dá)到50.9%—59.5%,Col-Al次之(33.9%—41.4%),Ex-Al和Hy-Al占比均較低,分別為3.50%—7.19%和0.88%—6.13%,活性鋁各組分所占比例因林分類型和土層而異(圖3、圖4)。

土壤Ex-Al含量和占比在A層為山莓林>楠竹林>柑橘林>馬尾松林；在B層Ex-Al含量為楠竹林>柑橘林>馬尾松林>山莓林,Ex-Al占比為楠竹林>柑橘林≈馬尾松林>山莓林；在C層山莓林、竹林和柑橘林間的土壤Ex-Al含量無顯著差異,但均顯著高于馬尾松林,Ex-Al占比為楠竹林>山莓林>柑橘林>馬尾松林(圖3、圖4)。土壤Ex-Al含量和占比在山莓林為A>C>B層,在馬尾松林中Ex-Al含量為A≈B>C層,Ex-Al占比在A、B和B、C層間無顯著差異,但在A、C層差異顯著；Ex-Al含量和占比在楠竹林為A>B≈C層；在柑橘林中Ex-Al含量為為A>C>B層,Ex-Al占比A>C≈B層。

土壤Hy-Al含量和占比在A、B層中均是馬尾松林中最高,其后依次為柑橘林>楠竹林≈山莓林,在C層為柑橘林≈馬尾松林>楠竹林≈山莓林(圖3、圖4)；在各林分中Hy-Al含量和占比均是B層最高,且柑橘林的A和C層間無顯著差異,馬尾松林為A層>C層,而山莓林和楠竹林則為A層

土壤Col-Al含量在A層為楠竹林最高且和馬尾松林沒有顯著的差異,其次為柑橘林>山莓林,在B層為柑橘林≈馬尾松林>楠竹林≈山莓林,在C層為柑橘林最高,和楠竹林沒有顯著的差異,其次為山莓林,馬尾松林最低(圖3)；Col-Al占比在A、B、C層中均是楠竹林最高,其后依次為A層:山莓林>馬尾松林≈柑橘林,B層:馬尾松林>山莓林>柑橘林,C層:山莓林>柑橘林>馬尾松林(圖4)。柑橘林的土壤Col-Al含量和占比隨土層加深而增加,山莓林的Col-Al含量隨土層加深而增加,Col-Al占比為C>A>B層；馬尾松林的Col-Al含量在A和B層間無顯著差異,但都顯著高于C層,Col-Al占比為B>A>C層；楠竹林的Col-Al含量為C層>A層>B層,Col-Al占比為A≈C>B層。

土壤Al-HA含量和占比在A層中以馬尾松林最高,其后依次為柑橘林和山莓林,楠竹林最低；在B層中Al-HA含量為柑橘林>山莓林>馬尾松林>楠竹林,Al-HA占比為山莓林>柑橘林>楠竹林>馬尾松林；在C層中Al-HA含量為柑橘林>馬尾松林>山莓林高>楠竹林,Al-HA占比為馬尾松林>≈柑橘林>山莓林>楠竹林(圖3、圖4)。在3個剖面層次中,土壤Al-HA含量和占比在柑橘林隨土層加深而顯著增加,在楠竹林的B、C層間無顯著差異,但都顯著高于A層,在馬尾松林為C層>A層>B層；在山莓林中Al-HA含量為B層>C層>A層,Al-HA占比在山莓林為B>A≈C層。

