鄭 威，李晨曦，譚 玲，明安剛，何友均，覃 林*

南亞熱帶桉樹人工林與典型鄉(xiāng)土樹種人工林土壤磷組分及磷吸附特性比較①

鄭 威1，李晨曦1，譚 玲1，明安剛2，何友均3，覃 林4*

(1 廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004；2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西憑祥 532600；3 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)科技信息研究所，北京 100091；4 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西森林生態(tài)與保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530004)

土壤磷是制約南亞熱帶人工林生產(chǎn)力的關(guān)鍵因子，但至今對(duì)該地區(qū)不同樹種人工林土壤磷組分及吸附特征知之甚少。本文研究了位于廣西憑祥市的中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心的外來速生桉樹人工林和典型鄉(xiāng)土樹種(馬尾松、紅椎)人工林不同土壤層次中(0 ~ 20、20 ~ 40 和40 ~ 60 cm)磷組分含量及吸附性能。結(jié)果表明，3 種林分土壤有機(jī)磷是全磷的主要形態(tài)，其含量(91.51 ~ 257.45 mg/kg)占全磷的46.25% ~ 71.58%。桉樹林土壤全磷、有機(jī)磷和無機(jī)磷含量明顯低于馬尾松林和紅椎林。同時(shí)，桉樹人工林土壤活性有機(jī)磷含量顯著高于 2 種鄉(xiāng)土樹種人工林，而其土壤磷酸鋁鹽、磷酸鐵鹽、閉蓄態(tài)磷和磷酸鈣鹽含量均低于 2 種鄉(xiāng)土樹種人工林。另外，桉樹林土壤潛在最大磷吸附量低于2 種鄉(xiāng)土樹種人工林，而土壤磷吸附飽和度卻高于2 種鄉(xiāng)土樹種人工林。因此，就土壤磷素供應(yīng)水平和吸附性能而言，馬尾松和紅椎比桉樹更適于作為當(dāng)?shù)氐脑炝謽浞N。

土壤磷組分；磷吸附特征；桉樹人工林；鄉(xiāng)土樹種人工林；南亞熱帶

磷是參與植物體的遺傳、代謝、調(diào)節(jié)過程和結(jié)構(gòu)性物質(zhì)構(gòu)建的必需大量元素，而土壤磷既是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需磷的主要來源又是影響其生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制因子[1-3]。由于直接測(cè)定土壤中不同化學(xué)形態(tài)的磷較為困難，研究者采用化學(xué)分組法將土壤中化學(xué)組成相近或分解礦化能力較為接近的一類無機(jī)或有機(jī)磷化合物劃歸為相同的組分(稱為土壤磷的分級(jí))，并提出了不同磷分級(jí)的化學(xué)浸提方法[4-5]，以期研究磷在土壤中的轉(zhuǎn)化過程及其與植物有效性的關(guān)系[6]。同時(shí)，土壤對(duì)磷有很強(qiáng)的吸附能力[7-8]，而測(cè)定土壤磷吸附等溫線是研究土壤磷吸附性能的重要方法[9]，土壤磷吸附特征是控制磷從土壤向水體釋放的重要因素[10]。

近年來關(guān)于人工林土壤磷組分的研究愈發(fā)受到關(guān)注，比如曹娟等[11-12]對(duì)湖南會(huì)同不同年齡杉木()人工林土壤全磷、有效磷、無機(jī)磷組分和有機(jī)磷組分進(jìn)行了研究，劉旭軍等[13]探討了連作對(duì)華北落葉松()人工林表層土壤磷組分的影響。我國(guó)南亞熱帶地區(qū)土壤高度風(fēng)化且具有強(qiáng)酸性，富含鐵、鋁氧化物且普遍缺磷[14]，導(dǎo)致土壤磷成為該區(qū)域森林生產(chǎn)力的主要限制因素[15]；但該區(qū)域因水熱資源相對(duì)豐富而成為外來速生桉樹()的主要種植區(qū)。長(zhǎng)期以來，眾多學(xué)者對(duì)桉樹人工林林地養(yǎng)分循環(huán)[16-17]、水分利用與平衡[18]和生物多樣性[19-20]以及桉樹林對(duì)區(qū)域水質(zhì)影響[21-23]等問題進(jìn)行了研究，而對(duì)桉樹人工林土壤磷組分狀況及吸附特征的研究缺乏關(guān)注。

