一、文章基本信息

原名：Drought promotes soil phosphorus transformation and reduces

phosphorus bioavailability in a temperate forest

譯名：干旱促進(jìn)溫帶森林土壤磷素轉(zhuǎn)化，降低磷的生物有效性?

作者：Chengjie Ren，et al.

期刊：Science?of?the?Total?Environment

2021年影響因子/JCR分區(qū)：7.963/Q1

發(fā)表時(shí)間：2020.05

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二、文獻(xiàn)閱讀內(nèi)容

1 關(guān)鍵詞

干旱；土壤磷生物有效性；磷素轉(zhuǎn)化；微生物量；磷酸酶活性。

2 研究主題和背景

（1）背景：干旱能不斷改變生態(tài)系統(tǒng)功能，尤其是關(guān)鍵養(yǎng)分的生物地球化學(xué)循環(huán)；P作為必需且限制元素，在生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵過程中起著重要的作用，而干旱如何影響土壤磷素轉(zhuǎn)化和磷的生物有效性尚未清楚。

（2）主題：本研究采用透雨減少法進(jìn)行了為期4年的田間干旱試驗(yàn)，以研究干旱對(duì)溫帶森林土壤磷動(dòng)態(tài)和磷生物有效性的影響。

3 科學(xué)問題或科學(xué)假說

科學(xué)問題：

干旱對(duì)土壤磷的生物地球化學(xué)循環(huán)及磷生物有效性的影響？（1）將土壤P分為9個(gè)組分，探究哪一組分對(duì)干旱條件更為敏感，以及在干旱條件下P組分的轉(zhuǎn)化；（2）干旱如何影響土壤微生物磷動(dòng)態(tài)，這些微生物特性是否可以解釋土壤磷組分的變化；（3）評(píng)估三種生物機(jī)制對(duì)無機(jī)磷釋放的影響。

4?材料與方法

A.試驗(yàn)樣地與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：位于河南省森林生態(tài)研究站，在林分和環(huán)境條件相近的60年生次生林中建立6個(gè)20 m × 20 m的試驗(yàn)區(qū)組，設(shè)置對(duì)照試驗(yàn)。2013年5月開始干旱處理，歷經(jīng)4年。

B. 土壤理化性質(zhì)分析

土壤水分；土壤pH；SOC；TN；TP；DOC、DON；Olsen?P

C.?土壤磷組分

采用順序提取法測(cè)定土壤中P的含量，Hedley?1982：9種組分對(duì)于磷的生物有效性貢獻(xiàn)存在不同意義，

D.?土壤微生物P和酸性磷酸酶活性

氯仿熏蒸法；對(duì)硝基苯酚法。

E.數(shù)據(jù)分析?

所有數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，進(jìn)行單因素方差分析；由于土壤磷動(dòng)態(tài)與土壤水分密切相關(guān)，且干旱處理顯著降低了土壤水分含量，本研究通過簡單回歸分析探討了土壤水分與化學(xué)磷和微生物磷參數(shù)之間的關(guān)系；所有統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS20.0進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

5?結(jié)果

（1）?土壤基本理化性質(zhì)

干旱條件顯著降低了土壤水分，同時(shí)也顯著減少了土壤TN（4.21-3.78g/kg干土），但SOC、TP、DOC、DON沒有顯著變化。另外四年干旱條件顯著降低了土壤pH（5.7-5.1）。

（2）?土壤P組分

在此暖溫帶森林中，Ca磷酸鹽（稀/濃HCl提取）是最豐富的磷組分，這兩種無機(jī)磷組分約占總磷的一半（49%；43%）。同時(shí)，該暖溫帶森林的有機(jī)磷形式也占很大一部分（22%；28%）。大多數(shù)有機(jī)磷以中等活性P形式存在（NaOH-P，Fe/Al氧化物結(jié)合），頑固性殘余磷（閉蓄態(tài)-次生礦物中）大約占總磷的13%-15%；高活性（resin-P），中等活性P（NaHCO3-P），潛在活性無機(jī)磷（NaOH-Pi）分別占總磷的2%，5%，6%。

