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(guān)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(jī)磷的礦化調(diào)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(diào)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(xué)問題或科學(xué)假說
（1）科學(xué)問題：與海拔相關(guān)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(xué)有怎樣的影響？
（2）科學(xué)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(shè)，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(shè)置六個海拔梯度（500m-1000m，間隔100m），分別建立4個重復(fù)地塊，共48個。腐殖質(zhì)土壤于 2009 年 8 月 4 日取樣。在每個地塊內(nèi)，在田間對巖心進(jìn)行篩分（2 mm 目）以使樣品均質(zhì)化，并結(jié)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(jī)和無機(jī)NaHCO3- P (以下分別稱為 “Bic-po” 和 “Bic-pi”)；（3）有機(jī)和無機(jī)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?？偼寥繮計算為在Hedley分餾中測得的所有P分?jǐn)?shù)的總和，有機(jī)磷濃度為總磷與無機(jī)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(diào)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(guān)性來測試Alox和Feox之間的關(guān)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(guān)系。
五、結(jié)果
（1）海拔梯度的影響
Residual-P 是所有海拔和植被類型，腐殖質(zhì)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(yīng)；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(jié)合起來，Resin-P 與 Alox + Feox 和吸附指數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)，盡管相關(guān)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(guān)關(guān)系，最強(qiáng)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(guān)，荒地中的 pH 值也是如此， NaOH-Po與荒地溫度呈負(fù)相關(guān)。
（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(guān) (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(guān)。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(yīng)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(shè)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(guān)。我們認(rèn)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(guān)，被認(rèn)為是生物有效性最高的部分。此外，Bic-Pi被認(rèn)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(qiáng)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(fù)相關(guān)，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(jī)磷（作為 NaOH 可提取物和殘留磷）是這些腐殖質(zhì)土壤中磷的主要形式，有機(jī)磷的酶水解可能是釋放生物可利用無機(jī)磷的驅(qū)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(qiáng)的驅(qū)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(dǎo)致高山生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)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(guān)，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(xì)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(jìn)行 Hedley P 分餾分析。我們的研究結(jié)果進(jìn)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(guān)，根據(jù)當(dāng)前氣候變化預(yù)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(jī)土壤中的磷保留呈正相關(guān)，我們預(yù)計這也會導(dǎo)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(yuǎn)低于其他有機(jī)土壤中的Alox和Feox濃度。綜上所述，我們的結(jié)果表明，草甸土壤中的鋁和鐵濃度不足以對活性無機(jī)磷的濃度施加強(qiáng)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(dǎo)致有機(jī)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(jī)的) 的濃度比荒地中的高2.0和1.5倍。一些有機(jī)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(jī)p通常與有機(jī)土壤中的Al和Fe濃度呈強(qiáng)正相關(guān)，通過保護(hù)有機(jī)磷免受微生物礦化的影響，草甸土壤中較高的有機(jī)磷吸附能力可以間接降低磷的利用率。這得到了我們的結(jié)果的支持，該結(jié)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(jié)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(jī)磷的積累較高，樹脂P的濃度成比例地較低，這與先前關(guān)于較高的相對P限制的報道相一致。草甸植被。
（3）本研究結(jié)果表明，下個世紀(jì)北極地區(qū)預(yù)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(guān)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)。