本研究以位于廣西憑祥市的中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心的桉樹、馬尾松()和紅椎()人工林為對(duì)象。其中，馬尾松和紅椎分別是南亞熱帶地區(qū)的主要鄉(xiāng)土針葉造林樹種[24]和珍優(yōu)鄉(xiāng)土闊葉造林樹種[25]。通過對(duì)桉樹人工林與2 種典型鄉(xiāng)土樹種人工林土壤剖面中磷組分含量及吸附特性的比較分析，探討不同樹種人工林土壤磷組分差異的影響因素,為該地區(qū)人工林營(yíng)建的樹種選擇及人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與林分土壤樣品采集

研究區(qū)位于廣西崇左憑祥市的中國(guó)林科院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心伏波試驗(yàn)場(chǎng)(106°51' ~ 106°53'E，22°02' ~ 22°04'N)，屬于南亞熱帶季風(fēng)型半濕潤(rùn)-濕潤(rùn)氣候類型。該地區(qū)年均氣溫為20.5 ~ 21.7 ℃，最冷月(1月)均溫13.5 ℃，最熱月(7月)均溫27.6 ℃；年均降雨量為1 200 ~ 1 500 mm，干濕季節(jié)明顯(4—9月為濕季，10月至次年3月為干季)；地帶性土壤為花崗巖發(fā)育的山地紅壤，土層厚度>80 cm[26]。

2017年8月，在伏波實(shí)驗(yàn)場(chǎng)典型選取立地條件相似(海拔：450 ~ 550 m，坡度：15° ~ 30°，坡向：南或西南，土壤類型：山地紅壤 )的桉樹人工林和2種鄉(xiāng)土樹種(馬尾松和紅椎)人工林。其中，桉樹人工林(面積約7 hm2)為巨尾桉()二代萌芽林，2008年3月于杉木人工林皆伐跡地上種植(初植密度2 500株/hm2)，2014年11月皆伐留樁形成萌芽林，現(xiàn)林分平均胸徑5.8 cm, 平均樹高7.5 m。馬尾松人工林(面積約1 hm2)和紅椎人工林(面積約3 hm2)于1983年2月在杉木人工林皆伐跡地上種植(初植密度2 500株/hm2)，分別于1993年、2003年 和 2008 年進(jìn)行了3 次間伐(強(qiáng)度約30%)；現(xiàn)馬尾松林平均胸徑和樹高分別為27.5 cm和19.7 m；而紅椎林形成了復(fù)層林，其主林層的平均胸徑和樹高分別為24.7 cm和18.8 m，次林層的平均胸徑和樹高分別為10.2 cm和8.5 m。在每種林分的上、中、下坡各設(shè)1塊20 m × 20 m樣地，并在每塊樣地內(nèi)的對(duì)角線上隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，按0 ~ 20、20 ~ 40和40 ~ 60 cm用土鉆(內(nèi)徑5.0 cm)取土壤，然后將同層土壤混合后用鋁盒取樣用于測(cè)定土壤含水量，剩余混合土壤裝入聚乙烯保鮮袋帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)混合土壤樣品充分混合后按四分法取樣，一部分于4 ℃ 低溫保存，用來測(cè)定土壤酸性磷酸酶活性；另一部分經(jīng)自然風(fēng)干后過0.25 mm篩保存，用來測(cè)定土壤化學(xué)性質(zhì)和磷組分。

1.2 土壤性質(zhì)測(cè)定

土壤含水量(SM)用烘干法測(cè)定。土壤pH采用水浸提(水土比為2.5:1)，pH計(jì)(Prtavo 907 MULTI pH，德國(guó))測(cè)定。土壤有機(jī)碳(SOC)含量采用高溫催化燃燒法(Multi N/C 3100 TOC/TN，德國(guó))測(cè)定；總氮(TN)含量采用H2SO4-HClO4消解，然后用SmartChem200全自動(dòng)化學(xué)元素分析儀(Alliance，法國(guó))測(cè)定；有效磷(Olsen-P)含量采用NaHCO3-鉬銻抗比色法測(cè)定[27]。土壤酸性磷酸酶(ACP)活性采用對(duì)硝基酚磷酸鈉法測(cè)定[28]。

1.3 土壤磷組分測(cè)定

土壤中磷素的形態(tài)分為有機(jī)磷(Po)和無機(jī)磷(Pi)。土壤Po采用Bowman-Cole分級(jí)測(cè)定法[29]可得到活性有機(jī)磷(LO-P)、中等活性有機(jī)磷(MLO-P)、中穩(wěn)性有機(jī)磷(MSO-P)和高穩(wěn)性有機(jī)磷(HSO-P)等4個(gè)組分。土壤Pi依據(jù)Zhang-Jackson分級(jí)測(cè)定方法[30]可分別得到磷酸鋁鹽(Al-P)、磷酸鐵鹽(Fe-P)、閉蓄態(tài)磷(O-P)和磷酸鈣鹽(Ca-P)等4個(gè)組分。