干旱條件顯著降低了兩種生物最有效的土壤無機(jī)磷組分（resin-Pi，NaHCO3-Pi）含量，同時(shí)也顯著降低了Ca磷酸鹽的含量。與土壤生物有效性和Ca磷酸鹽組分相比，干旱顯著增加了與次生礦物有關(guān)的土壤無機(jī)P組分含量。

（3）?土壤微生物P和酸性磷酸酶活性

MBP和ACP都受到干旱條件的負(fù)面影響。ACP：0.9-0.6umolp-NPg soil/h；MBP：10.7-6.4mg/kg?soil。

（4）?土壤水分、土壤P組分以及微生物P特性之間的關(guān)系

回歸分析：土壤含水量與全磷含量、Resin無機(jī)磷、HCl-P、NaOH-P以及ACP顯著相關(guān)，除NaOH-P外，均隨土壤水分的增加而呈現(xiàn)線性上升趨勢(shì)。回歸分析表明，生物最有效的土壤無機(jī)磷含量隨土壤酸性磷酸酶活性的增加呈顯著的線性增加趨勢(shì)。NaOH和濃HCl提取的有機(jī)磷組分隨土壤酸性磷酸單酯酶活性的增加呈顯著的線性下降趨勢(shì)。

6?討論??

???暖溫帶森林土壤磷素生物地球化學(xué)循環(huán)和磷生物有效性對(duì)干旱非常敏感，本研究結(jié)果表明，干旱顯著降低了土壤磷的生物有效性，并推動(dòng)了土壤全磷在不同組分的重新分配，使其向次生礦物磷和有機(jī)磷轉(zhuǎn)化。此外，干旱還對(duì)土壤微生物磷動(dòng)態(tài)產(chǎn)生了顯著的負(fù)向影響。這在一定程度上導(dǎo)致了次生礦物伴生磷的富集。

（1）?土壤磷組分在干旱條件下重新分配

干旱降低了磷酸鈣，主要是磷灰石。以往研究表明干燥的條件更有利于磷酸鈣在土壤中的長時(shí)間儲(chǔ)存，并且鈣磷酸鹽相對(duì)更穩(wěn)定，但是有研究表明，HCl-P的穩(wěn)定性取決與pH；在高pH的土壤中，HCl可提取磷中往往含有高度穩(wěn)定的磷酸鈣礦物，而在酸性土壤中，磷灰石的穩(wěn)定性要差得多。

（2）?干旱對(duì)MBP的負(fù)向影響

除土壤無機(jī)磷和有機(jī)磷組分外，干旱還降低了土壤微生物量磷。MBP對(duì)環(huán)境因子十分敏感，干旱可能抑制微生物的生長并殺死微生物細(xì)胞，微生物生物量中磷的大量釋放導(dǎo)致微生物生物量磷的減少，土壤微生物量逐漸被認(rèn)為是土壤磷動(dòng)態(tài)的主要驅(qū)動(dòng)力。

（3）?干旱改變了土壤無機(jī)磷的潛在供給途徑，并降低土壤磷的生物有效性

土壤溶液中的無機(jī)磷濃度非常低，生物有效P含量可通過復(fù)雜的生物化學(xué)過程得到補(bǔ)充。結(jié)果表明，質(zhì)子驅(qū)動(dòng)無機(jī)磷釋放是無機(jī)磷供給土壤溶液最重要的潛在途徑。

7?結(jié)論

（1）?溫帶森林持續(xù)四年的干旱試驗(yàn)不斷地改變了P生物地球化學(xué)活性

（2）?干活促進(jìn)了鈣磷酸鹽的減少，主要是由于土壤酸化導(dǎo)致其溶解；磷酸鈣釋放的無機(jī)磷不存在于活性組分中，而是轉(zhuǎn)化為次生無機(jī)磷組分和有機(jī)磷。

（3）?干旱引起的土壤磷素再分配不僅直接降低了土壤磷素的生物有效性，而且可能改變土壤溶液中無機(jī)磷的補(bǔ)充機(jī)制。由于干旱傾向于降低質(zhì)子驅(qū)動(dòng)的無機(jī)磷釋放電位，而增加了酶和有機(jī)酸驅(qū)動(dòng)的無機(jī)磷釋放電位容量。

（4）?干旱可顯著改變土壤磷循環(huán)及其生物地球化學(xué)機(jī)制。

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附：