秦廣震, 田野, *, 孫新珂, 張賈宇, 毛賽賽

林下養(yǎng)雞年限對(duì)楊樹人工林土壤磷素形態(tài)和生物有效性的影響

秦廣震1, 2, 田野1, 2, *, 孫新珂1, 2, 張賈宇1, 2, 毛賽賽1, 2

1. 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 南京 210037 2. 南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京 210037

林下養(yǎng)殖是一種經(jīng)濟(jì)有效的林地空間利用方式, 但長(zhǎng)期高負(fù)載的林下養(yǎng)殖對(duì)林地土壤性狀究竟產(chǎn)生何種影響, 目前尚無定論。以不同林下養(yǎng)雞年限(0年、1年、3年和5年)的美洲黑楊()人工林為對(duì)象, 采用Hedley磷素分級(jí)法, 分析其林地土壤的磷素組成和形態(tài)變化, 探討林下養(yǎng)雞年限對(duì)土壤磷庫(kù)特征及其生物有效性的影響。結(jié)果表明, 0—5 cm土層土壤的全磷、碳酸氫鈉提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷(NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po)以及氫氧化鈉提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷(NaOH-Pi和NaOH-Po)含量均隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)顯著上升, 放養(yǎng)5年后達(dá)對(duì)照林分的1.4—2.4倍, 而5—10 cm土層4種磷素形態(tài)含量沒有顯著變化。0—10 cm土層土壤的稀鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷(D.HCl-Pi)和濃鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷(conc.HCl-Pi)含量在養(yǎng)雞1年時(shí)顯著下降, 之后隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)逐漸回升; 濃鹽酸提取態(tài)有機(jī)磷(conc.HCl-Po)和殘留態(tài)磷(Residual-P)兩種磷素形態(tài)含量在各養(yǎng)雞年限間差異不顯著。0—10 cm土層土壤的總無機(jī)磷含量在養(yǎng)雞1年后顯著下降, 之后開始上升; 而總有機(jī)磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)顯著上升, 受養(yǎng)雞年限的影響較大。表層土壤的有效磷和活性磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)均有所上升, 且均與NaOH-Pi和NaOH-Po的含量呈極顯著正相關(guān), 表明NaOH-P, 尤其NaOH-Po是林地土壤中可供轉(zhuǎn)化為有效養(yǎng)分的最主要潛在磷源?？傮w而言, 土壤中較易被分解利用的磷素形態(tài)含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)明顯積累, 難分解的磷素形態(tài)含量則變化不顯著, 同時(shí)林地表層土壤有效磷或活性磷的供應(yīng)水平隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)得到明顯改善, 土壤磷的生物有效性不斷提高。

林下養(yǎng)殖; 楊樹人工林; 土壤磷有效性; 磷素分級(jí)

0 前言

近年來, 為了充分利用林下空間, 維持和提高林地生產(chǎn)力, 建立高效而穩(wěn)定的楊樹(L.)人工林生態(tài)系統(tǒng), 在楊樹人工林經(jīng)營(yíng)過程中產(chǎn)生了大量改進(jìn)的林分管理模式, 林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)便是其中之一[1]。從經(jīng)濟(jì)效益角度來考慮, 普遍認(rèn)為林下養(yǎng)殖(以養(yǎng)雞為主)效益較高。林下養(yǎng)殖在提高林下空間的利用效率和林地經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí), 對(duì)林地土壤養(yǎng)分的循環(huán)和供應(yīng)有何影響, 目前尚未見統(tǒng)一的研究結(jié)果和評(píng)價(jià)。許多研究結(jié)果表明, 林下養(yǎng)雞可以通過雞的排泄物增加林地土壤的全量養(yǎng)分; 也有一些研究發(fā)現(xiàn)林下養(yǎng)雞在增加林地土壤養(yǎng)分的同時(shí), 因?yàn)殡u的踩踏作用導(dǎo)致林地土壤變得緊實(shí), 土壤物理性質(zhì)下降, 從而降低了林地生產(chǎn)力[2-3]。這些研究結(jié)果的不一致性一方面與研究區(qū)域、土壤條件以及林分類型有關(guān), 更重要的可能與林下養(yǎng)殖的負(fù)載量和養(yǎng)殖年限有關(guān)。

