崔 瑤,辜夕容,*,嚴(yán)寧珍,李 杰,胡 佳,楊莉薈,李得霞,羅 平

1 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶 400716 2 重慶市珍稀特有魚類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處,重慶 401147

磷是植物生長發(fā)育和新陳代謝的必需元素,土壤是植物所需磷的直接供體。酸性土壤中總磷含量很高,但有效磷含量卻很低,是植物生長發(fā)育受限的主要原因之一[1]。在酸性土壤中鋁易溶出成為活性鋁[2—3],常與磷酸根結(jié)合,轉(zhuǎn)化成難溶性磷,造成土壤磷的生物有效性進(jìn)一步降低[4—5]。因此,如何防治酸性土壤中鋁溶出引發(fā)的磷有效性降低,是農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中亟需解決的問題之一[6]。

在酸性土壤中的無機(jī)磷常以4種形式存在,即鋁磷(Al-P)、鐵磷(Fe-P)、閉蓄態(tài)磷(O-P)和鈣磷(Ca-P)。其中,Al-P和Fe-P是潛在磷源,并不對植物直接有效,Ca-P在酸性土壤中有效性較高,而O-P 是以水化氧化鐵膠膜包被的磷酸鹽,其溶解度小[7—9]。鋁的活性形態(tài)有4種,即交換性鋁(Ex-Al)、羥基態(tài)鋁(Hy-Al)、酸溶無機(jī)鋁(Col-Al)和腐殖酸鋁(Al-HA)[10]。已有研究表明Ex-Al和Hy-Al是高活性形態(tài),達(dá)到一定濃度后易對植物產(chǎn)生毒性,Col-Al 和Al-HA是低活性形態(tài),對植物無毒或低毒[10—11]。在酸性土壤中,低磷和高鋁是限制植物生長的主要原因之一,兩者之間有明顯的互作關(guān)系。有研究發(fā)現(xiàn)磷可直接與鋁形成對植物無毒的復(fù)合物來緩解活性鋁對植物的毒害[12]。在鋁脅迫下,小麥根分泌的無機(jī)磷在根表面或根際中與Al3+形成復(fù)合物,明顯減少鋁的毒性[13]；楊婉身等[14]發(fā)現(xiàn),杉木對土壤中無機(jī)磷的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收都受到活性鋁的影響。可見,無機(jī)磷與活性鋁之間存在著一定的相互作用。

已有研究發(fā)現(xiàn),土壤中無機(jī)磷形態(tài)與分布受多種因素如植被類型、土壤發(fā)生層次、土壤耕作方式和施肥制度[7,15,16]等的影響；活性鋁形態(tài)與分布和植被類型、土地利用方式、土壤類型和層次、土壤酸度[10,17—18]等密切相關(guān)。然而,在同一植被條件下土壤無機(jī)磷和活性鋁的形態(tài)與分布特征,它們之間的聯(lián)系與作用,目前還鮮少報(bào)道。對此展開研究,不僅有助于我們對土壤理化成分內(nèi)部相互作用的理解,還能通過對外界影響因素的分析來改良農(nóng)林業(yè)經(jīng)營管理措施。一般而言,土壤pH值降低有利于Ca-P的溶解[19]和Ex-Al的溶出[20],此過程必然包含著無機(jī)磷與活性鋁組分內(nèi)的轉(zhuǎn)化以及它們間的相互作用。我國西南地區(qū)存在大面積的酸性土壤,植被類型和土壤剖面層次因影響著土壤有機(jī)質(zhì)、容重、孔隙度、水分等理化性質(zhì)[21—22],也必然影響到土壤無機(jī)磷與活性鋁的形態(tài)與分布。為此,研究以在我國西南地區(qū)廣泛存在的4種植被即山莓林(灌木林)、馬尾松林、楠竹林和柑橘林地土壤為對象,通過測定土壤剖面層次中無機(jī)磷與活性鋁的含量,以分析它們在不同林分和土層中的分布特征,探索無機(jī)磷與活性鋁的相互作用,為在我國西南地區(qū)酸性土壤上的農(nóng)林經(jīng)營管理提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于我國西南地區(qū)的重慶縉云山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(E 106°17′—106°24′、N 29°41′—29°52′、海拔200—952.5 m),屬典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤性氣候,年平均氣溫13.6 ℃,最熱月(八月)平均溫24.3 ℃,最冷月(1月)平均溫3.1 ℃,極端最高溫36.2 ℃,極端最低溫-4.6 ℃,年平均降雨量1783.8 mm,年平均日照1293.9 h,年平均蒸發(fā)量 777.1 mm,相對濕度87%。區(qū)域內(nèi)土壤以山地黃壤和黃棕壤為主,有少量零星分布的紫色土；森林覆蓋率96.6%,自然植被類型豐富多樣,以常綠闊葉林、暖性針葉林為主,間有常綠闊葉灌叢、灌草叢和水生植被；植物種類豐富,多達(dá) 249 科、966 屬、1915 種,主要有馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、楠竹(Phyllostachyspubescens)、山莓(Rubuscorchorifolius)、四川大頭茶(Gordoniaacuminate)、四川山礬(Syraplocossetchuensis)、香樟(Cinnamomumcaphora)、木荷(Schimasuperba)、檵木(Loropetalumchinense)、栲樹(Castanopsisfargesii)、菝葜(Smilaxchina)、紅蓋鱗毛蕨(Dryopteriserythrosora)、中華里白(Dicranopterischinensis)、鳶尾(Iristectorum)等。