1.4 土壤磷吸附性能的測(cè)定

參照Moughli等[31]方法進(jìn)行土壤磷的等溫吸附試驗(yàn)，采用Langmuir方程對(duì)磷等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。磷等溫吸附Langmuir 方程為：

式中：表示土壤中磷的吸附量(mg/kg)；表示平衡溶液中磷的濃度(mg/L)；表示土壤中磷的潛在最大吸附容量(mg/kg)；表示土壤與磷的結(jié)合能有關(guān)的常數(shù)(L/mg)。

土壤磷吸附飽和度(DPS)表征土壤膠體上已吸附磷的數(shù)量占土壤磷總吸附容量的百分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式為[32]：

式中：為吸附態(tài)磷(mg/kg)，可用Olsen-P 表示。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用雙因素方差分析(two-way ANOVA)檢驗(yàn)林分類型與土層對(duì)土壤基本性質(zhì)、全磷(TP)、Pi、Po和各磷組分含量的差異顯著性；用單因素方差分析(one-way ANOVA)檢驗(yàn)不同林分類型和不同土層的土壤基本性質(zhì)、TP、Pi、Po和各磷組分含量的差異顯著性，若差異顯著則用Duncan 法進(jìn)行多重比較；運(yùn)用Pearson 相關(guān)分析探究土壤基本性質(zhì)與土壤 TP、Pi、Po 和各磷組分含量的關(guān)系。上述計(jì)算由IBM SPSS Statistics 24.0 軟件完成，繪圖由Origin 9.0 軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基本性質(zhì)

方差分析表明林分類型對(duì)土壤含水量(SM)、pH、總氮(TN)含量和酸性磷酸酶(ACP)活性具有極顯著影響(<0.01)，土層對(duì) 5 個(gè)土壤性質(zhì)均具有極顯著影響，而林分類型×土層對(duì) 5 個(gè)土壤性質(zhì)的交互作用均不顯著(圖 1)。在各土層中，桉樹林的SM 顯著高于馬尾松林和紅椎林(<0.05)，而 2 種鄉(xiāng)土樹種林分間差異不顯著；桉樹林和紅椎林的pH 差異不顯著，但均顯著高于馬尾松林。

3 種林分間土壤有機(jī)碳(SOC)含量、TN 含量和ACP 活性的差異依土層不同而異。在0 ~ 20 cm 土層中，紅椎林的SOC 和TN 含量均顯著高于桉樹林和馬尾松林，桉樹林的ACP 活性顯著低于馬尾松林和紅椎林；20 ~ 40 cm 和40 ~ 60 cm 土層中，3 種林分間的ACP 活性無顯著差異，桉樹林的SOC 含量顯著高于馬尾松林和紅椎林，但紅椎林的TN 含量最高，而馬尾松林的TN 含量最低。另外，3 種林分的土壤 SM、SOC 含量、TN 含量和 ACP 活性均呈現(xiàn)隨土壤深度增加而逐漸減少，而土壤 pH 隨土壤深度增加而遞增。

2.2 土壤磷組分

3種人工林土壤Po含量(91.51 ~ 257.45 mg/kg)和Pi含量(42.64 ~ 220.16 mg/kg)分別占TP的46.25% ~ 71.58%。方差分析可知(表1)，林分類型和土層均對(duì)Pi、Po和TP含量具有極顯著影響；林分類型×土層對(duì)土壤Pi和TP含量的交互作用均達(dá)極顯著水平(<0.01)，而對(duì)土壤Po含量的交互作用僅達(dá)顯著水平(<0.05)。在不同土層中，桉樹林土壤TP、Pi和Po含量明顯低于馬尾松林和紅椎林。紅椎林土壤TP、 Pi和Po含量在0 ~ 20 cm土層中顯著高于馬尾松林，而在20~40cm和40~60cm土層則與馬尾松林之間差異不顯著。另外，3種林分土壤TP、Pi和Po含量均隨土壤深度增加而逐漸減少。

