原名：Bioavailable Soil Phosphorus Decreases with Increasing?Elevation in a Subarctic Tundra Landscape
譯名：在亞北極苔原，土壤有效磷含量隨著海拔升高而降低
作者：Vincent，et al.
期刊：PLOS ONE
影響因子/分區(qū)：3.27/3區(qū)
發(fā)表時間：2014.03.27
一、關鍵詞
海拔梯度，土壤P生物有效性，P組分，植被，氣候
二、研究主題和背景
（1）背景：磷 (P) 是北極和亞北極苔原中的重要大量營養(yǎng)素，其生物有效性受有機磷的礦化調控。盡管不同土壤特性對植物群落影響可能不同，但溫度可能對磷生物有效性起著重要的調控作用。
（2）主題：我們研究了瑞典北部的海拔梯度，其中包括所有海拔的荒地和草甸植被類型，以研究溫度，土壤磷吸附能力以及草酸鹽可提取的鋁 (Alox) 和鐵 (Feox) 對不同土壤P組分的濃度的影響。
三、科學問題或科學假說
（1）科學問題：與海拔相關的溫度變化對亞北極生態(tài)系統(tǒng)中磷有效性和生物地球化學有怎樣的影響？
（2）科學假說：a.不論植被類型如何，活性P組分的濃度都隨著海拔的升高（溫度降低）而降低。b.草甸土壤活性P濃度更低，低于荒地，由于草甸的葉片N:P更高，同時其有較高濃度的Al和Fe以及較高的土壤磷吸附能力。通過解決這些假設，我們旨在更好地了解溫度變化（例如氣候變暖）如何影響亞北極苔原生態(tài)系統(tǒng)中兩種主要植被類型的磷有效性。
四、材料與方法
（1）本研究是在位于瑞典北部阿比斯庫東南約20公里處的 Suorooaivi 山（1193 米）的東北面斜坡（68°19 N, 18°49’9 E)。于2007年，設置六個海拔梯度（500m-1000m，間隔100m），分別建立4個重復地塊，共48個。腐殖質土壤于 2009 年 8 月 4 日取樣。在每個地塊內，在田間對巖心進行篩分（2 mm 目）以使樣品均質化，并結合以產(chǎn)生每個地塊的單個散裝樣品。將樣品密封在聚乙烯袋中，并在取樣的同一天運送到實驗室。從每個樣品中，立即將一個子樣品儲存在 2°C (48 h)下，剩余部分在 -20°C 下冷凍。
（2）Hedley P組分：順序浸提法；樹脂可萃取的P組分-樹脂態(tài)P；（2）有機和無機NaHCO3- P (以下分別稱為 “Bic-po” 和 “Bic-pi”)；（3）有機和無機NaOH可萃取P（分別稱為 “NaOH-po” 和 “NaOH-pi”)；（4）Hcl-P;（5）Res-P。
（3）吸附指數(shù)：單點P吸附方法來評估相對P吸附能力；比色法。
（4）提取物中P的測定：流動注射分析儀 (FIA) 分析。總土壤P計算為在Hedley分餾中測得的所有P分數(shù)的總和，有機磷濃度為總磷與無機磷濃度之差。
（5）無定型鋁 (Al) 和鐵 (Fe) 濃度是在用 0.2 M 酸性草酸鹽 (C2H8N2O4) 萃取后測定的，pH 值調節(jié)至 3。
（6）數(shù)據(jù)分析：多元方差分析；單因素方差分析。我們使用Pearson相關性來測試Alox和Feox之間的關系; 線性回歸用于測試土壤P級分與Alox Feox，吸附指數(shù)和溫度之間的關系。
五、結果
（1）海拔梯度的影響