1.2 樣地設(shè)置和采樣方法

在研究區(qū)域內(nèi)選取山莓林、馬尾松林、竹林、柑橘林4種典型森林植被,每種林分類型中設(shè)置3個(gè)10 m×10 m樣方。除林分類型不同外,樣地其他條件基本相似(表1)。在樣方內(nèi)同一對角線四等分的3個(gè)等分點(diǎn)上設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)。采樣前首先清理除去土壤表層的枯枝落葉、石塊和其他雜物,按傳統(tǒng)方法[23]挖取土壤剖面,分別在A(0—15cm)、B(15—35cm)、C(35—55cm)三層用剖面取樣法取樣,將同一樣方3個(gè)樣點(diǎn)的土樣按土層分別混合成一個(gè)樣品,挑出植物根系、石礫和其他雜物,干燥處通風(fēng)陰干。四分法取樣、磨細(xì)、過孔徑1 mm 和0.25 mm 篩備用。

表1 樣地概況

1.3 測定項(xiàng)目和方法

分別采用酸度計(jì)法、烘干法和重鉻酸鉀-外加熱法測定土壤 pH 值(m土∶V水=1∶2.5)、含水率和有機(jī)質(zhì)含量,NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷[23](表2)；采用酸性土壤中無機(jī)磷分級(jí)方法[24],分別用1 mol/L NH4Cl-0.5 mol/L NH4F(pH 8.2)、0.1 mol/L NaOH、0.3 mol/L檸檬酸鈉+1.0 g Na2S2O4+0.5 mol/L NaOH、0.5 mol/L(1/2 H2SO4)連續(xù)浸提土壤,分別得Al-P、Fe-P、O-P和Ca-P浸提液,浸提液中的磷含量用鉬銻抗比色法測定[23]；分別采用1 mol/L KCl、1 mol/L NH4Ac(pH 4.8)、1 mol/L HCl、0.5 mol/L NaOH四種浸提劑浸提土壤中不同形態(tài)的活性鋁[25],浸提液中的鋁含量用鋁試劑比色法測定[26],用差減法得到Ex-Al、Hy-Al、Col-Al和Al-HA含量。土壤中總無機(jī)磷含量為Al-P、Fe-P、O-P和Ca-P含量之和,總活性鋁含量為Ex-Al、Hy-Al、Col-Al和Al-HA含量之和。

表2 土壤基本理化性質(zhì)

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所得數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2019進(jìn)行整理和基本運(yùn)算,IBM Statistics SPSS 23.0作單因素方差分析,LSD法進(jìn)行各水平間的多重比較；按(原始數(shù)據(jù)-平均值)÷標(biāo)準(zhǔn)差對各變量的原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,然后進(jìn)行多元線性回歸分析獲得相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)(β),以衡量活性鋁對無機(jī)磷的相對作用。采用 GraphPad Prism 8.0制圖,Microsoft excel 2019制表。圖和表中所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,顯著性水平設(shè)為P≤0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 縉云山4種林分土壤無機(jī)磷含量與分布

