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干旱促进温带森林土壤磷素转化,降低磷的生物有效性

日期: 2022-02-25
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一、文章基本信息

原名:Drought promotes soil phosphorus transformation and reduces

phosphorus bioavailability in a temperate forest

译名:干旱促进温带森林土壤磷素转化,降低磷的生物有效性 

作者Chengjie Renet al.

期刊:Science of the Total Environment

2021年影响因子/JCR分区:7.963/Q1

发表时间:2020.05

 

二、文献阅读内容

1 关键词

干旱;土壤磷生物有效性;磷素转化;微生物量;磷酸酶活性。

2 研究主题和背景

1背景:干旱能不断改变生态系统功能,尤其是关键养分的生物地球化学循环;P作为必需且限制元素,在生态系统关键过程中起着重要的作用,而干旱如何影响土壤磷素转化和磷的生物有效性尚未清楚。

2主题:本研究采用透雨减少法进行了为期4年的田间干旱试验,以研究干旱对温带森林土壤磷动态和生物有效性的影响

3 科学问题或科学假说

科学问题:

干旱对土壤磷的生物地球化学循环及磷生物有效性的影响?(1)将土壤P分为9个组分,探究哪一组分对干旱条件更为敏感,以及在干旱条件下P组分的转化;(2干旱如何影响土壤微生物磷动态,这些微生物特性是否可以解释土壤磷组分的变化;(3)评估三种生物机制对无机磷释放的影响。

4 材料与方法

A.试验样地与实验设计位于河南省森林生态研究站,在林分和环境条件相近的60年生次生林中建立620 m × 20 m的试验区组,设置对照试验。20135月开始干旱处理,历经4

B. 土壤理化性质分析

土壤水分;土壤pHSOCTNTPDOCDONOlsen P

C. 土壤磷组分

采用顺序提取法测定土壤中P的含量Hedley 19829种组分对于磷的生物有效性贡献存在不同意义,

D. 土壤微生物P和酸性磷酸酶活性

氯仿熏蒸法;对硝基苯酚法。

E.数据分析 

所有数据进行正态检验和方差齐性检验,进行单因素方差分析;由于土壤磷动态与土壤水分密切相关,且干旱处理显著降低了土壤水分含量,本研究通过简单回归分析探讨了土壤水分与化学磷和微生物磷参数之间的关系;所有统计分析均采用SPSS20.0进行差异显著性检验。

5 结果

(1) 土壤基本理化性质

干旱条件显著降低了土壤水分,同时也显著减少了土壤TN4.21-3.78g/kg干土),但SOCTPDOCDON没有显著变化。另外四年干旱条件显著降低了土壤pH5.7-5.1)。

(2) 土壤P组分

在此暖温带森林中,Ca磷酸盐(稀/HCl提取)是最丰富的磷组分,这两种无机磷组分约占总磷的一半(49%43%)。同时,该暖温带森林的有机磷形式也占很大一部分(22%28%)。大多数有机磷以中等活性P形式存在(NaOH-PFe/Al氧化物结合),顽固性残余磷(闭蓄态-次生矿物中)大约占总磷的13%-15%;高活性(resin-P),中等活性PNaHCO3-P),潜在活性无机磷(NaOH-Pi)分别占总磷的2%5%6%

干旱条件显著降低了两种生物最有效的土壤无机磷组分(resin-PiNaHCO3-Pi)含量,同时也显著降低了Ca磷酸盐的含量。与土壤生物有效性和Ca磷酸盐组分相比,干旱显著增加了与次生矿物有关的土壤无机P组分含量。

(3) 土壤微生物P和酸性磷酸酶活性

MBPACP都受到干旱条件的负面影响。ACP0.9-0.6umolp-NPg soil/hMBP10.7-6.4mg/kg soil

(4) 土壤水分、土壤P组分以及微生物P特性之间的关系

回归分析:土壤含水量与全磷含量Resin无机磷、HCl-PNaOH-P以及ACP显著相关,除NaOH-P外,均随土壤水分的增加而呈现线性上升趋势。回归分析表明,生物最有效的土壤无机磷含量随土壤酸性磷酸酶活性的增加呈显著的线性增加趋势NaOH和浓HCl提取的有机磷组分随土壤酸性磷酸单酯酶活性的增加呈显著的线性下降趋势

6 讨论  

   暖温带森林土壤磷素生物地球化学循环和生物有效性对干旱非常敏感,本研究结果表明,干旱显著降低了土壤磷的生物有效性,并推动了土壤全磷在不同组分的重新分配,使其向次生矿物磷和有机磷转化。此外,干旱还对土壤微生物磷动态产生了显著的负向影响。这在一定程度上导致了次生矿物伴生磷的富集

(1) 土壤磷组分在干旱条件下重新分配

干旱降低了磷酸钙,主要是磷灰石。以往研究表明干燥的条件更有利于磷酸钙在土壤中的长时间储存,并且钙磷酸盐相对更稳定,但是有研究表明,HCl-P的稳定性取决与pH在高pH的土壤中,HCl可提取磷中往往含有高度稳定的磷酸钙矿物,而在酸性土壤中,磷灰石的稳定性要差得多

(2) 干旱对MBP的负向影响

除土壤无机磷和有机磷组分外,干旱还降低了土壤微生物量磷MBP对环境因子十分敏感,干旱可能抑制微生物的生长并杀死微生物细胞微生物生物量中磷的大量释放导致微生物生物量磷的减少土壤微生物量逐渐被认为是土壤磷动态的主要驱动力

(3) 干旱改变了土壤无机磷的潜在供给途径,降低土壤磷的生物有效性

土壤溶液中的无机磷浓度非常低,生物有效P含量可通过复杂的生物化学过程得到补充。结果表明,质子驱动无机磷释放是无机磷供给土壤溶液最重要的潜在途径。

7 结论

(1) 温带森林持续四年的干旱试验不断地改变了P生物地球化学活性

(2) 干活促进了钙磷酸盐的减少,主要是由于土壤酸化导致其溶解;磷酸钙释放的无机磷不存在于活性组分中,而是转化为次生无机磷组分和有机磷

(3) 干旱引起的土壤磷素再分配不仅直接降低了土壤磷素的生物有效性,而且可能改变土壤溶液中无机磷的补充机制由于干旱倾向于降低质子驱动的无机磷释放电位,而增加了酶和有机酸驱动的无机磷释放电位容量

(4) 干旱可显著改变土壤磷循环及其生物地球化学机制

 

附:

干旱促进温带森林土壤磷素转化,降低磷的生物有效性

干旱促进温带森林土壤磷素转化,降低磷的生物有效性

干旱促进温带森林土壤磷素转化,降低磷的生物有效性

干旱促进温带森林土壤磷素转化,降低磷的生物有效性

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