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文献解读|西南亚高山生态系统土壤磷库海拔变化及其控制因素

日期: 2023-03-17
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文献解读



原名:Elevational variation in soil phosphorus pools and controlling factors in alpine areas of Southwest China

译名:西南亚高山生态系统土壤磷库海拔变化及其控制因素

期刊:Geoderma

IF:7.422

发表时间:2023.1.26

第一作者: Jinsheng Li

01
摘要
Literature abstract
文献解读|西南亚高山生态系统土壤磷库海拔变化及其控制因素

土壤磷是地球生态系统中重要的生命元素,对地球生态系统的稳定性及其可持续发展具有重要意义。然而,不同土壤磷库的季节和沿海拔梯度变化的调控机制尚未清楚。本研究中,探究了玉龙雪山不同海拔梯度下(2600m~3900m)表层土壤(0 ~ 15 cm)磷库季节变化包括总磷(TP)、有效磷(AP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、不稳定磷、中等不稳定磷和稳定磷,测定叶片养分含量、土壤性质、微气候和微生物参数。研究发现,所有土壤磷组分在中海拔(2900 m和3200 m)均达到最大值,可能是由于微生物活性较强和适宜的土壤气候条件促进了磷风化。同时,土壤AP库的海拔变化与叶片P含量密切相关。其中,大部分土壤P库无季节性变化,除了湿季的AP高于旱季,可能是由于湿季更高的温度和微生物活性促进了P的释放。

此外,我们发现微生物磷、酸性磷酸酶和可溶性有机碳对不同磷库的影响强于其他土壤因子,土壤环境对活性磷和中活性磷有较强的相互作用。综上所述,研究结果揭示了玉龙地区土壤磷库的海拔变化及其潜在机制,为研究土壤磷动力学对环境的响应提供了重要的理论依据。

山地生态系统。

关键词:磷库;森林土壤;土壤环境;空间分布;山地生态系统

02
研究背景
Research background
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(P)是生态系统中重要的营养元素,也是地球上所有生命基础化学组成之一,且土壤是陆地生态系统中最大的磷库。气候、地形、土壤发育阶段、微生物活性等因素对陆地生态系统土壤P库的输入和输出都起着至关重要的作用。以往有研究表明,土壤生物化学过程和植物的基因型可能影响P在土壤和植被之间的转化。同时,土壤P活性受全球气候变化的强烈影响。虽然大多数研究表明土壤有效磷是山地生态系统中植物生产力的主要限制因子,但很少研究关注土壤P库,特别的,典型山地生态系统不同磷库转化的季节变化。因此,研究具有代表性的山地生态系统磷库状况及其影响因素,有助于了解山地生态系统对全球变化的响应,对森林生态系统的稳定和磷的可持续利用具有深远意义。

03
研究内容
Research contents
文献解读|西南亚高山生态系统土壤磷库海拔变化及其控制因素

基于此,我们探讨了玉龙雪山土壤P库的海拔和季节变化及其调控的微生物和植被过程。

研究目的:

(1)探究土壤各P库的含量的海拔和季节变化;

(2)量化气候和关键土壤性质对土壤各P库含量的相对影响。

科学假设:

(1)在长期土壤发育过程中,低海拔的不同土壤P库和P生物有效性显著高于高海拔;

(2)湿季的土壤P生物有效性更高,可能由于海拔和季节变化的影响,包括生物(微生物和植被)和非生物(土壤理化指标)因素,对土壤磷库的转化和生物磷的有效性有显著影响。

研究方法:

我们的取样地点是在丽江的高山植物园——玉龙雪山南麓,保护区无干扰,海拔约2600—3900m。根据构造样带的原则,沿海拔梯度和代表性植被类型,选择在海拔2600—3900m之间每200-300m划定6个海拔梯度。植被高度和密度随海拔的增加而逐渐降低。分别于雨季(7月左右)和旱季(1月左右)采集样本。

04
研究结果
Research results
文献解读|西南亚高山生态系统土壤磷库海拔变化及其控制因素

1.植物性状,土壤性质和微生物属性

不同物种之间叶片C、N含量无显著差异,但不同海拔之间P含量差异显著(3500m最高,3200m最低)。叶片C:PN:P随着海拔升高而降低,在低海拔处更高(<3200m),而叶片C:N2600m和3200m处较高。ST和MBP随海拔升高而降低,其他气候因素、土壤性质和土壤微生物属性随海拔升高呈不规则变化。湿润季土壤ACP、MBN、MBC和MBP均较高。

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2.土壤P库

土壤AP、TP、IP和OP含量随着海拔变化存在显著差异,其中中间海拔梯度(2900m和3200m)的含量较高。AP含量在湿润季更高,稳定性P含量在低海拔处更高。基于PCA分析,季节对2900m和3200m海拔梯度的土壤P库变化的影响更大。且海拔和季节变化显著影响ACP和MBP,在不同海拔梯度下,ACP在湿润季显著高于干旱季,随着海拔的升高,ACP和MBP呈降低趋势,除了湿润季的ACP


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3.不同季节和海拔梯度下土壤P库变化的调控因子

随机森林分析表明,土壤磷库受叶片氮、磷含量的影响较大。生物因子(ACP和MBP)对土壤P库有很大的影响,尤其是MBP,且ACP对湿润季土壤P库影响大于干旱季。土壤C、N含量,尤其是可溶性有机碳和硝态氮,对不同P库产生强烈影响。土壤理化性质、微生物参数和他们之间的交互作用也强烈影响土壤P组分的变异,其中土壤微气候,如土壤水分和土壤温度对土壤稳定P和中等活性P无显著影响。皮尔逊相关性分析表明,叶片N、P含量对土壤P库含量影响最大,不同磷库与环境因子的交互作用在湿润季强于旱季。偏相关分析,不同磷组分与土壤性质密切相关,与其他微生物参数相比,控制MPB后,不同磷组分与土壤性质的相关系数降低。


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偏最小二乘路径分析结构方程模型(SEM)揭示了气候因素、植物、土壤、微生物参数等与土壤P库的关系。进一步表明,土壤气候参数主要通过影响土壤和微生物特性间接影响土壤磷。土壤微气候仅在旱季对土壤性质有显著影响,且微气候对土壤微生物属性的影响与季节无关。


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05
结论
Conclusion
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我们的研究结果表明,海拔和季节变化引起土壤微生物参数和植物特性的改变,并对土壤不同P库和P生物有效性有很大的影响。2900m和3200m海拔处土壤P库含量显著高于其他海拔,同时其C、N含量和微生物活性均更高。此外,AP在湿润季含量显著高于干旱季,而其他P库无显著变化,土壤温度、土壤水分和微生物活性也是在湿润季显著高于干旱季,在对不同磷库和生物(微生物参数和植物性状)和非生物(土壤理化性质)特性的分析中,我们发现,大多数P库与DOC、MBC、ACP显著正相关,而与土壤NO3-N呈负相关。

研究结果为玉龙雪山不同海拔梯度下土壤磷库变化规律及其潜在调控机制提供了实验依据。


论文id:DOI:10.1016/j.geoderma.2023.116361



END

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