禽類排泄物中通常富含磷元素[4], 而磷是林木生長(zhǎng)所必需的重要營(yíng)養(yǎng)元素[5], 其供應(yīng)水平在很大程度上制約著人工林的生產(chǎn)力, 影響人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。林木能直接吸收利用的土壤磷素形態(tài)通常為水溶性以及弱酸或弱堿溶性的無機(jī)磷(H2PO4-、HPO42-)[6], 而這部分磷又很容易受到土壤膠體以及有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物的吸附和固定[7-9], 從而難以被植物根系吸收, 導(dǎo)致其生物有效性降低。因此, 土壤全磷并非全部具有生物有效性, 在一定程度上并不能作為評(píng)價(jià)磷供應(yīng)水平的有效指標(biāo), 而磷的組分和形態(tài)轉(zhuǎn)化相對(duì)而言更為重要[10-12], 可以用來有效評(píng)估養(yǎng)雞活動(dòng)對(duì)土壤磷生物有效性的影響。進(jìn)行林下養(yǎng)殖時(shí), 雖然土壤全磷含量在一定程度上可能有明顯增加, 但土壤磷供應(yīng)水平是否得到切實(shí)改善, 還需要進(jìn)一步對(duì)其形態(tài)和轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行具體研究。土壤磷分級(jí)與各形態(tài)磷的測(cè)定方法很多, Hedley等提出的連續(xù)浸提法較好地區(qū)分和探討了土壤中無機(jī)磷和有機(jī)磷的本質(zhì)及其內(nèi)在聯(lián)系, 并提出該方法中第一步用水結(jié)合離子交換樹脂提取的水溶性無機(jī)磷以及第二步用碳酸氫鈉溶液提取的吸附于土壤表面的無機(jī)和有機(jī)磷相對(duì)具有較高生物有效性[13], 目前被認(rèn)為是較合理全面的磷素分級(jí)方法[14-16]。

本論文選擇美洲黑楊()重點(diǎn)發(fā)展的區(qū)域, 針對(duì)高負(fù)載林下養(yǎng)雞的楊樹人工林, 通過對(duì)不同養(yǎng)雞年限的美洲黑楊人工林的土壤磷素形態(tài)特征進(jìn)行調(diào)查分析, 探討不同養(yǎng)雞年限對(duì)土壤磷生物有效性和供應(yīng)水平的影響, 以期為合理評(píng)價(jià)林下養(yǎng)雞的養(yǎng)分效應(yīng)提供支撐, 為楊樹人工林高效、可持續(xù)的林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)構(gòu)建提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究地位于江蘇省宿遷市泗洪林場(chǎng)(N 33°32′, E 118°36′), 地處蘇北中北部的洪澤湖西岸, 屬中緯度暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)。年平均氣溫14.6 ℃, 無霜期為213 d左右, 全年日照時(shí)間為2326.7 h, 年平均降水量為893.9 mm, 主要集中在夏季。林場(chǎng)以平地為主, 無坡度, 土壤母質(zhì)為洪澤湖淤積土, 土壤質(zhì)地均一, 多為中壤至輕粘, 透氣透水性較差。

泗洪林場(chǎng)的主要造林樹種為南方型美洲黑楊, 造林株行距普遍采用(4—6) m × 6 m, 輪伐期為13—15年, 造林后前3—4年通常在林下間作小麥和旱稻。近年來, 為提高林地的經(jīng)濟(jì)效益, 林場(chǎng)選擇一部分郁閉后林分進(jìn)行林下養(yǎng)雞, 養(yǎng)殖的負(fù)載率較高, 養(yǎng)殖密度為平均每公頃4500只, 飼料以定點(diǎn)投喂玉米為主。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣品采集