Residual-P 是所有海拔和植被類型，腐殖質中最豐富的 P 部分（占土壤總 P 的59-76%），其次是 NaOH-Po（1.6-31%）和 Resin-P（1.5-18%）?？偛环€(wěn)定P（即 Resin-P、BicPi 和 Bic-Po 的總和）占土壤總 P 的 4-20%。其中 Resin-P 的海拔影響最大，海拔最低處濃度最高。對于兩種植被類型來說，最高海拔的樹脂P 濃度分別比最低海拔的荒地和草地低 7 倍和 11 倍?？偛环€(wěn)定 P 趨勢反映了樹脂 P 的趨勢，荒地最高海拔 (1000 m) 的濃度不到 500 m (最低海拔) 和 700 m 地點記錄的濃度的1/5。在草甸，最高海拔處的總不穩(wěn)定磷濃度不到最低海拔處記錄的1/3。雖然海拔對除 Bic-Pi 和 HCl-P之外的所有其他土壤特性也有顯著影響，但測量的任何其他 P 組分的海拔都沒有簡單的單向趨勢或 Alox + Feox 或吸附指數(shù)。Resin-P保持單向升高趨勢，Bic-Po保持非單向效應；此外，Bic-Pi 收到海拔的顯著影響，因為它在草地的最低海拔處最高。將所有海拔和植被類型結合起來，Resin-P 與 Alox + Feox 和吸附指數(shù)均呈顯著負相關，盡管相關性較弱。在大多數(shù)其他 P 組分與 Alox + Feox 和吸附指數(shù)之間觀察到顯著的正相關關系，最強的是 NaOH-Po 和 HCl-P，Resin-P 和總不穩(wěn)定 P 與荒地和草甸植被中的溫度顯著正相關，荒地中的 pH 值也是如此， NaOH-Po與荒地溫度呈負相關。
（2）植被的影響
除樹脂P和總不穩(wěn)定磷外，所有磷組分的濃度在草地和荒地之間存在顯著差異，除Bic-Po 外，所有這些都在草地上最高。NaOH-Po組分在兩種植被類型之間的濃度差異最大; 草甸中的濃度平均比荒地中的濃度高三倍，并且代表草甸中的總P的25%，但僅在荒地中13%。Alox和Feox的濃度彼此高度相關 (R2 = 0.951，p，0.001)，并且它們的總和 (Alox + Feox) 在草地中比在荒地中高平均三倍。平均20%，草地的吸附指數(shù)也顯著高于荒地 。此外，吸附指數(shù)與Alox + Feox顯著正相關。濃度除以吸附指數(shù)后，Bic-Pi和Bic-Po在草地和荒地中分別保持最高，而樹脂-P在荒地中也最高。除Bic-Pi和HCl-P外，所有P組分的植被類型和海拔之間都存在交互作用，這意味著土壤P組成對海拔變化的響應取決于植被類型。
六、討論
（1）海拔升高對不穩(wěn)定性P組分的影響
假設不穩(wěn)定磷組分的濃度隨海拔升高（溫度下降）而下降，而與植被類型無關。我們認為樹脂-P、Bic-Pi和Bic-Po代表最不穩(wěn)定的P組分；樹脂磷與植物磷吸收密切相關，被認為是生物有效性最高的部分。此外，Bic-Pi被認為來源與樹脂-P類似，而Bic-Po則容易礦化。對于這種樹脂P形態(tài)，植被與海拔高度也有很強的交互作用，這意味著這兩種植被類型之間的下降模式不同，因此海拔（溫度）對磷有效性的影響取決于植被類型。Bic-Pi和Po的濃度沒有顯示出任何隨海拔升高的單向趨勢，但鑒于它們發(fā)生在低得多的濃度下，總體趨勢仍然是生物可利用 P 隨著海拔升高而下降的趨勢之一。本研究地點的 Alox + Feox 濃度和吸附指數(shù)在不同海拔高度不同，并且都與總不穩(wěn)定 P 呈弱負相關，但即使在校正吸附指數(shù)后，Resin-P 的海拔趨勢仍然保持不變，表明它們在很大程度上是由吸附以外的因素解釋的。