外源碳输入对中亚热带森林土壤铁还原及磷有效性的影响机制

Phosphorus (P)-deficient is important limiting factors for the tropical and subtropical forest productivity, the form of iron oxide changes directly affect soil phosphorus availability. Iron (Fe) plays a key role in ecosystem biogeochemical cycling through its interactions with carbon (C) and phosphorus (P),the source of carbon is most important driving factor which influence the reduction of iron and then regulate the release of phosphorus ,how it influence the availability of forest soil phosphorous or the regulation mechanism are unclear.This project select Castanopsis carlesii natural forest and Cunninghamia lanceolata plantation as research object,through in situ observation of the influence that different quantity and quality of litter input on the reduction of iron and availability of phosphorous ,combining with laboratory test at the same ,to indicate the mechanism of influence that different quantity and quality of litter input on the reduction of iron and availability of phosphorous,this study provide a new way and thought to solve the problem of the low level availability of phosphorus in subtropical forest,and also provide theoretical support for the management of forest.

有效磷低是热带亚热带森林生产力受限的重要因素，土壤中铁氧化物形态的变化直接影响土壤磷有效性。铁通过与碳及磷的交互作用在生态系统地球化学循环过程扮演重要的角色，碳源是影响铁的还原进而调节磷释放的最为重要的驱动条件，其在影响森林土壤磷素有效性方面扮演的角色及调控机制尚不明确。项目选取米槠天然林和杉木人工林为研究对象，通过原位观测不同质量和数量凋落物输入对土壤铁还原及磷有效性的影响，同时结合室内模拟实验揭示不同质量和数量的外源碳输入对土壤铁还原及磷有效性的影响机制，本研究为解决中亚热带森林土壤磷有效性低的问题提供新的途径和思路，为森林管理和森林经营提供理论支持。

高度风化亚热带森林土壤富含铁氧化物，土壤铁通过与有机碳的配位交换作用和有机碳驱动下的铁还原作用影响土壤磷有效性，然而目前相关机制及其影响因素尚不明确。主要结果如下：1、野外原位凋落物输入控制实验：米槠林土壤有机碳电子接受能力明显高于杉木人工林土壤，但两种林分土壤有机碳的电子供给能力无显著差异；与对照相比凋落物输入显著提高土壤微生物量磷含量，而对土壤其它磷组分及铁形态无影响不显著；2、室内模拟外源碳输入实验：腐殖质、蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)、米槠凋落物的淋溶液和杉木凋落物淋溶液的添加提高土壤有机碳的电子接受和供给能力，但是不受乙酸、葡萄糖以及木质素的添加的影响；除木质素外，其它几种外源碳的输入都不同程度促进土壤铁还原，并且随添加量增加铁还原量也增加，与此同时降低土壤铁磷含量，增加土壤微生物量磷含量，对土壤其它磷组分的影响则不显著；结果说明了外源碳驱动土壤铁还原所释放的磷是植物和微生物获取磷的途径之一，并且不同的碳源在土壤铁还原中所起的作用不同。3、增温和降雨减少实验：增温、降雨减少及其交互作用对土壤铁形态及有机碳的电子转移影响不显著，但是增温及增温降雨减少交互作用显著提高土壤活性无机磷含量和铁结合磷含量，显著降低土壤微生物量磷含量，结果说明短期增温和降雨减少对土壤铁循环影响不显著，增温主要通过降低土壤微生物对磷的吸收，而提高土壤磷有效性，但是增温导致潜在可利用的土壤微生物量磷大幅度的降低，可能不利于本区域土壤磷的持续供给。4、不同母质土壤对磷吸附解析实验：砂岩发育土壤对磷吸附解析能力强于花岗岩，两种母质对土壤吸附能力随温度增高而增大，并且同种母质发育的土壤其吸附解析能力与土壤有机碳含量呈显著负相关，说明了外源碳的输入可能会降低土壤对磷的固定强度和数量，从而提高土壤磷有效性。项目研究为解决中亚热带森林土壤磷有效性低的问题提高新的思路，为森林经营和管理提供理论支持。