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磷(P)作为植物生长过程中必不可少的元素,一直被认为是亚热带森林限制性养分元素之一,严重阻碍了该地区人工林的可持续发展,这个问题在长期大面积杉木单一树种种植模式中尤为突出。因此如何高效利用和充分挖掘土壤中潜在有效的P源,寻找更适合亚热带土壤P固持和有效性的营林模式,将会更好地提高杉木人工林生产力和生态系统服务功能。本研究将围绕如何提高杉木人工林中土壤P供应潜力和有效性这一关键科学问题展开研究,选择南亚热带杉木纯林(Pure plantation of Cunninghamia lanceolata,PP)和杉木/红锥混交林(Mixed plantation of Cunninghamia lanceolata/Castanopsis hystrix,MP)作为研究对象,采用野外监测和室内实验相结合的方法,分别对两种林分原土和各粒径土壤团聚体的理化性质、土壤微生物群落结构及功能、土壤有机磷(Po)组分和土壤无机磷(Pi)组分等指标进行测定和分析,重点探究Po组分和Pi组分在土壤团聚体中变化特征及其与环境因子之间的相互关系。通过对上述问题的研究,为提高杉木人工林土壤团聚体稳定性、土壤质量和P有效性等方面的树种选择、种植模式和可持续经营措施提供重要的科学依据。本文研究结果如下:(1)杉木纯林引入红锥混交改造12年后,MP中的有机碳(SOC)、全氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、有效磷(AP)和土壤碳磷比(C/Psoil)在原土和四个粒径(>2 mm、1-2 mm、0.25-1 mm和<0.25 mm)的土壤团聚体中均显著高于PP(P<0.05);与PP相比,MP的硝态氮(NO3--N)在>2mm和0.25-1 mm土壤团聚体中显著增加(P<0.05),土壤碳氮比(C/Nsoil)在原土和>2 mm、<0.25 mm土壤团聚体中显著提高(P<0.05),但全磷(TP)、土壤氮磷比(N/Psoil)和p H在原土和所有粒径土壤团聚体中均无显著变化。MP的土壤平均重量直径(MWD)显著高于PP(P<0.05)。(2)与PP相比,MP的微生物生物量碳(MBC)在原土中显著增加了30.95%,在其余四个粒径中均没有出现显著性差异。微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)分别在原土和各粒径中均显著(P<0.05)提高了73.84%、77.89%、41.15%、67.13%、25.75%和73.01%、48.77%、37.62%、38.00%、94.09%。原土、>2 mm、<0.25 mm粒径土壤团聚体的MBN与MWD呈显著正相关关系(P<0.05),原土和各粒径土壤团聚体(0.25-1 mm除外)的MBP与MWD呈显著正相关(P<0.05),而原土和各粒径土壤团聚体的MBC与MWD均无显著相关性。MP的微生物总PLFAs、细菌(Bacteria)、革兰氏阳性细菌(G+)、革兰氏阴性细菌(G-)、真菌(Fungi)、放线菌(Act)、丛枝菌根真菌(AMF)在原土和大部分粒径团聚体中均显著高于PP(P<0.05),而真菌/细菌(F/B)仅在原土中显著高于PP(P<0.05)。原土和大部分粒径土壤团聚体的微生物总PLFAs、Bacteria、Fungi、Act与MWD呈显著正相关关系(P<0.05),原土和<0.25mm粒径土壤团聚体的F/B与MWD呈显著正相关(P<0.05),原土和所有粒径团聚体的AMF和G—与MWD均无显著相关性。Bacteria、Fungi、Act与土壤理化性质(SOC、TN、TP、AP、NH4+-N、NO3--N、C/Nsoil和C/Psoil)均呈正相关关系(P<0.05)。