3種林分土壤中，活性有機(jī)磷(LO-P)、中等活性有機(jī)磷(MLO-P)、中穩(wěn)性有機(jī)磷(MSO-P)和高穩(wěn)性有機(jī)磷(HSO-P)含量分別占Po的1.74% ~ 7.16%、31.86% ~ 69.25%、21.52% ~ 55.43% 和7.29% ~ 17.42%，說明MLO-P和MSO-P是土壤Po的優(yōu)勢(shì)組分。方差分析顯示(表1)，林分類型、土層分別對(duì)4個(gè)有機(jī)磷組分含量有顯著或極顯著影響，而林分類型×土層僅對(duì)土壤MSO-P含量具有極顯著交互作用。桉樹林土壤LO-P含量顯著高于馬尾松林和紅椎林，而2種鄉(xiāng)土樹種人工間土壤LO-P含量差異不顯著。紅椎林土壤MSO-P含量顯著高于桉樹林和馬尾松林，而馬尾松林土壤MLO-P含量顯著高于桉樹林和紅椎林。在0 ~ 20 cm和40 ~ 60 cm土層中，3種林分間土壤HSO-P含量差異不顯著，而在20 ~ 40 cm土層中桉樹林土壤HSO-P含量顯著高于馬尾松林和紅椎林。另外，3種人工林土壤各有機(jī)磷組分含量均表現(xiàn)隨土壤深度增加而遞減趨勢(shì)。

(EP：桉樹人工林，PMP：馬尾松人工林，CHP：紅椎人工林；不同大寫字母表示同一土層不同林分類型間差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示同一林分不同土層間差異顯著(P<0.05)；**，***分別表示達(dá)P<0.01、P<0.001顯著水平，ns表示影響不顯著(P>0.05)，下同)

表1 3種人工林土壤磷組分(n=3)

注：表中 *、**、*** 分別表示達(dá)<0.05、<0.01、<0.001顯著水平，ns：>0.05。

3種林分土壤磷酸鋁鹽(Al-P)、磷酸鐵鹽(Fe-P)、閉蓄態(tài)磷(O-P)和磷酸鈣鹽(Ca-P)含量分別占Pi的42.40% ~ 74.93%、12.77% ~ 43.92%、5.34% ~ 9.66% 和3.44% ~ 8.64%，表明Al-P和Fe-P是土壤Pi的優(yōu)勢(shì)組分。方差分析表明(表1)，林分類型、土層分別對(duì)4個(gè)無機(jī)磷組分含量具有極顯著影響，而林分類型×土層僅對(duì)Al-P含量具有極顯著的交互作用。桉樹林各土層中Al-P、Fe-P、O-P和Ca-P含量均小于馬尾松林和紅椎林。在0 ~ 20 cm土層中，紅椎林土壤Al-P含量顯著高于馬尾松林，而其土壤Fe-P、O-P和Ca-P含量均與馬尾林無顯著差異；20 ~ 40 cm土層，除了紅椎林土壤Fe-P含量顯著高于馬尾松林外，其他無機(jī)磷組分含量在2種鄉(xiāng)土樹種人工林分間差異不顯著；40 ~ 60 cm土層，僅有紅椎林土壤Fe-P和Ca-P含量顯著高于馬尾松林。此外，3種人工林分土壤各無機(jī)磷組分含量均表現(xiàn)隨土壤深度增加而逐漸減少規(guī)律。

2.3 土壤磷組分與土壤基本性質(zhì)的相關(guān)性

Pearson相關(guān)分析表明(表2)，3種林分土壤磷組分與土壤基本性質(zhì)的相關(guān)性因土層而異。在0 ~ 20 cm土層中，SM與LO-P 含量顯著正相關(guān)(<0.05)，而與Al-P、Fe-P、O-P和Pi含量顯著負(fù)相關(guān)；pH與LO-P含量極顯著正相關(guān)(<0.01)，而與Fe-P和O-P含量顯著負(fù)相關(guān)；TN含量與MSO-P、Al-P、Pi、Po和TP含量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系；ACP活性與LO-P含量極顯著負(fù)相關(guān)，而與Fe-P、O-P、Ca-P 和Pi含量顯著正相關(guān)；SOC含量對(duì)土壤各磷組分含量的影響未達(dá)顯著性。在20 ~ 40 cm和40 ~ 60 cm土層，主要表現(xiàn)為SM與土壤LO-P含量極顯著正相關(guān)，而與4個(gè)無機(jī)磷組分、Pi和TP含量顯著負(fù)相關(guān)。此外，在20 ~ 40 cm土層，TN含量與MSO-P含量極顯著正相關(guān)(<0.01)。

表2 3種人工林土壤磷組分與土壤性質(zhì)的Pearson相關(guān)系數(shù)(n = 9)