圖3 縉云山4種林地土壤的Ex-Al、Hy-Al、Col-Al和Al-HA含量

圖4 縉云山4種林分土壤中各形態(tài)活性鋁占總活性鋁的比例

2.3 縉云山4種林分土壤中活性鋁與無機磷間的關(guān)系

為衡量土壤活性鋁對無機磷的影響,以活性鋁為自變量,無機磷為因變量,采用多元線性回歸分析土壤活性鋁與無機磷間的關(guān)系。由表3可見,土壤活性鋁與無機磷間存在一定程度的多元線性回歸關(guān)系,特別是Ca-P與活性鋁組分間關(guān)系達(dá)到顯著(R2=0.48,P<0.05),即活性鋁含量的改變會在一定程度上影響到無機磷(尤其是Ca-P)含量。其中,Ex-Al對Al-P(β=0.604,P<0.05)和Fe-P(β=0.533,P<0.05)、Hy-Al對Ca-P(β=0.757,P<0.05)均有顯著正效應(yīng),即土壤Ex-Al和Hy-Al含量的增加將顯著影響Al-P、Fe-P和Ca-P含量。除此外的其他活性鋁組分雖對無機磷組分有一定影響,但均未達(dá)顯著程度(P>0.05)。

表3 縉云山4種林分土壤中活性鋁與無機磷間的關(guān)系

3 討論

3.1 林分類型對土壤無機磷與活性鋁含量和分布的影響

林分類型顯著影響無機磷在土壤中的含量和分布。相較而言,山莓林易促進(jìn)O-P的形成,而馬尾松、楠竹和柑橘林則相反,有利于Al-P、Fe-P和Ca-P的形成(圖1和圖2)。包先明和崔宏[7]、胡寧等[27]、張鼎華等[28]的研究也發(fā)現(xiàn)不同植被下的土壤無機磷組分差異較大:蘆葦?shù)氐耐寥繤e-P和Al-P含量高于苔草地,桃林和花椒林地的土壤O-P含量高于柳杉林地,馬尾松林比杉木林地更有利于Fe-P和Al-P的形成。上述結(jié)果可能與土壤中根系分布格局[29]、根系分泌物種類和數(shù)量[30-31]、凋落物分解和養(yǎng)分歸還速率[32]等有關(guān),因它們能顯著改變土壤結(jié)構(gòu)和通透性[21]、pH值[19]、水分[32]和有機質(zhì)含量[33]等土壤理化性質(zhì),進(jìn)而可能改變土壤無機磷含量與分布。多數(shù)研究認(rèn)為[8,19],土壤pH值是無機磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的主要原因,且pH值越低,土壤無機磷尤其是Ca-P的溶解程度越高[34—35]。此外,凋落物分解產(chǎn)生的有機質(zhì)、根系分泌的有機物質(zhì)等因能絡(luò)合金屬離子而促進(jìn)無機磷釋放[36]。如苗霄霖[30]發(fā)現(xiàn)茶樹根系分泌物顯著降低土壤Fe-P含量；卞方圓[37]、龔松貴[38]等發(fā)現(xiàn)根系分泌的有機酸較高是楠竹林比常綠闊葉林更能促進(jìn)O-P向Al-P轉(zhuǎn)化的主要原因之一,且有機酸對Al-P的作用更為明顯。供試的4種林地中,山莓林屬灌木林,根系較少且分布較淺,人為干擾程度較大,土壤常因人為踩踏較為緊實,pH值高于其余3種林地(表2),因而其土壤通透性、土壤含水率和根系分泌物均較低,無機磷易被氧化鐵膜包裹而不利于O-P的氧化-還原反應(yīng)[9,38],所以O(shè)-P的相對含量與占比高于其余3種林分。柑橘、楠竹和馬尾松林的根系分布較深,土壤pH值依次是柑橘林>楠竹林>馬尾松林(表2),其中馬尾松林屬針葉林,凋落物難以分解,養(yǎng)分歸還能力較差[39]；楠竹林的腐殖質(zhì)層較厚,有機質(zhì)豐富,根系數(shù)量較多[40]；柑橘林屬闊葉林,凋落物分解速度較快,養(yǎng)分歸還能力較好[41]。因而這三種林分的土壤通透性和H+含量較高,有利于Al-P、Fe-P和Ca-P的形成。至于根系分泌物在這4種林分土壤無機磷形態(tài)轉(zhuǎn)化中是否作用和怎樣作用,還有待進(jìn)一步探索。