根據(jù)林下養(yǎng)雞年限的長(zhǎng)短選擇了4塊相互靠近的楊樹人工林作為樣地, 林下養(yǎng)雞年限分別為1年(1-year of in-forest chicken-raising, CR-1)、3年(3-year of in-forest chicken-raising, CR-3)和5年(5-year of in-forest chicken-raising, CR-5), 以未進(jìn)行林下養(yǎng)雞的林分作為對(duì)照(control, CK)。各樣地除林下養(yǎng)雞年限不同以外, 林分基本條件和前期管理基本一致(表1)。

在每個(gè)試驗(yàn)林分離雞舍30—40 m的范圍內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)10 m × 10 m的小區(qū), 之后在每個(gè)小區(qū)的對(duì)角線上均勻挖掘3個(gè)土壤剖面, 采集0—5 cm和5—10 cm土層的土壤樣品, 置于冰盒內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室。土壤風(fēng)干后磨碎, 過2 mm篩, 并去除根系及石塊等雜物, 用于土壤磷素形態(tài)分級(jí)測(cè)定。

1.3 土壤磷素形態(tài)分級(jí)測(cè)定

土壤全磷(TP)含量采用硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色法測(cè)定。土壤磷素分級(jí)采用修訂后的Hedley磷素分級(jí)法[17-18]進(jìn)行測(cè)定, 其主要步驟為, 稱取0.5 g過2 mm篩的風(fēng)干土樣, 置于50 mL的聚乙烯塑料離心管內(nèi), 依次逐步加入30 mL 0.5 M的NaHCO3、0.1 M的NaOH、1 M的HCl, 25 ℃室溫振蕩16 h提取土壤中有效性由高到低的各級(jí)磷素形態(tài), 分別為碳酸氫鈉提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷、氫氧化鈉提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷、稀鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷。接著往剩余土壤中加入10 mL濃鹽酸, 在80 ℃水浴鍋中加熱10 min, 移出再加入5 mL濃鹽酸, 混勻后室溫下反應(yīng)1 h, 提取濃鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷。各級(jí)浸提液采用鉬銻抗比色法直接測(cè)定無機(jī)磷含量, 采用過硫酸銨-硫酸消化, 鉬銻抗比色法測(cè)定總磷含量, 有機(jī)磷含量為總磷含量與無機(jī)磷含量的差值。因土壤中水溶態(tài)無機(jī)磷含量極低(超出檢測(cè)限), 所以本研究中并未單獨(dú)測(cè)定水溶態(tài)無機(jī)磷(樹脂交換態(tài)磷)含量, 該組分計(jì)入NaHCO3提取的無機(jī)磷中。土壤全磷含量與以上各級(jí)磷素形態(tài)總含量的差值為殘留態(tài)磷。本研究根據(jù)上述的Hedley磷素分級(jí)法將土壤磷素共分為8種形態(tài), 分別是碳酸氫鈉提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷(NaHCO3-Pi和NaHCO3-Po)、氫氧化鈉提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷(NaOH-Pi和NaOH-Po)、稀鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷(D.HCl-Pi)、濃鹽酸提取態(tài)無機(jī)磷和有機(jī)磷(conc.HCl-Pi和conc.HCl-Po)以及殘留態(tài)磷(Residual-P)。

根據(jù)土壤磷素分級(jí)結(jié)果, 分別計(jì)算以下各磷素相關(guān)指標(biāo):