林分類型對4種形態(tài)無機(jī)磷含量和比例均有顯著影響,而土層僅對Fe-P含量和比例有顯著影響(圖1、圖2)?？N云山4種林分土壤無機(jī)磷含量為126—308 mg/kg,除馬尾林的B(15—35cm)層、楠竹林和柑橘林的A(0—15cm)層外,O-P含量最高,占27.9%—54.7%,Fe-P其次(14.2%—42.2%),Ca-P和Al-P含量均較低,分別占5.9%—36.4%和6.6%—19.5%。各組分在無機(jī)磷中的比例因林分類型和土層而異(圖2)。

圖1 縉云山4種林分土壤中的Al-P、Fe-P、O-P和Ca-P含量

土壤Al-P含量和占比在A、B和C(35—55cm)層中均以山莓林最低,在A和C層中均以楠竹林最高,在B層Al-P含量以柑橘林最高,Al-P占比以楠竹林最高(圖1、圖2)。Al-P含量在A、C層中柑橘林和馬尾松林居中且兩者間無顯著差異；在B層楠竹林和馬尾松林居中且兩者間差異顯著；Al-P占比在A層中馬尾松林高于柑橘林,在B層中則相反,在C層中兩種林分無顯著差異。山莓林、馬尾松林和楠竹林的土壤Al-P含量均為A層顯著高于B和C層,且馬尾松林和楠竹林的C層>B層,山莓林的B和C層間無顯著差異；柑橘林的土壤Al-P含量在B層最高,但在A、B和C層間無顯著差異。四種林分土壤中的Al-P占比在A和C層中均無顯著差異；在B層中,山莓林、馬尾松林中土壤Al-P占比顯著低于A和C層的,而柑橘林的則相反,楠竹林的與A和C層間無顯著差異。

土壤Fe-P含量和占比在A、B和C層中均以柑橘林最高,在B和C層均是楠竹林中最低(圖1、圖2)。在A層土壤Fe-P含量以馬尾松林最低,Fe-P占比以馬尾松林和山莓林最低且兩者無顯著差異。在A層中土壤Fe-P含量在山莓林和楠竹林間無顯著差異,在B和C層山莓林顯著高于楠竹林。楠竹林和柑橘林的土壤Fe-P含量和占比均為A層>B層>C層；山莓林的Fe-P含量為A層>B層>C層,而Fe-P占比為B 層最高,在A、C層間無顯著差異；馬尾松林的Fe-P含量在A層最高,但在A、B和C層間無顯著差異,Fe-P占比為A層>C層>B層。

土壤O-P含量和占比在A和B層均為山莓林最高,在C層為楠竹林最高(圖1、圖2)。在A層中O-P含量為馬尾松林>柑橘林>楠竹林,O-P占比為馬尾松林其次,楠竹林和柑橘林最低且兩者間無顯著差異；在B層中O-P含量為柑橘林>楠竹林≈馬尾松林,O-P占比楠竹林其次,馬尾松林和柑橘林最低且兩者間無顯著差異；在C層中O-P含量為馬尾松林最低,山莓林和柑橘林居中且兩者間無顯著差異,O-P占比為山莓林其次,馬尾松林和柑橘林最低且兩者間無顯著差異。土壤O-P含量在山莓林隨土層加深而顯著降低,O-P占比為B層顯著高于A、C層且A、C層間無顯著差異；O-P含量和占比在楠竹林和柑橘林隨土層加深而顯著增加,在馬尾松林為A層>C層>B層。

土壤Ca-P含量在A層為柑橘林最高,馬尾松林其次,山莓林和楠竹林最低且兩者間無顯著差異；在B層以馬尾松林最高,其余3種林分間無顯著差異；在C層以柑橘林最高且和馬尾松林無顯著差異,其余2種林地為楠竹林>山莓林(圖1)。Ca-P占比在A、B和C層中均是馬尾松林最高,山莓林最低,且A和C層中柑橘林>楠竹林,而B層中則為兩種林分無顯著差異(圖2)。Ca-P含量在山莓林的A、B和C層間無顯著差異,Ca-P占比為C層>A層>B層；Ca-P含量和占比在馬尾松林為B層>C層>A層,在楠竹林隨土層加深而增加；Ca-P含量在柑橘林的A和C層間無顯著差異,但均顯著高于B層,Ca-P占比為C層>A層>B層。

