| 题名 | 低分子量有机酸对贡嘎山暗针叶林土壤磷形态的影响 |
| 作者 | 祝贺 |
| 答辩日期 | 2019-07-01 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 成都 |
| 导师 | 吴艳宏 |
| 关键词 | 柠檬酸 磷形态 根际和非根际土 垂直分异 季节变化 |
| 其他题名 | Effects of low molecular weight organic acids on phosphorus forms in dark coniferous forest of Mt. Gongga |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 磷（P）是植物生长的必需元素，参与植物的生理与生化过程，对植物的生长发育和新陈代谢具有重要作用，而P的有效供给是提升生态系统初始生产力的关键因素。虽然山地生态系统总磷（TP）含量丰富，但是能被植物直接利用的生物有效磷（Bio-P）的量却相对有限。因此，实现土壤尤其是根际土壤中Bio-P的持续供给对维持生态系统的健康与稳定具有重要意义。目前，已有较多研究探讨了山地生态系统土壤磷的形态及其生物有效性，但是对不同海拔梯度和根际/非根际土壤中磷的形态及其有效性的研究仍很少涉及，同时针对植物根系直接作用的根际土壤的研究目前关注更少。本研究选取贡嘎山东坡海拔2781~3480 m的峨眉冷杉林带为主要研究区域，于2017年的生长季前期（5月）、生长季（8月）和生长季后期（11月）三个季节，在2781 m、3022 m、3210 m和3480 m四个海拔分别进行了峨眉冷杉林的根际土和非根际土样品的采集，对不同季节根际土和非根际土中低分子量有机酸（LMOAs）、磷形态及其生物有效性进行了分析。研究揭示了不同季节根际土和非根际土中低分子量有机酸、磷形态及其生物有效性的海拔分布特征，在此基础上，重点阐明了生长季峨眉冷杉林根系分泌的低分子量有机酸对土壤磷形态及其生物有效性的影响。主要研究结论如下：1）在不同季节中，根际土壤和非根际土壤中的不同无机磷的浓度在海拔梯度上呈现出随着海拔高度的升高表现出升高-降低-升高的变化模式。5月和11月不同磷形态浓度呈现出根际＞非根际的趋势（p ＞ 0.05），8月Resin-P和NaHCO3-Pi呈现出根际＞非根际（p ＜ 0.05），其他磷形态则是根际＜非根际（p ＜ 0.05）。在不同季节，生长季Bio-P的浓度＜非生长季（p ＜ 0.05），根际/非根际土中有机磷的变化趋势与无机磷类似，即海拔梯度上5月和8月表现出升高-降低-升高的变化模式，而11月则表现为升高-降低的变化模式；在根际和非根际土之间磷的形态呈现出根际＞非根际的特征（p ＜ 0.05）。结构方程模型表明Fe/Al结合的无机磷和有机磷是贡嘎山生物有效磷的重要来源，Ca结合态的无机磷和Residue-P一部分可以直接转化为生物有效磷，另一部分转化为有机磷经过矿化再转化为生物有效磷。2）柠檬酸是贡嘎山峨眉冷杉林根际土壤中最主要的LMOAs，草酸和苹果酸次之。在不同季节，生长季的LMOAs浓度最高，而生长季前期和后期较低。不同季节根际土中的LMOAs没有明显的变化规律，而非根际土中的LMOAs随着海拔的升高其浓度逐渐降低。根际土中LMOAs浓度变化规律比非根际土中变化更为复杂，其主要原因可能在于植物根际作用。5月和11月由于处在生长季前期和生长季后期，根际土中和非根际土中的三种LMOAs均未表现出显著的差异性。8月生长季只有柠檬酸在根际和非根际表现出显著的差异性，主要原因在于植物为满足自身生长需要会分泌LMOAs加速营养元素的周转，与此同时NH4+-N在根际土中浓度高于非根际土，维持根际阴阳离子平衡也是造成土壤LMOAs差异的主要原因。研究结果表明土壤含水率和微生物量磷（MBP）是影响Bio-P的主要因素，尤其是高寒生态系统土壤水分相较于气候因子对Bio-P的影响更为突出。土壤水分通过直接或者间接的作用影响了土壤中Bio-P的海拔梯度的分布特征，土壤水分影响溶解性碳氮是Bio-P浓度增加的重要机制。同时，不同季节对Bio-P也存在影响因素的不同，例如5月和8月的NH4+-N、8月的LMOAs和11月Feox/Alox在相应的月份对Bio-P产生影响。根际土和非根际土中Bio-P的来源不同，相对于非根际土中有机磷的矿化是Bio-P的主要来源，根际土中无机磷之间的直接转化导致了Bio-P浓度的增加。生长季根际和非根际之间生物有效磷的显著差异的原因在于根际环境中LMOAs和MBP共同影响Bio-P；非根际环境中MBP占主导。根际土中显著高于非根际土中的柠檬酸显著提高了根际土中Bio-P的浓度，造成生长季Bio-P的浓度在根际和非根际之间差异较为显著。3）研究结果表明，LMOAs不但提高了土壤中Bio-P的浓度，而且LMOAs通过减少Fe/Al-P和Ca-P的浓度增加Bio-P的浓度。较高温度下LMOAs可能作为微生物的碳源提高微生物活性从而矿化土壤中有机磷实现无机磷的增加。草酸、柠檬酸和苹果酸在不同浓度下有效地增加了磷的溶解度，其活化能力呈现出浓度草酸＞柠檬酸＞苹果酸的规律。但是在低于25 mM时，单位时间内柠檬酸的活化能力＞草酸。LMOAs对磷的溶解随着时间的增加其溶解能力增加，但是三种低LMOAs均表现出在前期溶解速度快，随着时间增加溶解能力减弱的分布特征，即活化率呈现出先强后弱的特征。随着时间的增加，溶液中的pH增加表明溶液中的H+数量减少，证明了H+在磷溶解过程中与金属阳离子的交换作用。有机阴离子与磷酸根的配位体交换、有机配位体置换出矿物表面点位上的无机P、以及Fe/Al结合态磷酸盐的螯合溶解等是造成提高土壤P有效性的关键机制。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 150 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33966]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 祝贺. 低分子量有机酸对贡嘎山暗针叶林土壤磷形态的影响[D]. 成都. 中国科学院大学. 2019. |
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