有效磷(Available P, AP)含量 = NaHCO3-Pi

活性磷(Labile P, LP)含量= NaHCO3-Pi + NaHCO3-Po

無機(jī)磷(Inorganic P, IP)含量 = NaHCO3-Pi + NaOH-Pi + D.HCl-Pi + conc.HCl-Pi

有機(jī)磷(Organic P, OP)含量 = NaHCO3-Po + NaOH-Po + conc.HCl-Po

其中有效磷和活性磷作為表征土壤磷生物有效性的指標(biāo)[13-16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與作圖, 利用SPSS 24.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan多重比較(α = 0.05)。

表1 供試楊樹人工林林分特征及林下養(yǎng)雞情況

2 結(jié)果與分析

2.1 不同養(yǎng)雞年限林地土壤全磷含量

從圖1可見, 0—5 cm土層土壤的全磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)而上升, 但前3年差異不顯著, 至放養(yǎng)5年時(shí)顯著上升, 達(dá)對(duì)照林分的1.41倍。5—10 cm土層土壤全磷含量隨養(yǎng)雞年限的變化趨勢(shì)與0—5 cm土層略有不同, 養(yǎng)雞1年后與對(duì)照相比顯著下降, 之后有所回升。林下養(yǎng)雞總體提高了林地土壤的全磷含量, 并且隨著養(yǎng)雞年限延長(zhǎng), 土壤全磷的表聚性逐漸明顯。

2.2 不同養(yǎng)雞年限林地土壤磷素形態(tài)分級(jí)

0—5 cm土層土壤的NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi、NaOH-Po含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)有所上升, 但前3年差異不顯著, 至放養(yǎng)5年時(shí)均顯著高于對(duì)照(表2), 達(dá)對(duì)照林分的1.6—2.4倍。5—10 cm土層土壤的NaHCO3-Pi 和NaHCO3-Po含量在林下養(yǎng)雞后也明顯上升, 其中養(yǎng)雞3年和5年顯著高于對(duì)照和養(yǎng)雞1年林分, 而NaOH-Pi和NaOH-Po含量則在各放養(yǎng)年限間無顯著變化(表2)。與上述4種磷素形態(tài)不同, 0—10 cm土層土壤的D.HCl-Pi和conc.HCl-Pi含量在養(yǎng)雞1年時(shí)顯著下降, 之后隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)而上升; conc.HCl-Po和Residual-P含量比較穩(wěn)定, 在各養(yǎng)雞年限間差異不顯著(表2)。以上結(jié)果表明養(yǎng)雞活動(dòng)對(duì)土壤中生物活性較高的磷素形態(tài)影響更加顯著, 對(duì)穩(wěn)定的磷素形態(tài)影響較小。

注: CK: 未進(jìn)行林下養(yǎng)雞林分; CR-1: 林下養(yǎng)雞1年林分; CR-3: 林下養(yǎng)雞3年林分; CR-5: 林下養(yǎng)雞5年林分。不同字母代表0—5 cm土層或5—10 cm土層在不同養(yǎng)雞年限間差異顯著(P < 0.05), 相同字母代表差異不顯著, 下圖同。

Figure 1 Soil total phosphorus contents in poplar plantations under differentin-forest chicken-raising dura-tion

2.3 不同養(yǎng)雞年限林地土壤無機(jī)磷和有機(jī)磷含量的變化

0—10 cm土層土壤的無機(jī)磷含量在養(yǎng)雞1年后顯著低于對(duì)照林分, 之后回升, 但其所占全磷的比例并沒有隨養(yǎng)雞年限變化產(chǎn)生顯著差異, 基本維持在44.22%—62.20%之間(圖2)。土壤有機(jī)磷的含量受養(yǎng)雞年限的影響較大, 特別是在0—5 cm土層, 其有機(jī)磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)明顯上升, 至放養(yǎng)5年時(shí)已顯著高于其他林分。5—10 cm土層土壤的有機(jī)磷含量的變化趨勢(shì)與0—5 cm土層基本相同, 但上升幅度較小, 僅養(yǎng)雞年限5年與養(yǎng)雞年限1年的林分差異顯著。與無機(jī)磷相同, 各土層土壤有機(jī)磷占全磷的比例雖然有一定變化, 但隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)也沒有產(chǎn)生顯著差異, 基本維持在24.82%—43.87%之間。