注：*，**分別表示相關(guān)性達(dá)<0.05，<0.01顯著水平。

2.4 土壤對(duì)磷的吸附作用

從表3可看出，采用Langmuir 方程擬合不同林分土壤磷吸附等溫曲線的決定系數(shù)為0.77 ~ 0.95，表征Langmuir 方程能很好地?cái)M合不同林分土壤對(duì)磷的吸附特征。3種人工林分土壤潛在最大磷吸附量(Q)為564.97 ~ 1313.48 mg/kg，土壤對(duì)磷的吸附結(jié)合能()為4.54 ~ 8.63 L/mg，且Q與值具有一致變化關(guān)系。同時(shí)，桉樹人工林各土層Q和值均小于馬尾松和紅椎人工林。

土壤磷飽和度(DPS)表征土壤已吸附磷素的多少, 反映了土壤磷素吸持能力。3 種林分土壤DPS 為1.08% ~ 2.38%，并表現(xiàn)隨土壤深度增加而逐漸下降趨勢(shì)。桉樹人工林土壤DPS 在各土層均高于馬尾松和紅椎人工林。

表3 3 種人工林土壤磷等溫吸附Langmuir 方程和磷飽和度

3 討論

3.1 桉樹人工林與2種鄉(xiāng)土樹種人工林土壤磷組分特征及其影響因素

土壤有機(jī)磷(Po)大部分以有機(jī)物質(zhì)的形態(tài)存在于土壤中，因此有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中可以發(fā)現(xiàn)Po 含量也較豐富，而在磷含量較低或者固持嚴(yán)重的土壤中，有機(jī)質(zhì)中的Po 礦化是土壤有效磷的主要來源[33]。本研究中 3 種人工林土壤Po 是磷庫的主要形態(tài)，與曾曉敏等[34]關(guān)于我國(guó)亞熱帶地區(qū)不同森林植被類型(常綠闊葉林、針闊混交林和針葉林)土壤磷素研究結(jié)果一致，說明土壤Po在南亞熱帶地區(qū)人工林土壤磷素供應(yīng)中具有重要作用。另外，本研究的3 種人工林土壤Po 的組分主要是中等活性有機(jī)磷(MLO-P), 其次為中穩(wěn)性有機(jī)磷(MSO-P)和高穩(wěn)性有機(jī)磷(HSO-P), 而活性有機(jī)磷(LO-P)含量最低(表1)，這與他人的研究結(jié)果略有不同。陳立新[35]發(fā)現(xiàn)在落葉松()林地土壤Po 組分中，MSO-P 的相對(duì)含量最大, 其次為MLO-P 和HSO-P，而LO-P 含量最低；耿玉清等[36]研究表明北京八達(dá)嶺地區(qū)9 種人工林土壤Po 組分中，以MLO-P 為主, 其次為L(zhǎng)O-P，而HSO-P 的比例最低。至于為何不同樹種人工林土壤Po 各組分間比例關(guān)系不具一致性還有待深入探究。

土壤酸性磷酸酶(ACP)活性的高低直接影響著土壤有機(jī)磷分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性[37]。本研究中，桉樹人工林各土層中 ACP 活性均低于馬尾松人工林和紅椎人工林(圖 1)，表征桉樹人工林土壤中涉及磷循環(huán)的生物活動(dòng)作用強(qiáng)度低于 2 種鄉(xiāng)土樹種人工林，而譚宏偉等[37]研究也表明南亞熱帶地區(qū)桉樹人工林土壤 ACP 活性低于馬尾松人工林；同時(shí)，盡管桉樹林土壤LO-P 含量高于2 種鄉(xiāng)土樹種人工林，但LO-P 含量占土壤Po 的比例極小。因此，依據(jù)桉樹速生特點(diǎn)，在桉樹人工林培育過程中相較于 2 種鄉(xiāng)土樹種人工林而言，可能需要更加多的磷肥施用量，才能有效預(yù)防桉樹人工林土壤肥力衰退。

土壤無機(jī)磷(Pi)組分中的Al-P 和Fe-P 是強(qiáng)烈吸附在鋁鐵化合物上的磷酸鹽，是土壤中可溶性Pi 的重要來源，而Ca-P 和O-P 則是比較難溶性的Pi 組分[38-39]。本研究中，3 種人工林各土層的Al-P 和Fe-P 均是Pi 的優(yōu)勢(shì)組分(表1)，這是因?yàn)樵谒嵝酝寥乐谢钚澡F、鋁的含量較高，對(duì) P 的吸附固持和沉積作用較強(qiáng)[40]。桉樹人工林土壤 Al-P 和Fe-P 含量顯著小于馬尾松和紅椎人工林(表1)，其原因是桉樹林SM 顯著高于這2 種鄉(xiāng)土樹種人工林(圖1)，因?yàn)?3 種林分各土層的Al-P 和Fe-P 含量均與SM 呈顯著負(fù)相關(guān)(表2)。土壤SM 可通過影響pH 而對(duì)Al-P 和Fe-P 含量產(chǎn)生作用，比如隨著pH 增加，OH-離子會(huì)與吸附在吸附劑(如Fe 和Al 化合物)上的P 競(jìng)爭(zhēng)，從而通過釋放P 來減少P 的固定[41]，導(dǎo)致Al-P 和Fe-P 含量下降。

