武功山退化草甸磷素空间分异规律研究

赵静　黄尚书　唐剑波　郭晓敏　牛德奎

摘要：对武功山海拔1 600～1 900 m退化草甸区域土壤磷的分异规律进行了研究。结果表明，土壤有效磷和有机磷显著提高，且均呈表聚性；土壤有机磷含量为0.01～0.06 g/kg；低海拔区域的土壤全磷含量显著低于高海拔区域，与严重退化草甸土壤磷素亏缺有关，土壤微生物量磷含量为7～26 mg/kg。随着海拔的升高，铝磷和铁磷含量下降，而氧磷、钙磷含量增加。有效磷与铝磷、铁磷、有机磷呈显著正相关，表明了土壤有机磷、铝磷、铁磷可能是土壤有效磷的潜在来源。

关键词：武功山；退化草甸；磷素；空间分异

中图分类号：S153.6；O613.62 文献标识码：A 文章编号：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

磷是植物生長所必需的营养元素，参与细胞的分裂、特质、能源的合成与转运，有着不可替代的功能，也是光合作用和呼吸作用等重要生物过程的参与者，在能量变换、贮存过程中起着关键性的作用[1]。磷在植物体内的含量虽然不多，但由于磷是地质时代尺度上生物生产力的限制性养分元素[2]，加上土壤中磷素的利用率很低[3，4]，土壤磷素已成为植物生长限制性因子。作为陆地生态系统中分布最广的生态系统类型之一，对全球气候以及养分循环具有重要作用。武功山是中国南方低海拔山地草甸，对其区域退化山地草甸区土壤磷素的空间分异规律进行研究，将对改良土壤、保护环境具有重要意义[5，6]，可为植被恢复提供指导作用。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

武功山属罗霄山脉北段，位于江西萍乡、安福、宜春三地交界处（114°10′-114°07′E，27°25′-27°35′N），主峰白鹤峰（金顶）海拔1 918.3 m，武功山气候属中亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛四季分明。武功山成土母质主要由片麻岩、花岗岩组成。武功山森林覆盖率达88.1%。裸子植物在武功山自然分布的类群共有8科22属29种以及2变种。主峰周边大面积分布的山地草甸更使之成为难得的植被垂直地带性的天然博物馆。武功山是集人文景观和自然景观为一体的山岳型风景名胜区，随着20世纪90年代未草场的开发和21世纪初旅游景点的开发，对武功山山地草甸造成了大面积的损毁，因此该区草甸退化区的生态修复已成为保护武功山自然保护区的首要任务，而加强该区植物生长营养元素分异规律研究对于该区生态恢复具有十分重要的指导性意义。

1.2 样品采集与预处理

分别在武功山1 600～1 900 m区域以100 m为一梯度，在各梯度植被覆盖度低于20%的区域设置3个10 m×10 m的重复样地，4个海拔梯度共设置12块样地。在各样地用土壤取样钻呈上下品字形共5个点取0～10、10～20和20～40 cm各土层土壤样品约1.5 kg，共计36个样品，试验前进行风干、过2 mm筛等预处理。

1.3 测试方法

土壤速效磷采用酸性氟化铵浸提和钼锑抗比色法测定；土壤无机磷分级方法如下：NH4Cl浸提水溶性磷，NH4F浸提Al-P（铝磷），NaOH浸提Fe-P（铁磷），柠檬酸钠和连二硫酸钠溶液浸提O-P（氧磷，闭蓄态磷），H2SO4浸提Ca-P（钙磷），钼锑抗比色法测定浸提出的各级无机磷；土壤有机磷：土壤经550 ℃灼烧，使有机磷化合物转化为无机态磷，然后与未经灼烧的同一土样分别用0.2 mol/L（1/2 H2SO4）溶液浸提后测定磷量，所得结果的差值即为有机磷；土壤全磷采用HClO4-H2SO4-钼锑抗比色法测定。

1.4 数据处理

用Pearson相关系数评价土壤有效磷与土壤磷素与海拔梯度的相关关系。论文所有数据的图形处理采用Microsoft Excel 2003完成。

2 结果与分析

2.1 土壤有效磷的垂直分布

磷素作为植物生长所必需的营养元素，对植物生长发育起着重要作用，同时也是生态系统的常见限制因子和土壤的重要组成部分。由于土壤矿物对磷有强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，大部分磷素以缓效态或迟效态存在，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、部分吸附态磷及有机态磷，有的土壤中还包括某些沉淀态磷。土壤有效磷更能反映土壤的供磷状况。

海拔梯度为1 900、1 800、1 700、1 600 m退化草甸土壤有效磷含量变异范围为0～2.5 mg/kg（图1），低于全国土壤普查的3.83 mg/kg，处于极低水平。这也表明该试验区磷是重要的限制因子。

方差分析结果表明，海拔梯度为1 700 m和1 600 m的土壤有效磷含量具有表聚性，随土壤深度的加深而显著下降，10～20 cm 比0～10 cm分别下降了38.46%和49.40%，20～40 cm土层比10～20 cm土层分别下降了18.54%和59.52%；海拔梯度為1 900 m和1 800 m的土壤有效磷含量随土壤深度的变化无显著差异，这说明低海拔区域有利于表层土壤的有效磷的积累。