圖2 縉云山4種林分土壤中各形態(tài)無機(jī)磷占總無機(jī)磷的比例

2.2 縉云山4種林分土壤活性鋁含量與分布

林分類型對4種形態(tài)活性鋁的含量和比例均有顯著影響,而土層僅對Ex-Al和Hy-Al的含量和比例有顯著影響?？N云山4種林分土壤活性鋁總量為677—872 mg/kg,其中,Al-HA占比最高,達(dá)到50.9%—59.5%,Col-Al次之(33.9%—41.4%),Ex-Al和Hy-Al占比均較低,分別為3.50%—7.19%和0.88%—6.13%,活性鋁各組分所占比例因林分類型和土層而異(圖3、圖4)。

土壤Ex-Al含量和占比在A層為山莓林>楠竹林>柑橘林>馬尾松林；在B層Ex-Al含量為楠竹林>柑橘林>馬尾松林>山莓林,Ex-Al占比為楠竹林>柑橘林≈馬尾松林>山莓林；在C層山莓林、竹林和柑橘林間的土壤Ex-Al含量無顯著差異,但均顯著高于馬尾松林,Ex-Al占比為楠竹林>山莓林>柑橘林>馬尾松林(圖3、圖4)。土壤Ex-Al含量和占比在山莓林為A>C>B層,在馬尾松林中Ex-Al含量為A≈B>C層,Ex-Al占比在A、B和B、C層間無顯著差異,但在A、C層差異顯著；Ex-Al含量和占比在楠竹林為A>B≈C層；在柑橘林中Ex-Al含量為為A>C>B層,Ex-Al占比A>C≈B層。

土壤Hy-Al含量和占比在A、B層中均是馬尾松林中最高,其后依次為柑橘林>楠竹林≈山莓林,在C層為柑橘林≈馬尾松林>楠竹林≈山莓林(圖3、圖4)；在各林分中Hy-Al含量和占比均是B層最高,且柑橘林的A和C層間無顯著差異,馬尾松林為A層>C層,而山莓林和楠竹林則為A層

土壤Col-Al含量在A層為楠竹林最高且和馬尾松林沒有顯著的差異,其次為柑橘林>山莓林,在B層為柑橘林≈馬尾松林>楠竹林≈山莓林,在C層為柑橘林最高,和楠竹林沒有顯著的差異,其次為山莓林,馬尾松林最低(圖3)；Col-Al占比在A、B、C層中均是楠竹林最高,其后依次為A層:山莓林>馬尾松林≈柑橘林,B層:馬尾松林>山莓林>柑橘林,C層:山莓林>柑橘林>馬尾松林(圖4)。柑橘林的土壤Col-Al含量和占比隨土層加深而增加,山莓林的Col-Al含量隨土層加深而增加,Col-Al占比為C>A>B層；馬尾松林的Col-Al含量在A和B層間無顯著差異,但都顯著高于C層,Col-Al占比為B>A>C層；楠竹林的Col-Al含量為C層>A層>B層,Col-Al占比為A≈C>B層。

土壤Al-HA含量和占比在A層中以馬尾松林最高,其后依次為柑橘林和山莓林,楠竹林最低；在B層中Al-HA含量為柑橘林>山莓林>馬尾松林>楠竹林,Al-HA占比為山莓林>柑橘林>楠竹林>馬尾松林；在C層中Al-HA含量為柑橘林>馬尾松林>山莓林高>楠竹林,Al-HA占比為馬尾松林>≈柑橘林>山莓林>楠竹林(圖3、圖4)。在3個(gè)剖面層次中,土壤Al-HA含量和占比在柑橘林隨土層加深而顯著增加,在楠竹林的B、C層間無顯著差異,但都顯著高于A層,在馬尾松林為C層>A層>B層；在山莓林中Al-HA含量為B層>C層>A層,Al-HA占比在山莓林為B>A≈C層。