許多因素可以解釋觀察到的 Resin-P 隨著升高而降低。有機磷（作為 NaOH 可提取物和殘留磷）是這些腐殖質土壤中磷的主要形式，有機磷的酶水解可能是釋放生物可利用無機磷的驅動因素，正如阿拉斯加苔原所顯示的那樣。溫度是亞北極地區(qū)土壤酶活性最強的驅動因素，變暖實驗表明，即使溫度相對較小的升高 (1.2-1.7°C) 也會導致高山生態(tài)系統(tǒng)有機磷礦化的大量增加。在此研究的海拔梯度上的溫度變化先前已被證明與一系列變量有關，包括土壤pH，總氮和銨濃度，C與N的比率，植被密度，植物和微生物群落組成以及真菌與細菌的比率 。因此，許多沿海拔梯度變化的土壤和植被特性很可能代表對P可用性的間接溫度控制。據(jù)以往研究表明，這是第一次沿亞北極海拔梯度進行 Hedley P 分餾分析。我們的研究結果進一步表明，由于海拔（以及溫度）的微小變化與可用磷的巨大變化有關，根據(jù)當前氣候變化預測，溫度升高可能對北極苔原的未來磷可用性產(chǎn)生重大影響。
（2）不同磷組分的植被差異和分布
在草甸土壤中，Bic-Po總濃度顯著低于荒地土壤，而吸附指數(shù)和Alox+Feox濃度顯著高于荒地土壤。然而，Bic-Pi的濃度表現(xiàn)出相反的模式，最大的不穩(wěn)定磷庫樹脂-P的濃度在不同植被類型之間沒有顯著差異。由于較高的鋁和/或鐵已被證明與有機土壤中的磷保留呈正相關，我們預計這也會導致樹脂磷濃度降低，樹脂磷具有較高的吸附傾向。然而，我們土壤中的Alox和Feox濃度遠低于其他有機土壤中的Alox和Feox濃度。綜上所述，我們的結果表明，草甸土壤中的鋁和鐵濃度不足以對活性無機磷的濃度施加強有力的控制。草甸土壤中較高的Alox Feox濃度和吸附指數(shù)值對樹脂-P的濃度幾乎沒有明顯影響，但它們可能導致有機P的吸附較高。這一事實表明，草甸中的NaOH-Po和殘留P (在我們的土壤中主要是有機的) 的濃度比荒地中的高2.0和1.5倍。一些有機P化合物對Al和Fe氧化物具有很高的親和力，并且土壤有機p通常與有機土壤中的Al和Fe濃度呈強正相關，通過保護有機磷免受微生物礦化的影響，草甸土壤中較高的有機磷吸附能力可以間接降低磷的利用率。這得到了我們的結果的支持，該結果表明，草甸的樹脂磷濃度以總土壤磷的百分比表示，大約是荒地土壤中的一半，并且與草甸的磷限制比荒地植被中的磷限制相對較高的發(fā)現(xiàn)一致。
七、結論
（1）海拔下降500 m，同時溫度升高2.5-3.0°C，在不同的苔原植被類型下，北極土壤中的樹脂P濃度提高了約10倍。但是樹脂P濃度隨海拔 (溫度) 變化的特定方式隨植被類型而不同。
（2）在草甸土壤中，草酸鹽可提取的Al和Fe的濃度較高，磷的吸附能力較高，有機磷的積累較高，樹脂P的濃度成比例地較低，這與先前關于較高的相對P限制的報道相一致。草甸植被。
（3）本研究結果表明，下個世紀北極地區(qū)預測的溫度升高3-5°C可能會增加土壤中不穩(wěn)定P的濃度，但是這種升高的具體模式可能取決于植被類型。未來土壤磷利用率的增加可能會影響關鍵的生態(tài)系統(tǒng)過程，例如這些高度營養(yǎng)受限的苔原生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)。