3.2 桉樹人工林與 2 種鄉(xiāng)土樹種人工林土壤磷吸附特性

本研究采用Langmuir 方程能很好地?cái)M合3 種人工林土壤對(duì)磷的等溫吸附特征，并且3 種人工林土壤潛在最大磷吸附量(Q)(564.97 ~ 1 313.48 mg/kg) (表3)，與Campos 等[42]關(guān)于熱帶土壤Q(60 ~ 5 500 mg/kg)的研究結(jié)果相似土壤中磷的吸附和儲(chǔ)存在很大程度上受非晶鐵、鋁等離子的制約[42-43]，而土壤對(duì)磷的結(jié)合能參數(shù)值與土壤鐵、鋁氧化物含量顯著正相關(guān)[44-45]，導(dǎo)致3 種人工林土壤Q與值呈正相關(guān)關(guān)系。

桉樹人工林土壤磷吸附飽和度(DPS )高于馬尾松和紅椎人工林，可能原因是桉樹林土壤Q值低于2 種鄉(xiāng)土樹種人工林。土壤DPS 越高，土壤中易解吸的磷數(shù)量就越大，磷被植物吸收的可能性越高，但同時(shí)磷流失的風(fēng)險(xiǎn)也越高。因此，相對(duì)于2 種鄉(xiāng)土樹種人工林而言，桉樹林土壤具有較高的磷流失風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

本研究中3 種人工林土壤Po 含量占TP 的比例較高，是土壤有效磷庫的重要來源，其優(yōu)勢(shì)組分是 MLO-P 和 MSO-P。Al-P 和Fe-P 是土壤Pi 的優(yōu)勢(shì)組分。桉樹人工林土壤Po 和Pi 含量明顯低于馬尾松人工林和紅椎人工林，表明桉樹林的磷供應(yīng)能力低于2 種鄉(xiāng)土樹種人工林。桉樹人工林土壤DPS 高于2 種鄉(xiāng)土樹種人工林，說明桉樹林土壤磷流失風(fēng)險(xiǎn)高于2 種鄉(xiāng)土樹種人工。因此, 就土壤磷素供應(yīng)水平和吸附性能來說，鄉(xiāng)土樹種馬尾松和紅椎比外來桉樹更適于作為當(dāng)?shù)氐脑炝謽浞N。

[1] Gilbert N. Environment: The disappearing nutrient[J]. Nature, 2009, 461(7265): 716–718.

[2] Cordell D, White S. Peak phosphorus: Clarifying the key issues of a vigorous debate about long-term phosphorus security[J]. Sustainability, 2011, 3(10): 2027–2049.

[3] Obersteiner M, Pe?uelas J, Ciais P, et al. The phosphorus trilemma[J]. Nature Geoscience, 2013, 6(11): 897–898.

[4] Chen C R, Condron L M, Davis M R, et al. Effects of afforestation on phosphorus dynamics and biological properties in a New Zealand grassland soil[J]. Plant and Soil, 2000, 220(1): 151–163.

[5] Comerford N B, McLeod M, Skinner M F. Phosphorus form and bioavailability in the pine rotation following fertilization: P fertilization influences P form and potential bioavailability to pine in the subsequent rotation[J]. Forest Ecology and Management, 2002, 169(3): 203–211.

[6] Zhang H Z, Shi L L, Wen D Z, et al. Soil potential labile but not occluded phosphorus forms increase with forest succession[J]. Biology and Fertility of Soils, 2016, 52(1): 41–51.

[7] Masuda K, Boyd C E. Phosphorus fractions in soil and water of aquaculture ponds built on clayey ultisols at auburn, Alabama[J]. Journal of The World Aquaculture Society, 1994, 25(3): 379–395.

[8] Uddin R, Baloch P A, Iqbal S, et al. Phosphorus sorption characteristics of four soil series[J]. Journal of Animal and Plant Sciences, 2014, 24(5): 1547–1553.

[9] Nair P S, Logan T J, Sharpley A N, et al. Interlaboratory comparison of a standardized phosphorus adsorption procedure[J]. Journal of Environmental Quality, 1984, 13(4): 591–595.