林分類型顯著影響土壤活性鋁的含量與分布(圖3和圖4)。相較而言,除柑橘林有利于鋁轉(zhuǎn)化成低活性的Al-HA外,其余3種林分均促進(jìn)活性鋁的溶出,即由低活性轉(zhuǎn)化成高活性鋁。其中,山莓和楠竹林促進(jìn)Ex-Al的溶出,馬尾松林有利于Hy-Al溶出。陳志為等[10]、雷波等[42]也發(fā)現(xiàn),林分類型影響活性鋁含量與分布:杉桐混交林的Ex-Al含量顯著高于杉木純林,Col-Al含量顯著低于杉木和千年桐純林,千年桐純林、杉桐混交林的根際土Ex-Al及Hy-Al含量均顯著低于非根際土；杉木和木荷混交能降低高活性鋁含量,杉木和茶樹混交能增加高活性鋁含量。與之不同的是,本研究供試的4種林分中有3種促進(jìn)鋁從低活性向高活性形態(tài)轉(zhuǎn)化,這可能與森林凋落物、根系分泌物等差異使土壤pH值、有機質(zhì)等組成與含量不同有關(guān)。Schmitt等[43]指出,土壤溶液中存在AlO-OH+3H+Al3++2H2O的可逆反應(yīng),即鋁的存在形態(tài)與pH值密切相關(guān),pH降低時Ex-Al和Hy-Al含量增加,但若存在無機陰離子或有機配位體時,土壤中的Ex-Al或Hy-Al會絡(luò)合成低活性的Col-Al或Al-HA[4,11]。此外,辜夕容等[34]發(fā)現(xiàn),土壤微生物類群和數(shù)量也影響活性鋁的含量和分布。山莓和楠竹生長迅速、枝葉繁茂、落葉量大且容易分解[40],林地土壤微生物種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量較豐富,纖維素分解菌數(shù)量與相對酶活性、養(yǎng)分歸還能力等均顯著高于馬尾松林[44]；宋影等[45]發(fā)現(xiàn),馬尾松林針葉凋落物中分解菌數(shù)量和酶活性、養(yǎng)分歸還能力和對土壤理化性質(zhì)的改善能力均顯著低于闊葉凋落物；李萌等[46]也發(fā)現(xiàn),闊葉林土壤動物的群落密度、生物量以及多樣性大于針闊混交林和暗針葉林,其中以暗針葉林最低。上述結(jié)果都可能引起山莓林和楠竹林對土壤養(yǎng)分和鋁的活化能力較強,有利于土壤Ex-Al溶出。另外,馬尾松是喜鋁植物[47],對Ex-Al的吸收量較大,也可能使林地土壤Ex-Al下降而Hy-Al含量和比例相對上升。柑橘為蕓香科植物,凋落物富含油脂、酯類等芳香類有機化合物[48],凋落物分解速率較快[39],而且土壤中微生物種群和豐度較高[49],易產(chǎn)生有機酸或其他有機物質(zhì),螯合Ex-Al,因而其Al-HA含量和比例相對高于山莓、楠竹和馬尾松林地?？梢?土壤活性鋁含量和分布的改變應(yīng)是多種因素綜合作用的結(jié)果。

3.2 土層對土壤無機磷與活性鋁含量和分布的影響

除馬尾松林和楠竹林的Ca-P、楠竹林的O-P、柑橘林的Al-P和O-P外,其他無機磷組分均是在A層高于B和C層,存在表層富集現(xiàn)象(圖1和圖2)。山莓林的4種形態(tài)無機磷、楠竹和柑橘林的Fe-P含量均隨土層加深而降低；馬尾松林的Ca-P和柑橘林的Al-P在B層高于A和C層；竹林的O-P和Ca-P、柑橘林的O-P含量均隨土層加深而增加。包先明等[7]也發(fā)現(xiàn)土壤無機磷含量和分布因土層而改變,且改變趨勢和本研究有所不同:其研究表明除酸模群落下0—6 cm土層外,苔草、蘆葦和酸模土壤無機磷含量隨土層的加深而增加。已有研究認(rèn)為,土壤中植物根系分布[50]、有機質(zhì)含量[51]、根系分泌物[30]和pH[8]等是引起土層間無機磷含量與分布差異的主要原因。一般而言,A層的凋落物、植物殘體、根系等都多于B、C層,因而其中有機質(zhì)含量、凋落物歸還的養(yǎng)分量、根系分泌的有機酸、代謝產(chǎn)生的H+等也都高于 B、C層,這有利于磷等養(yǎng)分在A層的富集、無機難溶性磷的溶解與活化[7,30]；此外,隨著土層加深,土壤孔隙度、通氣透水性等降低,土壤中磷因氧化鐵膠膜的包裹而形成O-P[52]。本研究中四種林分土壤無機磷含量與分布在不同土層中的變化趨勢并不完全一致, 但只有Fe-P的含量和比例因土層而顯著改變(圖1和圖2),說明林分類型和組成應(yīng)是造成土壤無機磷含量和分布差異的主要因素。