表2 不同養(yǎng)雞年限林地土壤各磷素形態(tài)含量

注: CK: 未進(jìn)行林下養(yǎng)雞林分; CR-1: 林下養(yǎng)雞1年林分; CR-3: 林下養(yǎng)雞3年林分; CR-5: 林下養(yǎng)雞5年林分。不同字母代表0—5 cm土層或5—10 cm土層同一磷素形態(tài)在不同養(yǎng)雞年限間差異顯著(P < 0.05), 相同字母代表差異不顯著。表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

圖2 不同養(yǎng)雞年限林地土壤無機(jī)磷和有機(jī)磷含量及占全磷比

Figure 2 Contents and proportions of inorganic phosphorus and organic phosphorus in forest soils under different in-forest chicken-raising duration

2.4 林下養(yǎng)雞年限對(duì)林地土壤磷生物有效性的影響

生物有效性磷主要包括土壤有效磷和活性磷。從圖3可見, 0—5 cm土層土壤的有效磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)明顯上升, 至放養(yǎng)5年時(shí)已顯著高于其他林分, 而其占全磷的比例并沒有隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)而產(chǎn)生顯著差異。5—10 cm土層土壤的有效磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)整體上有所上升, 其中養(yǎng)雞3年時(shí)顯著高于對(duì)照林分, 達(dá)對(duì)照林分的2.36倍, 而有效磷占全磷的比例與含量變化趨勢(shì)相似, 為全磷的4.86%—16.74%。

0—5 cm土層土壤的活性磷含量在養(yǎng)雞1年后與對(duì)照林分無顯著差異, 而養(yǎng)雞3年和5年則顯著高于對(duì)照, 分別為對(duì)照林分的1.82倍和2.26倍, 其占全磷的比例也隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)而顯著上升, 由對(duì)照林分的13.95%上升至養(yǎng)雞5年時(shí)的21.65%(圖4)。5—10 cm土層土壤的活性磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)也有明顯上升, 特別是養(yǎng)雞3年后顯著高于對(duì)照和養(yǎng)雞1年的林分, 占土壤全磷的比例與含量變化趨勢(shì)基本一致。

從土壤有效磷和活性磷與土壤各種磷素形態(tài)之間的相關(guān)性分析結(jié)果(表3)來看, 土壤有效磷和活性磷含量均與土壤全磷含量顯著正相關(guān), 表明土壤全磷含量上升的同時(shí), 土壤磷的生物有效性也會(huì)顯著提高。而從與各級(jí)磷素形態(tài)的相關(guān)性來看, 兩者與NaOH-Pi和NaOH-Po含量極顯著正相關(guān), 與其它各磷素形態(tài)無顯著相關(guān), 表明NaOH提取的土壤團(tuán)聚體內(nèi)部的無機(jī)或有機(jī)態(tài)磷是土壤生物有效性磷的重要來源, 而其它形態(tài)的磷素的生物有效性較低。

圖3 不同養(yǎng)雞年限林地土壤有效磷含量及占全磷比

Figure 3 Contents and proportions of available phosphorus in forest soils under different in-forest chicken-raising duration

圖4 不同養(yǎng)雞年限林地土壤活性磷含量及占全磷比

Figure 4 Contents and proportions of labile phosphorus in forest soils under different in-forest chicken-raising duration

表3 土壤有效磷和活性磷與土壤全磷及各磷素形態(tài)之間的相關(guān)系數(shù)

注: “**”表示在0.01水平上顯著相關(guān)

