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磷(P)是所有生命必需的元素。在热带和亚热带森林生态系统,土壤有效P是限制植被生产力和其它重要生态系统过程的重要因素。热带和亚热带高度风化土壤中的P大都以各种不同的固态组分存在,其中,有些P组分(比如有机P和Fe/Al结合态无机P)可以在较短时间内分解释放出无机P供植物利用,是潜在的有效P;而有的组分(比如闭蓄态P)却很难被生物利用。因此,了解不同土壤P组分的相对含量有助于我们评估土壤P限制的程度。此外,土壤磷酸酶在有机P矿化中也起重要作用,是判断土壤P限制与否以及生物P循环特征的重要指标。之前的研究表明,土壤发育会显著并且不可逆转的影响土壤P组分,但是热带和亚热带地区植被次生演替如何影响土壤P组分研究却很少。蚯蚓作为生态系统工程师,在土壤C和养分循环方面起着重要的调控作用,但是外来种蚯蚓如何影响土壤P循环的研究也非常有限。 本研究以鼎湖山自然保护区处在演替早期、中期和后期的马尾松林、针阔混交林和常绿阔叶季风林为对象,研究南亚热带森林次生演替对土壤P组分和磷酸酶活性的影响,以及地表凋落物层的P含量及其动态特征。同时,通过室内培养实验探讨鼎湖山林区重要的外来种蚯蚓Pontoscolex corethrurus对土壤P循环的影响。得到如下研究结果: 一)演替后期的森林生态系统土壤有效P和潜在有效P组分(Fe/Al结合态无机P和有机P)显著增加,而土壤闭蓄态P则在演替中期最高。说明随着植被演替的进行,土壤有效P的供应潜力有所增加;表明土壤有效P限制并非像基于植物组织N∶P计量化学比判断那样随森林演替而加剧。因此在探讨热带、亚热带地区森林P限制问题时,除考虑植物对P需求(植物N∶P比)外,还应结合土壤养分供给的情况(土壤潜在有效P组分)。 二)土壤有效P以及潜在有效P组分最易受土壤化学和微生物性质的影响;相对于土壤化学性质,土壤微生物特性与这些有效P和潜在有效P组分之间的关系尤为密切(较高的相关系数),表明土壤微生物在亚热带土壤P组分及其转化方面起着很重要的调控作用。森林次生演替对凋落物总P和可溶性P含量没有显著影响。 三)土壤磷酸酶活性在演替后期显著升高,并且与土壤有效态无机P含量之间并无显著关系,而与土壤有机P含量呈密切正相关。表明在次生演替尺度上,磷酸酶活性升高并不受土壤生物有效P限制的调控,而可能是植物和微生物对高有机P环境的一种适应。森林演替对凋落物层磷酸酶活性没有显著影响。 四)土壤P组分存在显著的季节动态特征,尤其是演替中期的针阔叶混交林,土壤有效P组分(Soluble Pi和Labile Pi)和闭蓄态有机P(Protected P。)在雨季显著降低,而磷酸酶活性和闭蓄态P(Occluded P)含量显著升高。说明在生长旺盛季节,有机P加速矿化释放的无机P在满足植物吸收利用的同时,冗余无机P又迅速转化为闭蓄态P持留在土壤中,从而在高温多雨和高度风化的热带亚热带地区,降低森林土壤P的流失风险。 五)外来种蚯蚓(Pontoscolex corethrurus)室内培养实验结果表明,排泄蚓粪中的水溶性无机P、总有机P和易分解有机P含量均显著增高;森林演替后期的土壤经过蚯蚓活动后,其水溶性无机P、总有机P和易分解有机P也显著增加。说明外来种蚯蚓显著提高了土壤P的有效性,抑制了磷酸酶活性,致使易分解性有机P在土壤中大量累积,增加幅度达2000%左右。