武功山退化草甸磷素空間分異規律研究

趙靜　黃尚書　唐劍波　郭曉敏　牛德奎

摘要：對武功山海拔1 600～1 900 m退化草甸區域土壤磷的分異規律進行了研究。結果表明，土壤有效磷和有機磷顯著提高，且均呈表聚性；土壤有機磷含量為0.01～0.06 g/kg；低海拔區域的土壤全磷含量顯著低于高海拔區域，與嚴重退化草甸土壤磷素虧缺有關，土壤微生物量磷含量為7～26 mg/kg。隨著海拔的升高，鋁磷和鐵磷含量下降，而氧磷、鈣磷含量增加。有效磷與鋁磷、鐵磷、有機磷呈顯著正相關，表明了土壤有機磷、鋁磷、鐵磷可能是土壤有效磷的潛在來源。

關鍵詞：武功山；退化草甸；磷素；空間分異

中圖分類號：S153.6；O613.62 文獻標識碼：A 文章編號：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營養元素，參與細胞的分裂、特質、能源的合成與轉運，有著不可替代的功能，也是光合作用和呼吸作用等重要生物過程的參與者，在能量變換、貯存過程中起著關鍵性的作用[1]。磷在植物體內的含量雖然不多，但由于磷是地質時代尺度上生物生產力的限制性養分元素[2]，加上土壤中磷素的利用率很低[3，4]，土壤磷素已成為植物生長限制性因子。作為陸地生態系統中分布最廣的生態系統類型之一，對全球氣候以及養分循環具有重要作用。武功山是中國南方低海拔山地草甸，對其區域退化山地草甸區土壤磷素的空間分異規律進行研究，將對改良土壤、保護環境具有重要意義[5，6]，可為植被恢復提供指導作用。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

武功山屬羅霄山脈北段，位于江西萍鄉、安福、宜春三地交界處（114°10′-114°07′E，27°25′-27°35′N），主峰白鶴峰（金頂）海拔1 918.3 m，武功山氣候屬中亞熱帶季風氣候，氣候溫和，雨量充沛四季分明。武功山成土母質主要由片麻巖、花崗巖組成。武功山森林覆蓋率達88.1%。裸子植物在武功山自然分布的類群共有8科22屬29種以及2變種。主峰周邊大面積分布的山地草甸更使之成為難得的植被垂直地帶性的天然博物館。武功山是集人文景觀和自然景觀為一體的山岳型風景名勝區，隨著20世紀90年代未草場的開發和21世紀初旅游景點的開發，對武功山山地草甸造成了大面積的損毀，因此該區草甸退化區的生態修復已成為保護武功山自然保護區的首要任務，而加強該區植物生長營養元素分異規律研究對于該區生態恢復具有十分重要的指導性意義。

1.2 樣品采集與預處理

分別在武功山1 600～1 900 m區域以100 m為一梯度，在各梯度植被覆蓋度低于20%的區域設置3個10 m×10 m的重復樣地，4個海拔梯度共設置12塊樣地。在各樣地用土壤取樣鉆呈上下品字形共5個點取0～10、10～20和20～40 cm各土層土壤樣品約1.5 kg，共計36個樣品，試驗前進行風干、過2 mm篩等預處理。

1.3 測試方法

土壤速效磷采用酸性氟化銨浸提和鉬銻抗比色法測定；土壤無機磷分級方法如下：NH4Cl浸提水溶性磷，NH4F浸提Al-P（鋁磷），NaOH浸提Fe-P（鐵磷），檸檬酸鈉和連二硫酸鈉溶液浸提O-P（氧磷，閉蓄態磷），H2SO4浸提Ca-P（鈣磷），鉬銻抗比色法測定浸提出的各級無機磷；土壤有機磷：土壤經550 ℃灼燒，使有機磷化合物轉化為無機態磷，然后與未經灼燒的同一土樣分別用0.2 mol/L（1/2 H2SO4）溶液浸提后測定磷量，所得結果的差值即為有機磷；土壤全磷采用HClO4-H2SO4-鉬銻抗比色法測定。

1.4 數據處理

用Pearson相關系數評價土壤有效磷與土壤磷素與海拔梯度的相關關系。論文所有數據的圖形處理采用Microsoft Excel 2003完成。

2 結果與分析

2.1 土壤有效磷的垂直分布

磷素作為植物生長所必需的營養元素，對植物生長發育起著重要作用，同時也是生態系統的常見限制因子和土壤的重要組成部分。由于土壤礦物對磷有強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，大部分磷素以緩效態或遲效態存在，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、部分吸附態磷及有機態磷，有的土壤中還包括某些沉淀態磷。土壤有效磷更能反映土壤的供磷狀況。

海拔梯度為1 900、1 800、1 700、1 600 m退化草甸土壤有效磷含量變異范圍為0～2.5 mg/kg（圖1），低于全國土壤普查的3.83 mg/kg，處于極低水平。這也表明該試驗區磷是重要的限制因子。