3 討論

全磷含量既反映出土壤磷庫(kù)容量的大小, 在一定程度上也可以表征土壤向植物供磷的潛在能力。本研究表明土壤全磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)總體上有所上升, 并且表聚性逐漸明顯(圖1), 其原因可能是隨著養(yǎng)雞年限延長(zhǎng), 積聚在土壤表層的雞糞顯著增加, 而雞糞中含有的大量磷元素經(jīng)過降解或淋溶作用進(jìn)入土壤, 從而增加了土壤特別是表層土壤的全磷含量。NaHCO3-Pi是吸附在土壤顆粒表面具有交換能力的無機(jī)磷, 而NaHCO3-Po一般由低分子含磷有機(jī)物組成, 通過微生物或酶的降解作用可以及時(shí)有效地向土壤溶液中補(bǔ)充有效態(tài)磷素。NaOH-Pi和NaOH-Po是存在于土壤團(tuán)聚體內(nèi)部, 由化學(xué)作用吸附在鐵鋁氧化物表面的無機(jī)磷和低分子量腐殖酸和褐菌素等中存在的有機(jī)磷, 被認(rèn)為具有中等活性[19]。NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Pi和NaOH-Po含量在表層0—5 cm土壤中隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)而上升, 在5—10 cm土層中變化不明顯(表2), 其原因一方面可能是隨著養(yǎng)雞年限增加, 積聚在土壤表面的雞糞在微生物的分解作用下, 產(chǎn)生含磷的腐殖成分進(jìn)入表層土壤中, 給土壤NaHCO3-P和NaOH-P提供了有效補(bǔ)充; 另一方面, 雞糞分解產(chǎn)生的腐殖酸可能會(huì)導(dǎo)致土壤pH降低[20], 而酸性環(huán)境有利于溶解或活化土壤中相對(duì)穩(wěn)定的無機(jī)磷形態(tài), 使一部分難被分解的磷形態(tài)(D.HCl-Pi、conc.HCl-P、Residual-P)向活性較強(qiáng)的形態(tài)轉(zhuǎn)化[21-22]。D.HCl-Pi是土壤母質(zhì)中鈣緊密結(jié)合的無機(jī)磷[23]; conc.HCl-Pi和conc.HCl- Po分別是與鐵鋁氧化物及磷灰石緊密結(jié)合的緩效態(tài)無機(jī)磷和化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定的有機(jī)磷; 而Residual-P主要指非常穩(wěn)定的閉蓄態(tài)磷, 通常認(rèn)為在短期內(nèi)對(duì)植物基本無效[24]。本研究中0—10 cm土層土壤的D.HCl-Pi、conc.HCl-Pi含量在養(yǎng)雞1年時(shí)有所下降, 后隨著養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)而上升; conc.HCl-Po和Residual-P兩種磷素形態(tài)也有相似的變化趨勢(shì)(表2), 可能是因?yàn)閯傞_始進(jìn)行林下養(yǎng)雞時(shí), 林地上有一定量的凋落物和林下植被[25], 此外雞群的排泄物增加了有機(jī)物的輸入, 提高了土壤微生物的活性[26], 使得D.HCl-Pi、conc.HCl-P和Residual-P有一定的礦化或溶解, 從而導(dǎo)致其含量在養(yǎng)雞1年時(shí)降低; 但養(yǎng)雞3年后, 林地表面的凋落物和林下植被已經(jīng)嚴(yán)重缺失, 林下雞群的長(zhǎng)期活動(dòng)和踩踏使土壤變得緊實(shí)[27], 嚴(yán)重影響了土壤的透水透氣性, 并且嚴(yán)重抑制了土壤微生物的分解活性, 使得土壤中的磷素向D.HCl-Pi、conc.HCl-P和Residual-P等不易分解的磷素形態(tài)積累。

