亚热带天然林地土壤磷素形态组成及空间分异特点研究

周华萍; 张舟娜; 章明奎

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0588

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中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (9) : 107-116. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0588

资源·环境·生态·土壤

亚热带天然林地土壤磷素形态组成及空间分异特点研究

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Forms and Spatial Distribution of Soil Phosphorus in Subtropical Natural Forest Land

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摘要

为了解亚热带天然林地土壤磷素组成的空间分异特征，本研究以钱江源国家公园莲花山景区的天然林地为对象，分别采集坡顶、中坡（山腰）、坡脚等3个地形部位的上层土样(0~15、15~30 cm)和代表剖面的分层土壤样品，并且采集根际土壤，进而详细鉴定土壤磷素形态。结果表明：无论是上层土样还是剖面分层土壤分析结果均表明，研究区土壤有机碳、全磷、各形态的有机磷、Ca₂-P、有效磷含量均呈现明显的表聚特征，随着土壤深度的增加逐渐降低。研究土壤无机磷的平均比例高于有机磷比例；有机磷占全磷的比例、活性有机磷和中度活性有机磷占有机磷的比例呈现坡脚>坡顶>中坡的规律，并且随着剖面深度的增加显著下降。林地土壤中的有机磷主要以中度活性有机磷和中稳性有机磷的形态存在；无机磷主要以闭蓄态磷(O-P)和Fe-P的形式存在。与对应土层的细土比较，根际土壤中含有较低的全磷、较低的pH，较高的有机碳、有效磷、有机磷比例、活性有机磷占有机磷的比例和Ca₂-P占全磷的比例。各形态有机磷、Ca₂-P、Al-P、有效磷含量与有机碳呈极显著相关。分析认为根系对深层土壤磷的吸收、枯叶返回地表及地表径流的迁移是造成天然林地土壤磷素空间差异的主要驱动因素。

Abstract

To understand the spatial differentiation of soil P forms in the subtropical natural forest land, this study took the natural forest land of Lianhuashan scenic spot in the Qianjiangyuan National Park as the research object, both upper layer samples (0-15 cm and 15-30 cm) and the horizontal samples of representative soil profiles located in three terrain positions, including the top of slope, middle slope (hillside), slope toe, and also rhizosphere soils at the foot of the slope, were collected to characterize P forms for understanding the relationship between soil P composition and topography. The analysis results of both upper soil sample and profile soil horizonal samples showed that the organic C, total P, total organic P and various forms of organic P, Ca₂-P and available P had obvious surface enrichment characteristics, which gradually decreased with the soil depth. The averaged proportion of inorganic P in the total P was higher than that of organic P. The proportion of organic P to the total P and the proportions of both active and moderate active organic P to total organic P decreased in the order of slope toe > top > middle slope, and also decreased with the depth of the profile. The organic P in forest soil mainly existed in the medium active organic P and medium stable organic P, while inorganic P mainly existed in the occluded P (O-P) and Fe-P. Compared with the corresponding bulk soils, the rhizosphere soils contained lower total P and lower pH, the higher proportion of organic C, available P, proportion of organic P in the total P, proportion of active organic P in the organic P and proportion of Ca₂-P in the total P. The contents of organic P, Ca₂-P, Al-P and available P were significantly correlated with the contents of organic carbon. The results showed that the root uptake of P from deep soil, the return of dead leaves to the surface and migration of surface runoff were the main driving forces for the spatial differences of soil P in natural forest land.

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周华萍 , 张舟娜 , 章明奎. 亚热带天然林地土壤磷素形态组成及空间分异特点研究. 中国农学通报. 2025, 41(9): 107-116 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0588

ZHOU Huaping , ZHANG Zhouna , ZHANG Mingkui. Forms and Spatial Distribution of Soil Phosphorus in Subtropical Natural Forest Land. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2025, 41(9): 107-116 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0588

0 引言

磷是重要的生命元素，是维持森林生态系统良性循环的重要物质^[1-2]。磷参与了植物体内许多重要化合物的结构和代谢过程，是合成保持细胞结构稳定、进行正常分裂、能量代谢和遗传所必需的核酸和核蛋白的结构元素，并具有促进根系发育，使根伸入较深土层吸收水分，增强植物抗旱能力。土壤是植物生长需要的磷素的主要供应者，其供磷能力与土壤中磷的含量^[3-4]及其存在形态^[5⇓-7]有关。亚热带地区水热丰富，矿物风化强烈，形成的土壤多为铁铝土（包括红壤、黄壤、赤红壤和砖红壤等）。强烈风化的铁铝土富含氧化铁、氧化铝和高岭石等矿物，对磷有强烈的固定作用，致使土壤有效磷低下^[8-9]，因此，自然铁铝土中磷的供应能力一般较低^[10⇓-12]。