圖3 縉云山4種林地土壤的Ex-Al、Hy-Al、Col-Al和Al-HA含量

圖4 縉云山4種林分土壤中各形態(tài)活性鋁占總活性鋁的比例

2.3 縉云山4種林分土壤中活性鋁與無機(jī)磷間的關(guān)系

為衡量土壤活性鋁對無機(jī)磷的影響,以活性鋁為自變量,無機(jī)磷為因變量,采用多元線性回歸分析土壤活性鋁與無機(jī)磷間的關(guān)系。由表3可見,土壤活性鋁與無機(jī)磷間存在一定程度的多元線性回歸關(guān)系,特別是Ca-P與活性鋁組分間關(guān)系達(dá)到顯著(R2=0.48,P<0.05),即活性鋁含量的改變會(huì)在一定程度上影響到無機(jī)磷(尤其是Ca-P)含量。其中,Ex-Al對Al-P(β=0.604,P<0.05)和Fe-P(β=0.533,P<0.05)、Hy-Al對Ca-P(β=0.757,P<0.05)均有顯著正效應(yīng),即土壤Ex-Al和Hy-Al含量的增加將顯著影響Al-P、Fe-P和Ca-P含量。除此外的其他活性鋁組分雖對無機(jī)磷組分有一定影響,但均未達(dá)顯著程度(P>0.05)。

表3 縉云山4種林分土壤中活性鋁與無機(jī)磷間的關(guān)系

3 討論

3.1 林分類型對土壤無機(jī)磷與活性鋁含量和分布的影響

林分類型顯著影響無機(jī)磷在土壤中的含量和分布。相較而言,山莓林易促進(jìn)O-P的形成,而馬尾松、楠竹和柑橘林則相反,有利于Al-P、Fe-P和Ca-P的形成(圖1和圖2)。包先明和崔宏[7]、胡寧等[27]、張鼎華等[28]的研究也發(fā)現(xiàn)不同植被下的土壤無機(jī)磷組分差異較大:蘆葦?shù)氐耐寥繤e-P和Al-P含量高于苔草地,桃林和花椒林地的土壤O-P含量高于柳杉林地,馬尾松林比杉木林地更有利于Fe-P和Al-P的形成。上述結(jié)果可能與土壤中根系分布格局[29]、根系分泌物種類和數(shù)量[30-31]、凋落物分解和養(yǎng)分歸還速率[32]等有關(guān),因它們能顯著改變土壤結(jié)構(gòu)和通透性[21]、pH值[19]、水分[32]和有機(jī)質(zhì)含量[33]等土壤理化性質(zhì),進(jìn)而可能改變土壤無機(jī)磷含量與分布。多數(shù)研究認(rèn)為[8,19],土壤pH值是無機(jī)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的主要原因,且pH值越低,土壤無機(jī)磷尤其是Ca-P的溶解程度越高[34—35]。此外,凋落物分解產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)、根系分泌的有機(jī)物質(zhì)等因能絡(luò)合金屬離子而促進(jìn)無機(jī)磷釋放[36]。如苗霄霖[30]發(fā)現(xiàn)茶樹根系分泌物顯著降低土壤Fe-P含量；卞方圓[37]、龔松貴[38]等發(fā)現(xiàn)根系分泌的有機(jī)酸較高是楠竹林比常綠闊葉林更能促進(jìn)O-P向Al-P轉(zhuǎn)化的主要原因之一,且有機(jī)酸對Al-P的作用更為明顯。供試的4種林地中,山莓林屬灌木林,根系較少且分布較淺,人為干擾程度較大,土壤常因人為踩踏較為緊實(shí),pH值高于其余3種林地(表2),因而其土壤通透性、土壤含水率和根系分泌物均較低,無機(jī)磷易被氧化鐵膜包裹而不利于O-P的氧化-還原反應(yīng)[9,38],所以O(shè)-P的相對含量與占比高于其余3種林分。柑橘、楠竹和馬尾松林的根系分布較深,土壤pH值依次是柑橘林>楠竹林>馬尾松林(表2),其中馬尾松林屬針葉林,凋落物難以分解,養(yǎng)分歸還能力較差[39]；楠竹林的腐殖質(zhì)層較厚,有機(jī)質(zhì)豐富,根系數(shù)量較多[40]；柑橘林屬闊葉林,凋落物分解速度較快,養(yǎng)分歸還能力較好[41]。因而這三種林分的土壤通透性和H+含量較高,有利于Al-P、Fe-P和Ca-P的形成。至于根系分泌物在這4種林分土壤無機(jī)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化中是否作用和怎樣作用,還有待進(jìn)一步探索。