方差分析結果表明，海拔梯度為1 700 m和1 600 m的土壤有效磷含量具有表聚性，隨土壤深度的加深而顯著下降，10～20 cm 比0～10 cm分別下降了38.46%和49.40%，20～40 cm土層比10～20 cm土層分別下降了18.54%和59.52%；海拔梯度為1 900 m和1 800 m的土壤有效磷含量隨土壤深度的變化無顯著差異，這說明低海拔區域有利于表層土壤的有效磷的積累。

土壤全磷包括各種形態的磷素，即可溶性磷酸鹽、活性磷酸鹽、非活性磷酸鹽和有機磷等。

本試驗結果表明，不同海拔梯度土壤全磷含量介于0.1和0.3 g/kg（圖2），均小于0.5 g/kg，而Kellogg等[4]認為土壤全磷量一般為0.5～2.0 g/kg，這說明該區土壤磷素含量較低。不同海拔梯度的全磷含量在不同土層間無顯著差異。

2.3 土壤無機磷含量特征

土壤中無機磷以吸附態和鈣、鐵、鋁等的磷酸鹽為主。不同地區由于水、熱條件不同，致使土壤的風化發育程度有較大的差異，因此土壤中各種形態的磷含量也明顯不同。

由圖3可知，在0～10、10～20、20～40 cm土層土壤Al-P均表現為低海拔區域顯著高于1 900 m。0～10 cm土層1 600、1 700、1 800 m Al-P含量較 1 900 m分別提高了289%、400%和239%，10～20 cm土層1 600、1 700、1 800 m Al-PP含量較 1 900 m分別提高了313%、213%和359%，20～40 cm土層1 600、1 700、1 800 m的Al-P含量較 1 900 m分別提高了748%、822%和611%。

土壤Fe-P均表現為1 600～1 800 m區域顯著高于1 900 m區域，0～10 cm土層，1 800、1 700 m的Fe-P含量比1 900 m分別提高了345%和440%，10～20 cm土層1 800、1 700 m 的Fe-P含量較1 900 m分別提高了240%和300%，20～40 cm土層1 800、 1 700 m的Fe-P含量較1 900 m分別提高了805%和763%。

不同土層的土壤O-P、Ca-P均表現為1 900 m顯著高于其他區域，1 600、1 700、1 800 m之間無顯著差異。

由圖4可知，在0～10、10～20 cm土層，不同海拔梯度無機磷占全磷百分比有顯著差異，變化規律與可提取無機磷總量相同。

不同海拔梯度的各類可提取的無機磷形態、無機磷形態總量及百分比隨土壤深度的變化規律不相同。各土層不同海拔土壤可提取無機磷總量存在著顯著差異。

2.4 土壤有機磷的垂直分布

土壤有機磷的變幅很大，可占土壤全磷的20%～80%。土壤中已知的有機磷化合物形態主要有植素類、核酸類和磷酯類。土壤中有機磷的分解是生物作用過程，取于土壤微生物的活性，環境適宜時，尤其溫度條件適合微生物生長時，有機磷的分解礦化較快。

由圖5可知，不同土層的土壤有機磷占全磷百分比均表現為1 600 m顯著高于1 700、1 800和1 900 m，以1 900 m最低。不同海拔梯度的有機磷含量和有機磷占全磷百分比隨土壤深度的加深而顯著降低。

總體而言，低海拔區域不同土層的土壤有機磷含量均顯著高于高海拔區域，不同海拔梯度的土壤有機磷含量具有表聚性。這說明土壤有機磷主要來源于周邊草本植物，低海拔區域生物量大，受到化感作用較大，造成了低海拔區域的土壤有機磷含量高于高海拔區域。

2.5 土壤有效磷與土壤磷素相關性研究

相關性分析結果（表1）表明，土壤有效磷與全磷含量呈顯著負相關（r=-0.398，P<0.05）。有效磷與全磷相關性的研究結論有較大差異[7]，正相關、負相關和不相關均有報道，可能與土壤中磷的形態和反應的復雜性以及系統的自我調節作用有關。

3 小結

武功山退化草甸表層土壤有機磷、可提取無機磷總量、有效磷含量較下層土壤高。與1 900 m區域相比，1 600～1 800 m區域的土壤有效磷、有機磷含量及其占全磷的百分比均有顯著提高。低海拔的土壤全磷含量顯著低于高海拔，說明低海拔區域整體植被較好的因素使退化區域土壤的磷能被植物充分吸收利用；低海拔區域有利于無機磷中鋁磷和鐵磷的積累；土壤有機磷、鋁磷、鐵磷等可能是土壤有效磷的潛在來源。

參考文獻：

[1] 曹廣民，張金霞，鮑新奎，等.高寒草甸生態系統磷素循環[J].生態學報，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] 郭曉敏，牛德奎，郭 熙，等.奉新毛竹林土壤養分空間變異性研究[J].植物營養與肥料學報，2006，12（3）：420-425.

[6] 張雯雯，陳智文，李筱琳.測定石灰性土壤有效磷的影響因素分析[J].安微農業科學，2010，38（9）：4717-4719.

[7] 張玉萍，吳明均.597農場旱地有效磷的數據分析[J].吉林農業C版，2011（6）：124.

（責任編輯 韓 雪）