主成分分析(PCA)表明,杉木纯林引入红锥混交改造12年后,显著改变原土及各粒径土壤团聚体中的土壤微生物群落结构;最后通过冗余分析(RDA)确定凋落物碳磷比(C/Plitter)是驱动土壤微生物群落结构变化的最主要环境因子。(3)与PP相比,MP中与土壤C、N、P转化相关的水解酶活性发生不同程度的变化,具体表现为:β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-葡萄糖苷酶(NAG)在原土和所有粒径团聚体中均显著提高(P<0.05);酸性磷酸酶(ACP)在原土和所有粒径团聚体中也呈显著提高(P<0.05);而亮氨酸氨基肽酶(LAP)仅在0.25-1 mm和<0.25 mm土壤团聚体中显著增加(P<0.05)。相关性分析表明,C水解酶活性(BG)和N水解酶活性(NAG、LAP)均与P水解酶(ACP)均呈极显著正相关关系(P<0.01);BG、NAG、LAP和ACP与土壤理化性质(SOC、TN、TP、AP和NH4+-N)呈显著正相关(P<0.05),而凋落物碳氮比(C/Nlitter)与这四种水解酶活性呈显著负相关(P<0.05);BG、NAG、LAP和ACP与Bacteria、G-和Fungi均呈显著正相关(P<0.05)。(4)与PP相比,MP的活性有机磷(LO-P)在原土和四个粒径土壤团聚体中均显著增加(P<0.05),中度活性有机磷(MLO-P)和中度稳定性有机磷(MRO-P)在原土和所有粒径(1-2 mm除外)中均显著增加(P<0.05),高稳定有机磷(HRO-P)在原土和三个粒径(>2 mm、1-2 mm、<0.25mm)中均显著增加(P<0.05)。所有粒径土壤团聚体的LO-P与MWD呈显著正相关(P<0.05),原土和三个粒径土壤团聚体(>2 mm、1-2mm、<0.25 mm)的HRO-P与MWD呈显著正相关(P<0.05),此外,只有>2mm粒径土壤团聚体的MLO-P和0.25-1 mm粒径土壤团聚体MRO-P分别与MWD呈显著正相关(P<0.05)。方差分解分析结果表明,影响Po组分的变化的主要因素来自土壤理化性质、微生物特征、植物特性三者的共同效应,通过冗余分析(RDA)对环境因子进行排序,最终确定凋落物氮磷比(N/Plitter)、Fungi、BG、LAP、NH4+-N是驱动Po组分变异的最主要环境因子。(5)与PP相比,MP土壤中Pi组分的铝磷(Al-P)、闭蓄态磷(O-P)、钙磷(Ca-P)含量在原土和所有粒径土壤团聚体中均没有显著增加,而土壤铁磷(Fe-P)含量在原土和所有粒径土壤团聚体中(0.25-1 mm除外)有显著性增加(P<0.05)。三个粒径(>2 mm、1-2 mm、<0.25 mm)土壤团聚体的Fe-P与MWD呈显著正相关(P<0.05),>2mm粒径土壤团聚体的O-P与MWD呈显著正相关(P<0.05),而原土和各粒径团聚体的Al-P、Ca-P与MWD均无显著性差异。方差分解分析结果表明,影响Pi组分的变化的主要因素主要来自土壤理化性质独立效应,其次是三者的交互效应。通过RDA对环境因子进行排序,最终确定TN、BG、N/Plitter、LAP是驱动Pi组分变异的最主要环境因子。(6)结构方程模型(SEM)结果表明杉木纯林引入红锥混交改造后主要通过改变C/Nlitter、TN和SOC来驱动AMF和Fungi并最终影响P的转化。综合直接效应和间接效应考虑,SOC是促进AMF增长并最终提高P转化的最关键因子。综上所述,在杉木纯林引入红锥混交改造能有效改善土壤团聚体粒径结构及其稳定性,提高土壤养分质量,增强土壤P的固持、积累及转化。本研究为有效促进杉木纯林的土壤团聚体稳定性的形成和提高土壤P组分的积累与转化提供新思路和新方法。