[10] Yan X, Wei Z Q, Hong Q Q, et al. Phosphorus fractions and sorption characteristics in a subtropical paddy soil as influenced by fertilizer sources[J]. Geoderma, 2017, 295: 80–85.

[11] 曹娟, 閆文德, 項(xiàng)文化, 等. 湖南會(huì)同不同年齡杉木人工林土壤磷素特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(22): 6519–6527.

[12] 曹娟, 閆文德, 項(xiàng)文化, 等. 不同年齡杉木人工林土壤有機(jī)磷的形態(tài)特征[J]. 土壤通報(bào), 2016, 47(3): 681–687.

[13] 劉旭軍, 韓海榮, 程小琴, 等. 連作對(duì)華北落葉松人工林土壤磷形態(tài)的影響[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 47(1): 47–51.

[14] 李杰, 石元亮, 陳智文. 我國(guó)南方紅壤磷素研究概況[J]. 土壤通報(bào), 2011, 42(3): 763–768.

[15] Hu B, Yang B, Pang X Y, et al. Responses of soil phosphorus fractions to gap size in a reforested spruce forest[J]. Geoderma, 2016, 279: 61–69.

[16] Garay I, Pellens R, Kindel A, et al. Evaluation of soil conditions in fast-growing plantations of Eucalyptus grandis and Acacia mangium in Brazil: a contribution to the study of sustainable land use[J]. Applied Soil Ecology, 2004, 27(2): 177–187.

[17] 薛立, 吳敏, 徐燕, 等. 幾個(gè)典型華南人工林土壤的養(yǎng)分狀況和微生物特性研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2005, 42(6): 1017–1023.

[18] Le Maitre D C, van Wilgen B W, Gelderblom C M, et al. Invasive alien trees and water resources in South Africa: case studies of the costs and benefits of management[J]. Forest Ecology and Management, 2002, 160(1): 143–159.

[19] Kantvilas G, Jarman S J. Lichens and bryophytes on Eucalyptus obliqua in Tasmania: management implications in production forests[J]. Biological Conservation, 2004, 117(4): 359–373.

[20] 溫遠(yuǎn)光, 劉世榮, 陳放. 連栽對(duì)桉樹人工林下物種多樣性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 16(9): 1667– 1671.

[21] 宋賢沖, 唐健, 覃其云, 等. 廣西桉樹造林區(qū)水體監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[J]. 廣西林業(yè)科學(xué), 2011, 40(4): 274–276, 291.

[22] 楊鳳根, 趙燕容, 郭晉川, 等. 廣西速生桉樹種植區(qū)水庫水化學(xué)特征及其氮來源研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 27(10): 6–10.

[23] 楊鈣仁, 于婧睿, 蘇曉琳, 等. 桉樹人工林黑水發(fā)生環(huán)境及其對(duì)魚類的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 29(2): 445–450.

[24] Zeng W S, Zhang H R, Tang S Z. Using the dummy variable model approach to construct compatible single-tree biomass equations at different scales—A case study for Masson pine (Pinus massoniana) in Southern China[J]. Canadian Journal of Forest Research, 2011, 41(7): 1547–1554.

[25] He Y J, Qin L, Li Z Y, et al. Carbon storage capacity of monoculture and mixed-species plantations in subtropical China[J]. Forest Ecology and Management, 2013, 295: 193–198.

[26] 覃林, 何友均, 李智勇, 等. 南亞熱帶紅椎馬尾松純林及其混交林生物量和生產(chǎn)力分配格局[J]. 林業(yè)科學(xué), 2011, 47(12): 17–21.

[27] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

[28] 關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986.

[29] Bowman R A, Cole C V. An exploratory method for fractionation of organic phosphorus from grassland soils[J]. Soil Science, 1978, 125(2): 95–101.

[30] Chang S, Jackson M L. Fractionation of soil phosphorus[J]. Soil Science, 1957, 84(2): 133–144.

[31] Moughli L, Westfall D G, Boukhial A. Use of adsorption and buffer capacity in soil testing for phosphorus[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 1993, 24: 1959–1974.

[32] Pautler M C, Sims J T. Relationships between soil test phosphorus, soluble phosphorus, and phosphorus saturation in Delaware soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 2000, 64(2): 765–773.

[33] Maranguit D, Guillaume T, Kuzyakov Y. Land-use change affects phosphorus fractions in highly weathered tropical soils[J]. Catena, 2017, 149: 385–393.

[34] 曾曉敏, 高金濤, 范躍新, 等. 中亞熱帶森林轉(zhuǎn)換對(duì)土壤磷積累的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2018, 38(13): 4879– 4887.