土壤全磷包括各种形态的磷素，即可溶性磷酸盐、活性磷酸盐、非活性磷酸盐和有机磷等。

本试验结果表明，不同海拔梯度土壤全磷含量介于0.1和0.3 g/kg（图2），均小于0.5 g/kg，而Kellogg等[4]认为土壤全磷量一般为0.5～2.0 g/kg，这说明该区土壤磷素含量较低。不同海拔梯度的全磷含量在不同土层间无显著差异。

2.3 土壤无机磷含量特征

土壤中无机磷以吸附态和钙、铁、铝等的磷酸盐为主。不同地区由于水、热条件不同，致使土壤的风化发育程度有较大的差异，因此土壤中各种形态的磷含量也明显不同。

由图3可知，在0～10、10～20、20～40 cm土层土壤Al-P均表现为低海拔区域显著高于1 900 m。0～10 cm土层1 600、1 700、1 800 m Al-P含量较 1 900 m分别提高了289%、400%和239%，10～20 cm土层1 600、1 700、1 800 m Al-PP含量较 1 900 m分别提高了313%、213%和359%，20～40 cm土层1 600、1 700、1 800 m的Al-P含量较 1 900 m分别提高了748%、822%和611%。

土壤Fe-P均表现为1 600～1 800 m区域显著高于1 900 m区域，0～10 cm土层，1 800、1 700 m的Fe-P含量比1 900 m分别提高了345%和440%，10～20 cm土层1 800、1 700 m 的Fe-P含量较1 900 m分别提高了240%和300%，20～40 cm土层1 800、 1 700 m的Fe-P含量较1 900 m分别提高了805%和763%。

不同土层的土壤O-P、Ca-P均表现为1 900 m显著高于其他区域，1 600、1 700、1 800 m之间无显著差异。

由图4可知，在0～10、10～20 cm土层，不同海拔梯度无机磷占全磷百分比有显著差异，变化规律与可提取无机磷总量相同。

不同海拔梯度的各类可提取的无机磷形态、无机磷形态总量及百分比随土壤深度的变化规律不相同。各土层不同海拔土壤可提取无机磷总量存在着显著差异。

2.4 土壤有机磷的垂直分布

土壤有机磷的变幅很大，可占土壤全磷的20%～80%。土壤中已知的有机磷化合物形态主要有植素类、核酸类和磷酯类。土壤中有机磷的分解是生物作用过程，取于土壤微生物的活性，环境适宜时，尤其温度条件适合微生物生长时，有机磷的分解矿化较快。

由图5可知，不同土层的土壤有机磷占全磷百分比均表现为1 600 m显著高于1 700、1 800和1 900 m，以1 900 m最低。不同海拔梯度的有机磷含量和有机磷占全磷百分比随土壤深度的加深而显著降低。

总体而言，低海拔区域不同土层的土壤有机磷含量均显著高于高海拔区域，不同海拔梯度的土壤有机磷含量具有表聚性。这说明土壤有机磷主要来源于周边草本植物，低海拔区域生物量大，受到化感作用较大，造成了低海拔区域的土壤有机磷含量高于高海拔区域。

2.5 土壤有效磷与土壤磷素相关性研究

相关性分析结果（表1）表明，土壤有效磷与全磷含量呈显著负相关（r=-0.398，P<0.05）。有效磷与全磷相关性的研究结论有较大差异[7]，正相关、负相关和不相关均有报道，可能与土壤中磷的形态和反应的复杂性以及系统的自我调节作用有关。

3 小结

武功山退化草甸表层土壤有机磷、可提取无机磷总量、有效磷含量较下层土壤高。与1 900 m区域相比，1 600～1 800 m区域的土壤有效磷、有机磷含量及其占全磷的百分比均有显著提高。低海拔的土壤全磷含量显著低于高海拔，说明低海拔区域整体植被较好的因素使退化区域土壤的磷能被植物充分吸收利用；低海拔区域有利于无机磷中铝磷和铁磷的积累；土壤有机磷、铝磷、铁磷等可能是土壤有效磷的潜在来源。

参考文献：

[1] 曹广民，张金霞，鲍新奎，等.高寒草甸生态系统磷素循环[J].生态学报，1999，19（4）：514-519.

[2] CAMPBELL C D， SAGE R F. Interactions between atmospheric CO2 concentration and phosphorus nutrition on the formation of proteoid roots in white lupin[J]. Plant Cell and Environment， 2002，5：1051-1059.

[3] HE Y Q， ZHU Y G， SMITH S E， et al. Interactions between soil moisture content and phosphorus supply in spring wheat plants grown in pot culture[J]. Journal of Plant Nutrition， 2002，5：913-925.

[4] KELLOGG L E， BRIDGHAM S D. Phosphorus retention and movement across an ombrotrophic minerotrophic gradient[J]. Biogeochemistry， 2002， 63： 299-315.

[5] 郭晓敏，牛德奎，郭 熙，等.奉新毛竹林土壤养分空间变异性研究[J].植物营养与肥料学报，2006，12（3）：420-425.

[6] 张雯雯，陈智文，李筱琳.测定石灰性土壤有效磷的影响因素分析[J].安微农业科学，2010，38（9）：4717-4719.

[7] 张玉萍，吴明均.597农场旱地有效磷的数据分析[J].吉林农业C版，2011（6）：124.

（责任编辑 韩 雪）