土壤剖面層次顯著影響Ex-Al和Hy-Al的含量與分布(圖3和圖4)。4種林分的Ex-Al均在A層高于B、C層,Hy-Al均在B層高于A、C層。此外,山莓林和楠竹林中的Al-HA及馬尾松林地的Col-Al均在B層高于A、C層,山莓林、楠竹林和柑橘林中的 Col-Al及馬尾松林和柑橘林的Al-HA均在C層高于A、B 層。這與王婭婭等[11]的結(jié)果略有不同。他們發(fā)現(xiàn)不同退耕年限下菜子湖濕地4種活性鋁在土壤中的分布均為表層多于亞表層。鋁溶解理論認(rèn)為,土壤中鋁形態(tài)主要受pH控制,在pH <5.0時,Ex-Al含量增加[3,4]。本研究4種林分下的土壤A層pH<5.0(4.31—4.79)(表2),因而其中Ex-Al相對高于B、C層；而B層pH也在5.0以下(3.80—4.32,僅山莓林pH>5,表2),但Hy-Al含量卻相對高于A、C層(圖3和圖4),可能與根系主要分布于B層導(dǎo)致對Ex-Al吸收較多、Hy-Al含量相對上升有關(guān)[17]。在陳志為等[10]對杉桐混交林和千年桐純林的研究中即發(fā)現(xiàn)根際土Ex-Al顯著低于非根際土,說明根系對Ex-Al的吸收會引起Hy-Al含量和比例相對增加。在4種活性鋁的形態(tài)中,Col-Al介于沉淀鋁和可溶性鋁之間,Al-HA相對穩(wěn)定且與土壤有機官能團(tuán)密切相關(guān),兩者都在活性鋁中所占比重較大[4,11],本研究結(jié)果也證實了這一點。此外,在本研究中,土壤Col-Al在馬尾松林為C層低于A、B層,在其余林分下則相反,為C層高于A、B層,這應(yīng)與馬尾松在土壤中的根系分布深度大于其余3種植物有關(guān)[44]。

3.3 土壤活性鋁和無機磷間的相互關(guān)系

4 結(jié)論

土壤無機磷與活性鋁在不同土層中的含量和分布因林分類型而差異顯著,且Fe-P、Ex-Al和Hy-Al的含量和比例還因土層而顯著不同。相較而言,山莓林能促進(jìn)O-P的形成,而馬尾松、楠竹和柑橘林則有利Al-P、Fe-P和Ca-P的形成；柑橘林促進(jìn)低活性的Al-HA形成,而山莓、馬尾松和楠竹林均有利于高活性的Ex-Al或Hy-Al溶出；Ex-Al、Al-P、Fe-P 在土層的分布上有表層富集現(xiàn)象,Hy-Al集中分布于B層。此外,土壤 Ex-Al 和Al-P與Fe-P含量,Hy-Al與Ca-P含量均呈顯著正相關(guān)。表明林分類型是影響土壤中各形態(tài)無機磷和活性鋁含量和分布的關(guān)鍵因子；柑橘林能顯著降低活性鋁的毒性,馬尾松林、楠竹林可顯著提高無機磷的有效性,這可為今后我國西南地區(qū)酸性土壤上的林業(yè)經(jīng)營管理提供理論和實踐依據(jù)。