过去几十年，有关热带和亚热带土壤磷素行为已开展了较为广泛的研究，其内容涉及土壤磷的积累、形态及其与施肥的关系^[13⇓-15]、土壤磷的供应能力及影响因素、土壤磷素与植物生长的关系、土壤磷素积累与地表水体富营养化的关系^[16⇓-18]。但以往的研究主要集中在耕作土壤和经济林地^[19-20]，试验对象主要为耕作层^[21-22]，对森林特别是天然林地磷素行为研究相对较少。树木是多年生深根植物，维持其生命的磷主要依靠自然环境，因其根系分布较深，其吸收的磷素不仅限于表土，且林地土壤受人为扰动（耕作、施肥）较弱，因此森林土壤磷的分布、形态及其循环明显不同于耕作土壤。为了解亚热带天然林地土壤磷素组成及其在空间上的差异，分析树木对森林生态系统中土壤剖面中磷分配的影响，本研究以位于浙西的钱江源国家公园莲花塘景区的3个不同坡位（坡顶、中坡、坡脚）的天然林地为研究对象，分别采集了上层土样和代表剖面的分层土样（包括根际土样），详细鉴定了土壤磷素形态。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

研究区钱江源国家公园坐落于浙江省开化县西北部，属中亚热带季风气候，气候温暖湿润，雨量丰沛，四季分明。供试土壤采自公园内莲花塘至莲花尖一线，其成土母质均为酸性岩风化物。采样在同一山坡的坡顶、中坡（山腰）和坡脚等3个部位上采集，采样带海拔高度分别为1090±5、900±5、850±5 m，坡度分别为15°、25°、10°。山坡上的森林植被为针阔叶混交林，优势种为苦槠—杉木—栲树林。每一采样部位的土壤样品分为二类：一类为上层土壤样品，包括表土层(0~15 cm)和亚表层(15~30 cm) 2个深度样品，重复5次（每隔5 m设置一个样点）；另一类为剖面分层样品，是在上层土样采集的基础上，选择代表性点位通过挖掘土壤标准剖面进行采集，采样方法如下：选择受人为干扰不明显的样区，挖掘土壤标准剖面，按0~15、15~30、30~45、45~60、60~75、75~90 cm深度分别采集分层土样。在采集各类样品的同时，用容重圈测定土壤容重。上层土样和位于坡脚的剖面，除采集细土样品外，同时采集根际土样（指根系附近<1 cm内的土壤，75~90 cm深度范围因不见明显的根系，不采集根际土样）。

1.2 分析方法

采集的土壤样品经室内混匀、风干处理后全部磨细过2 mm土筛，部分样品过0.15 mm，供土壤分析。土壤无机磷形态按蒋柏藩和顾益初提出的方法测定^[23]，依次采用0.25 mol/L NaHCO₃溶液浸提Ca₂-P，0.5 mol/L NH₄OAC溶液浸提Ca₈-P，0.5 mol/L NH₄F溶液浸提Al-P（铝磷），0.1 mol/L NaOH-0.1 mol/L Na₂CO₃溶液浸提Fe-P（铁磷），0.3 mol/L Na₃C₆H₅O₇溶液浸提O-P（闭蓄态磷），0.5 mol/L 1/2 H₂SO₄溶液浸提Ca₁₀-P。土壤有机磷的分组采用Bowman和Cole改进方法^[24]，在氯仿预处理土样后用0.5 mol/L NaHCO₃浸提活性有机磷，然后用0.1 mol/L NaOH处理残余土样浸提中稳性和高稳性有机磷，最后用1 mol/L H₂SO₄处理残余土样浸提中度活性有机磷。所有磷素组分采用钼蓝比色法进行测定。土壤有机碳采用重铬酸钾容量法-外加热法测定，土壤pH用pH计测定（土水比1:2.5），土壤粘粒采用比重计法测定，土壤全磷采用酸溶-钼锑抗比色法测定，有效磷采用NH₄F浸提—钼锑抗比色法测定^[25]。

1.3 数据统计

数据处理和统计分析采用Excel 2016 (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA)和SPSS 22.0 (SPSS Inc, Chicago, IL, USA)软件，用Pearson对土壤磷素含量与土壤性状进行相关性分析（P<0.05为显著相关，P<0.01为极显著相关），用单因素方差分析法比较不同土层的磷素含量差异性（P<0.05为差异显著）。

2 结果与分析

2.1 土壤基本性状及其垂直分布

不同地形部位上层土壤的分析结果表明（表1），除粘粒外，表土层(0~15 cm)与亚表层(15~30 cm)之间土壤性状存在一定的差异。其中，所有地形部位的土壤容重均为表土层明显低于与亚表层，有机碳含量表土层明显高于亚表层；土壤pH在坡顶和坡脚部位显示表土层高于亚表层，而在中坡部位表土层与亚表层之间的差异不明显。结果还表明，不同地形部位之间土壤性状也存在一定的差异，土壤容重一般是从坡顶至中坡到坡脚呈现下降趋势，pH在表层显示出坡顶和坡脚高于中坡，有机碳以坡脚部位的土壤最高。

表1 不同地形部位上层土壤的性状和磷素组成(n=5)