[35] 陳立新. 落葉松土壤有機(jī)磷形態(tài)與林木生長(zhǎng)量的關(guān)系[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 14(12): 2157–2161.

[36] 耿玉清, 白翠霞, 趙廣亮, 等. 土壤磷酸酶活性及其與有機(jī)磷組分的相關(guān)性[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 30(S2): 139–143.

[37] 譚宏偉, 楊尚東, 吳俊, 等. 紅壤區(qū)桉樹人工林與不同林分土壤微生物活性及細(xì)菌多樣性的比較[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2014, 51(3): 575–584.

[38] 常龍飛, 王曉龍, 聶小飛, 等. 巢湖低丘山區(qū)典型植被覆蓋類型土壤磷形態(tài)分異特征[J]. 土壤, 2013, 45(4): 633–640.

[39] Margenot A J, Sommer R, Mukalama J, et al. Biological P cycling is influenced by the form of P fertilizer in an Oxisol[J]. Biology and Fertility of Soils, 2017, 53(8): 899–909.

[40] 陳立新. 落葉松人工林土壤酸度變化與無機(jī)磷形態(tài)的關(guān)系[J]. 中國(guó)水土保持科學(xué), 2005, 3(4): 108–114.

[41] Ribeiro D C, Martins G, Nogueira R, et al. Phosphorus fractionation in volcanic lake sediments (Azores- Portugal)[J]. Chemosphere, 2008, 70(7): 1256–1263.

[42] de Campos M, Antonangelo J A, Alleoni L R F. Phosphorus sorption index in humid tropical soils[J]. Soil & Tillage Research, 2016, 156: 110–118.

[43] Yan X, Wang D J, Zhang H L, et al. Organic amendments affect phosphorus sorption characteristics in a paddy soil[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2013, 175: 47–53.

[44] Wang Q R, Li Y C. Phosphorus adsorption and desorption behavior on sediments of different origins[J]. Journal of Soils and Sediments, 2010, 10(6): 1159–1173.

[45] Dong L M, Yang Z F, Liu X H. Phosphorus fractions, sorption characteristics, and its release in the sediments of Baiyangdian Lake, China[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2011, 179(1): 335–345.

Comparison ofPlantation and Typical Native Species Plantations in Soil Phosphorus Fractions and Sorption Characteristics in South Subtropical China

ZHENG Wei1, LI Chenxi1, TAN Ling1, MING Angang2, HE Youjun3, QIN Lin4*

(1 College of Forestry, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2 Experimental Centre of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Pingxiang, Guangxi 532600, China; 3 Research Institute of Forestry Policy and Information, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 4 Guangxi Key Laboratory of Forest Ecology and Conservation, College of Forestry, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Soil phosphorus is considered the key factor for restricting the productivity of plantations in south subtropical China. However, little information is available about the change in soil phosphorus fractions and sorption characteristics of different species plantations in this area. The content of phosphorus fractions and phosphate adsorption properties in different soil layers (0–20, 20–40 and 40–60 cm) were analyzed under exotic fast-growingplantation and typical native species (,) plantations in the Experimental Center of Tropical Forestry of Chinese Academy of Forestry located in Pingxiang City, Guangxi. The results revealed that organic phosphorus (Po) which accounted for 46.25%–71.58% (91.51–257.45 mg/kg) of total phosphorus (TP), was the main form of TP in the three plantation soils. The contents of soil TP, Po and inorganic phosphorus (Pi) inplantation were obviously lower than those inandplantations. Meanwhile, the content of soil labile organic phosphorus (LO-P) was significantly higher inplantation than in the two native species plantations, while the contents of soil Al-P, Fe-P, O-P and Ca-P were lower than in the two native species plantations. In addition, the potential maximum phosphorus adsorption capacity (Q) inplantation was lower than that in the two native species plantations, while the degree of phosphate saturation (DPS) was higher than in the two native species plantations. Therefore, in terms of soil phosphorus supply and adsorption property,andcould be superior toas the afforestation tree species in this region.

Soil phosphorus fraction; Phosphorus sorption characteristics;plantation; Native species plantation; South subtropics

S153

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.05.020

鄭威, 李晨曦, 譚玲, 等. 南亞熱帶桉樹人工林與典型鄉(xiāng)土樹種人工林土壤磷組分及磷吸附特性比較. 土壤, 2020, 52(5): 1017–1024.

廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016GXNSFAA380228)資助。

鄭威(1991—)，男，湖北英山人，碩士，主要從事森林土壤生態(tài)研究。E-mail: 664558611@qq.com