林分類型顯著影響土壤活性鋁的含量與分布(圖3和圖4)。相較而言,除柑橘林有利于鋁轉(zhuǎn)化成低活性的Al-HA外,其余3種林分均促進(jìn)活性鋁的溶出,即由低活性轉(zhuǎn)化成高活性鋁。其中,山莓和楠竹林促進(jìn)Ex-Al的溶出,馬尾松林有利于Hy-Al溶出。陳志為等[10]、雷波等[42]也發(fā)現(xiàn),林分類型影響活性鋁含量與分布:杉桐混交林的Ex-Al含量顯著高于杉木純林,Col-Al含量顯著低于杉木和千年桐純林,千年桐純林、杉桐混交林的根際土Ex-Al及Hy-Al含量均顯著低于非根際土；杉木和木荷混交能降低高活性鋁含量,杉木和茶樹混交能增加高活性鋁含量。與之不同的是,本研究供試的4種林分中有3種促進(jìn)鋁從低活性向高活性形態(tài)轉(zhuǎn)化,這可能與森林凋落物、根系分泌物等差異使土壤pH值、有機(jī)質(zhì)等組成與含量不同有關(guān)。Schmitt等[43]指出,土壤溶液中存在AlO-OH+3H+Al3++2H2O的可逆反應(yīng),即鋁的存在形態(tài)與pH值密切相關(guān),pH降低時(shí)Ex-Al和Hy-Al含量增加,但若存在無機(jī)陰離子或有機(jī)配位體時(shí),土壤中的Ex-Al或Hy-Al會(huì)絡(luò)合成低活性的Col-Al或Al-HA[4,11]。此外,辜夕容等[34]發(fā)現(xiàn),土壤微生物類群和數(shù)量也影響活性鋁的含量和分布。山莓和楠竹生長迅速、枝葉繁茂、落葉量大且容易分解[40],林地土壤微生物種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量較豐富,纖維素分解菌數(shù)量與相對酶活性、養(yǎng)分歸還能力等均顯著高于馬尾松林[44]；宋影等[45]發(fā)現(xiàn),馬尾松林針葉凋落物中分解菌數(shù)量和酶活性、養(yǎng)分歸還能力和對土壤理化性質(zhì)的改善能力均顯著低于闊葉凋落物；李萌等[46]也發(fā)現(xiàn),闊葉林土壤動(dòng)物的群落密度、生物量以及多樣性大于針闊混交林和暗針葉林,其中以暗針葉林最低。上述結(jié)果都可能引起山莓林和楠竹林對土壤養(yǎng)分和鋁的活化能力較強(qiáng),有利于土壤Ex-Al溶出。另外,馬尾松是喜鋁植物[47],對Ex-Al的吸收量較大,也可能使林地土壤Ex-Al下降而Hy-Al含量和比例相對上升。柑橘為蕓香科植物,凋落物富含油脂、酯類等芳香類有機(jī)化合物[48],凋落物分解速率較快[39],而且土壤中微生物種群和豐度較高[49],易產(chǎn)生有機(jī)酸或其他有機(jī)物質(zhì),螯合Ex-Al,因而其Al-HA含量和比例相對高于山莓、楠竹和馬尾松林地?？梢?土壤活性鋁含量和分布的改變應(yīng)是多種因素綜合作用的結(jié)果。