土壤中的部分無機(jī)磷能被植物直接吸收利用, 而有機(jī)磷一般需經(jīng)過微生物礦化分解為無機(jī)磷才具備有效性。圖2表明, 養(yǎng)雞1年后, 林地表層土壤的無機(jī)磷含量顯著下降, 之后隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)開始回升; 而土壤有機(jī)磷含量則隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)顯著上升, 說明相較于無機(jī)磷, 養(yǎng)雞活動(dòng)更有利于土壤有機(jī)磷的積累。土壤無機(jī)磷和有機(jī)磷含量的變化間接反映出土壤磷的供應(yīng)水平隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)有所提高。土壤有效磷和活性磷含量及其占全磷的比例均隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)而上升, 但活性磷的增加幅度更加明顯。特別是其中NaHCO3-Po含量的上升是活性磷含量增加幅度更大的直接原因。相關(guān)性分析的結(jié)果(表3)表明有效磷和活性磷均與NaOH-Pi和NaOH-Po的含量極顯著正相關(guān), 而NaOH-P在所有磷素形態(tài)中占比重最大, 且以有機(jī)態(tài)為主, 這說明NaOH-P尤其NaOH-Po是林地土壤中可供轉(zhuǎn)化為有效磷或活性磷的最主要潛在磷源。這一結(jié)果與前人利用Hedley磷素分級(jí)法所得到的結(jié)果基本吻合[28-29], 謝英荷等的研究結(jié)果也表明NaOH-P是土壤活性磷的有效補(bǔ)充, 在土壤供磷中起著重要的緩沖作用[30]。

從以上研究結(jié)果來看, 林下養(yǎng)雞有助于表層土壤磷素的積累, 林地土壤有效磷或活性磷的供應(yīng)水平也得到了明顯改善。但是, 從林分整體來看, 林木對(duì)土壤磷素的吸收除了與土壤磷的絕對(duì)供應(yīng)量及其生物有效性有關(guān)以外, 林木本身的吸收能力是另外一個(gè)重要影響因子。本課題組針對(duì)林下養(yǎng)雞年限的其它調(diào)查結(jié)果顯示, 較長(zhǎng)的林下養(yǎng)雞年限會(huì)導(dǎo)致楊樹細(xì)根增粗, 比根長(zhǎng)減小, 根系活力顯著下降[27], 而植物細(xì)根的直徑與其磷素吸收效率通常呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[31], 再加上磷在土壤中的流動(dòng)性通常較差[32], 因此, 養(yǎng)雞年限的延長(zhǎng)有可能會(huì)導(dǎo)致楊樹根系吸收土壤磷的能力顯著下降, 從而產(chǎn)生 “土壤有效養(yǎng)分充足, 林木吸收能力下降”的局面, 相關(guān)現(xiàn)象在今后需要通過進(jìn)一步的調(diào)查明確。此外, 林下養(yǎng)雞在顯著提高林地土壤磷素供應(yīng)的同時(shí), 對(duì)林木生長(zhǎng)來說其它必需的養(yǎng)分是否也會(huì)受到影響, 從而改變林地土壤養(yǎng)分供應(yīng)的平衡性[33], 目前也尚未可知, 因此后續(xù)還需要對(duì)養(yǎng)雞條件下林地土壤養(yǎng)分的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征進(jìn)一步研究, 從而正確評(píng)價(jià)林下養(yǎng)雞的養(yǎng)分效應(yīng)。

4 結(jié)論

隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng), 土壤NaHCO3-Pi、NaHCO3- Po、NaOH-Pi和NaOH-Po含量整體上顯著上升; D.HCl-Pi、conc.HCl-Pi含量先下降后上升, 而conc. HCl-Po和Residual-P含量變化不顯著。林地土壤無機(jī)磷含量隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)整體上先下降后上升, 有機(jī)磷含量顯著上升。此外, 林地表層土壤具有生物活性的有效磷和活性磷的供應(yīng)水平隨養(yǎng)雞年限延長(zhǎng)得到明顯改善, 其中NaOH-P尤其NaOH-Po是林地土壤中可供轉(zhuǎn)化為有效養(yǎng)分的最主要潛在磷源, 這些結(jié)果表明養(yǎng)雞年限的延長(zhǎng)顯著提高了土壤磷的生物有效性。

