典型黑土区水土保持林对土壤磷有效性的影响

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为系统阐述植被恢复对土壤磷有效性的影响。本文首先以典型黑土区天然次生林土壤为研究对象,通过不同土层深度土壤最大吸附量(Qm)、最大吸附缓冲容量(MBC)、解吸量及解吸率等指标的测定、计算和分析,研究了未受干扰的天然次生林土壤磷的垂直空间变化以及供磷特性;在此基础上,选取樟子松林、水曲柳林、美青杨林3种水土保持林以及天然草地为研究对象,通过土壤最大吸附磷量(Qm)、磷吸持指数(PSI)、易解吸磷(RDP)等指标的测定与分析来探讨黑土区不同林分类型对土壤磷有效性的恢复效果;以及对林龄为10a、21a、30a、40a、52a的落叶松人工林土壤吸附与解吸指标的分析,揭示不同林龄落叶松林土壤磷的吸附-解吸动态变化特征。通过对人工营造的落叶松林、水曲柳林、樟子松林和美青杨林土壤全磷、速效磷以及磷组分的测定与分析,研究了典型黑土区土壤磷的形态特征和磷的生物有效性。结果表明:在0~180cm土层范围内,黑土区天然次生林土壤剖面不同层次土壤磷的等温吸附曲线均以Langmuir方程拟合程度最高,表现出相似的吸附机制;土壤最大吸附磷量(Qm)变化范围为442.21~857.23mg/kg;土壤剖面180cm土层范围内磷的最大吸附量(Qm)表现为0~60cm随土层增大逐渐增加,60~180cm土层范围内随土层先降低后增加的变化趋势,其中0~20cm上层显著低于140~180cm;吸附饱和度(DPS)则表现出相反的趋势;天然次生林0~20cm土层土壤磷的解吸量和解吸率较高,容易将吸附的磷解吸到土壤溶液中,而140~180cm土层土壤对吸附磷的解吸能力较弱。可以认为天然次生林0~20cm土层土壤供磷能力较强,随着土壤深度的增加,吸附能力增强,磷的有效性降低。0~40cm土层范围内,林地土壤的磷最大吸附量(Qm)在636.54~725.77mg/kg范围内,磷吸持指数(PSI)、吸附强度因子(K)和最大缓冲容量(MBC)均显著低于天然草地(p<0.05);林地能够显著增加土壤磷的解吸量和解吸率,土壤易解吸磷(RDP)是天然草地的3.06~4.63倍(p<0.05);可以认为水土保持林能够降低土壤对磷的吸附,增加磷的解吸程度,进而提高磷的利用率,并以阔叶林的作用效果最为显著。在0~10cm土层,加磷量为200~2400mg/kg范围内,落叶松人工林土壤对磷的吸附量和吸附率均高于天然次生林;黑土区林地土壤最大吸附磷量(Qm)在692.24~759.41mg/kg范围内;磷的最大吸附量(Qm)、吸附强度因子(K)和最大缓冲容量(MBC)均表现出随林龄的增加先增大后降低的趋势,30a生落叶松林达到最大值,并且与其他3种林龄差异显著(p<0.05)。土壤磷的解吸量和解吸率随林龄的增加先降低后增大,30a生落叶松人工林最小,52a最大,表明52a生落叶松林土壤所吸附的磷易解吸到土壤溶液中。可以认为落叶松人工林随林龄的增大并不是一直提高或降低土壤磷的利用率,30a生落叶松林土壤表现出较强的固磷的能力,而52a生时土壤的供磷能力较强,但均未达到天然次生林水平。水曲柳林和美青杨林阔叶林土壤全磷、速效磷和磷各组分含量均显著高于落叶松林和樟子松林(p<0.05);4种林地土壤中的磷主要以有机磷的形式存在,并且以中活性有机磷NaOH-Po含量最高,占土壤全磷含量的58.88%;对植物最有效的H2O-P和NaHCO3-P含量较低;土壤有机质与全磷、有效磷以及磷各组分显著相关,NaHC03-Po除外;土壤中不同的磷形态之间也达到显著的正相关关系(p<0.05),仅与NaHCO3-Po的相关系数较小。可以认为水曲柳林和美青杨林可以显著提高土壤磷的有效性。研究结果可为典型黑土区植被恢复效果评价提供理论基础。
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