3.2 土層對土壤無機(jī)磷與活性鋁含量和分布的影響

除馬尾松林和楠竹林的Ca-P、楠竹林的O-P、柑橘林的Al-P和O-P外,其他無機(jī)磷組分均是在A層高于B和C層,存在表層富集現(xiàn)象(圖1和圖2)。山莓林的4種形態(tài)無機(jī)磷、楠竹和柑橘林的Fe-P含量均隨土層加深而降低；馬尾松林的Ca-P和柑橘林的Al-P在B層高于A和C層；竹林的O-P和Ca-P、柑橘林的O-P含量均隨土層加深而增加。包先明等[7]也發(fā)現(xiàn)土壤無機(jī)磷含量和分布因土層而改變,且改變趨勢和本研究有所不同:其研究表明除酸模群落下0—6 cm土層外,苔草、蘆葦和酸模土壤無機(jī)磷含量隨土層的加深而增加。已有研究認(rèn)為,土壤中植物根系分布[50]、有機(jī)質(zhì)含量[51]、根系分泌物[30]和pH[8]等是引起土層間無機(jī)磷含量與分布差異的主要原因。一般而言,A層的凋落物、植物殘?bào)w、根系等都多于B、C層,因而其中有機(jī)質(zhì)含量、凋落物歸還的養(yǎng)分量、根系分泌的有機(jī)酸、代謝產(chǎn)生的H+等也都高于 B、C層,這有利于磷等養(yǎng)分在A層的富集、無機(jī)難溶性磷的溶解與活化[7,30]；此外,隨著土層加深,土壤孔隙度、通氣透水性等降低,土壤中磷因氧化鐵膠膜的包裹而形成O-P[52]。本研究中四種林分土壤無機(jī)磷含量與分布在不同土層中的變化趨勢并不完全一致, 但只有Fe-P的含量和比例因土層而顯著改變(圖1和圖2),說明林分類型和組成應(yīng)是造成土壤無機(jī)磷含量和分布差異的主要因素。

土壤剖面層次顯著影響Ex-Al和Hy-Al的含量與分布(圖3和圖4)。4種林分的Ex-Al均在A層高于B、C層,Hy-Al均在B層高于A、C層。此外,山莓林和楠竹林中的Al-HA及馬尾松林地的Col-Al均在B層高于A、C層,山莓林、楠竹林和柑橘林中的 Col-Al及馬尾松林和柑橘林的Al-HA均在C層高于A、B 層。這與王婭婭等[11]的結(jié)果略有不同。他們發(fā)現(xiàn)不同退耕年限下菜子湖濕地4種活性鋁在土壤中的分布均為表層多于亞表層。鋁溶解理論認(rèn)為,土壤中鋁形態(tài)主要受pH控制,在pH <5.0時(shí),Ex-Al含量增加[3,4]。本研究4種林分下的土壤A層pH<5.0(4.31—4.79)(表2),因而其中Ex-Al相對高于B、C層；而B層pH也在5.0以下(3.80—4.32,僅山莓林pH>5,表2),但Hy-Al含量卻相對高于A、C層(圖3和圖4),可能與根系主要分布于B層導(dǎo)致對Ex-Al吸收較多、Hy-Al含量相對上升有關(guān)[17]。在陳志為等[10]對杉桐混交林和千年桐純林的研究中即發(fā)現(xiàn)根際土Ex-Al顯著低于非根際土,說明根系對Ex-Al的吸收會(huì)引起Hy-Al含量和比例相對增加。在4種活性鋁的形態(tài)中,Col-Al介于沉淀鋁和可溶性鋁之間,Al-HA相對穩(wěn)定且與土壤有機(jī)官能團(tuán)密切相關(guān),兩者都在活性鋁中所占比重較大[4,11],本研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。此外,在本研究中,土壤Col-Al在馬尾松林為C層低于A、B層,在其余林分下則相反,為C層高于A、B層,這應(yīng)與馬尾松在土壤中的根系分布深度大于其余3種植物有關(guān)[44]。

3.3 土壤活性鋁和無機(jī)磷間的相互關(guān)系

4 結(jié)論

土壤無機(jī)磷與活性鋁在不同土層中的含量和分布因林分類型而差異顯著,且Fe-P、Ex-Al和Hy-Al的含量和比例還因土層而顯著不同。相較而言,山莓林能促進(jìn)O-P的形成,而馬尾松、楠竹和柑橘林則有利Al-P、Fe-P和Ca-P的形成；柑橘林促進(jìn)低活性的Al-HA形成,而山莓、馬尾松和楠竹林均有利于高活性的Ex-Al或Hy-Al溶出；Ex-Al、Al-P、Fe-P 在土層的分布上有表層富集現(xiàn)象,Hy-Al集中分布于B層。此外,土壤 Ex-Al 和Al-P與Fe-P含量,Hy-Al與Ca-P含量均呈顯著正相關(guān)。表明林分類型是影響土壤中各形態(tài)無機(jī)磷和活性鋁含量和分布的關(guān)鍵因子；柑橘林能顯著降低活性鋁的毒性,馬尾松林、楠竹林可顯著提高無機(jī)磷的有效性,這可為今后我國西南地區(qū)酸性土壤上的林業(yè)經(jīng)營管理提供理論和實(shí)踐依據(jù)。