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Effects of in-forest chicken-raising duration on soil phosphorus fractions and bio-availability in poplar plantations

QIN Guangzhen1, 2, TIAN Ye1, 2,*, SUN Xinke1, 2, ZHANG Jiayu1, 2, MAO Saisai1, 2

1. College of Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China 2. Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China

In-forest raising is a cost-effective way to improve the comprehensive utilization of forest land. However, it is currently unclear what impact of long-term and high-load in-forest raising has on soil properties. In order to reveal the effects of chicken-raising duration on soil phosphorus pool and its bioavailability, this study used plantations ofunder different in-forest chicken-raising duration (0, 1, 3, and 5 years) to analyze the changes in soil phosphorus fractions by Hedley phosphorus fractionation method. The results show that the contents of soil total phosphorus and the fractions of NaHCO3-extracted inorganic and organic P (NaHCO3-Pi and NaHCO3-Po) and NaOH-extracted inorganic and organic P (NaOH-Pi and NaOH-Po) in 0-5 cm soil layer increased significantly withthe extension of in-forest chicken-raising duration, even showing a 1.4-to-2.4-time increase in the plantations with 5-year in-forest chicken-raising than in the control plantation. However, no obvious changes of the four fractions were found in 5-10 cm soil layer. The contents of diluted HCl-extracted inorganic P (D.HCl-Pi) and concentrated HCl-extracted inorganic P (conc.HCl-Pi) in 0-10 cm soil layer decreased significantly after 1-year of chicken raising, and then increased with the extension of in-forest chicken-raising duration. The contents of concentrated HCl-extracted organic P (conc.HCl-Po) and the more chemically stable P (Residual-P) showed similar trends as D.HCl-Pi and conc.HCl-Pi, but no significant differences were found among different in-forest chicken-raising duration. The contents of soil total inorganic phosphorus in 0-10 cm soil layer decreased significantly after 1-year of chicken raising, and then increased with the extension of in-forest chicken-raising duration, while the contents of soil total organic phosphorus significantly increased. The contents of bio-available P (available P and labile P) in the topsoil increased with the extension of in-forest chicken-raising duration, and both were significantly aand positively correlated with the contents of NaOH-Pi and NaOH-Po, showing that the fractions of NaOH-P, especially NaOH-Po, was the most important potential source that could be transformed into bio-available fractions. Overall, the contents of phosphorus that are more easily decomposed and utilized in the soil obviously accumulate with the extension of in-forest chicken-raising duration, and the contents of phosphorus that are difficult to decompose do not change significantly. The supply level of available phosphorus or labile phosphorus in the topsoil of forest land is improved obviously with the extension of in-forest chicken-raising duration, and the bioavailability of soil phosphorus has continued to increase.

in-forest raising; poplar plantation; soil phosphorus availability; phosphorus fractionation

秦廣震, 田野, 孫新珂, 等. 林下養(yǎng)雞年限對(duì)楊樹人工林土壤磷素形態(tài)和生物有效性的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(1): 17–24.

QIN Guangzhen, TIAN Ye, SUN Xinke, et al. Effects of in-forest chicken-raising duration on soil phosphorus fractions and bio-availability in poplar plantations[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 17–24.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.003

S154.1

A

1008-8873(2021)01-017-08

2020-04-01;

2020-04-11

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFD0600402); 江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(PAPD)

秦廣震(1995—), 男, 河南商丘人, 碩士研究生, 研究方向?yàn)樯峙嘤? E-mail: 1640735262@qq.com

田野, 男, 博士, 副教授, 研究方向?yàn)槿斯ち侄ㄏ蚺嘤蜕稚鷳B(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán), E-mail: tianyes@hotmail.com