土层/ cm	点位	容重/ (g/cm³)	粘粒/ (g/kg)	pH	有机碳/ (g/kg)	全P/ (mg/kg)	有效磷/ (mg/kg)	有机磷/ %	无机P/ %
0~15	坡顶（细土）	1.17±0.02 c	216.60±5.86 bc	5.49±0.05 a	27.92±1.63 e	641.60±22.59 c	6.83±0.93 c	41.41±2.15 e	58.59±2.15 b
	中坡（细土）	1.12±0.02 d	182.20±13.29 c	5.25±0.04 c	32.73±2.14 d	554.40±14.47 d	5.53±0.59 c	48.16±2.09 d	51.84±2.09 c
	坡脚（细土）	0.87±0.02 e	219.00±9.11 bc	5.54±0.07 a	50.68±2.49 b	719.40±10.19 a	7.21±0.78 b	71.08±2.35 b	28.92±2.35 e
	坡脚（根际）	—	—	5.34±0.04 b	57.81±3.04 a	656.00±5.52 b	10.47±1.36 a	75.61±1.30 a	24.39±1.30 f
15~30	坡顶（细土）	1.25±0.02 a	235.60±7.44 ab	5.30±0.03 b	24.08±1.15 f	530.80±17.31 d	4.52±0.51 d	36.29±1.54 f	63.71±1.54 b
	中坡（细土）	1.21±0.02 b	189.20±8.87 c	5.30±0.05 bc	23.56±2.90 f	528.20±9.23 d	3.68±0.48 d	32.68±1.66 g	67.32±1.66 a
	坡脚（细土）	0.98±0.03 d	222.00±10.22 b	5.32±0.03 b	43.15±1.62 c	704.00±13.00 a	5.45±0.58 c	61.82±2.39 c	38.18±2.39 d
	坡脚（根际）	—	—	5.24±0.04 c	47.05±2.93 b	635.80±6.10 b	7.95±0.90 b	64.93±1.84 c	35.07±1.84 d

注：同一土壤性状统计数据后英文字母不同者差异显著(P<0.05)。下同。

不同地形部位的3个代表性剖面分层土壤的分析结果也表明（表2），土壤容重均呈现由表土向下增加的趋势，其中位于坡顶和中坡的2个剖面从15 cm开始土壤容重明显增加，而位于坡脚的剖面在75 cm深度以上土层的容重均较低；总体上位于坡脚的土壤容重低于位于坡顶和中坡。位于坡顶和中坡的2个剖面粘粒含量一般以心土层较高，表土和底土相对较低；而位于坡脚的剖面粘粒含量全剖面较为均一。位于坡脚剖面的土壤pH高于位于坡顶和中坡的2个剖面。3个坡位土壤有机碳含量均呈现由表土向下降低的变化规律，但位于坡脚剖面有机碳含量较高且分布较深。

表2 代表性剖面土壤性状和磷素组成垂直分布

点位	深度/cm	容重/(g/cm³)	粘粒/(g/kg)	pH	有机碳/(g/kg)	全磷/(mg/kg)	有效磷/(mg/kg)	有机磷/%	无机P/%
坡顶（细土）	0~15	1.17	214	5.46	28.54	623	6.52	41.25	58.75
	15~30	1.25	232	5.32	24.54	524	4.21	35.42	64.58
	30~45	1.31	265	5.28	13.54	446	2.18	26.54	73.46
	45~60	1.36	208	5.18	8.42	421	1.69	11.25	88.75
	60~75	1.39	187	5.21	6.52	489	1.25	8.56	91.44
	75~90	1.46	143	5.22	3.56	514	0.45	6.54	93.46
中坡（细土）	0~15	1.11	178	5.23	32.41	553	5.24	48.52	51.48
	15~30	1.21	184	5.32	21.48	523	3.52	32.54	67.46
	30~45	1.27	224	5.18	11.58	418	2.18	22.54	77.46
	45~60	1.26	235	5.24	7.54	387	1.23	15.65	84.35
	60~75	1.31	221	5.32	6.35	324	1.08	12.14	87.86
	75~90	1.46	164	5.42	4.25	447	1.12	8.65	91.35
坡脚（细土）	0~15	0.86	218	5.54	51.24	713	7.25	71.24	28.76
	15~30	0.98	221	5.32	42.18	708	5.32	62.51	37.49
	30~45	1.08	207	5.42	36.42	654	5.18	52.24	47.76
	45~60	1.21	231	5.48	31.25	587	4.32	35.24	64.76
	60~75	1.19	229	5.84	18.54	524	3.28	22.45	77.55
	75~90	1.34	237	5.96	11.14	438	2.54	19.65	80.35
坡脚（根际）	0~15	—	—	5.36	58.64	657	10.25	75.64	24.36
	15~30	—	—	5.24	47.85	642	7.56	65.48	34.52
	30~45	—	—	5.21	38.54	624	7.54	58.47	41.53
	45~60	—	—	5.28	35.47	534	6.52	42.65	57.35
	60~75	—	—	5.56	23.56	512	5.48	26.54	73.46

2.2 土壤磷素组成及其垂直分布

2.2.1 全磷与有效磷

土壤全磷含量在不同的地形部位表现不一（表1），坡顶部位的表土层全磷含量明显高于与亚表层，而中坡和坡脚的表土层与亚表层全磷差异不明显；所有采样部位的土壤有效磷含量均呈现表土层明显高于与亚表层；全磷、有效磷含量以坡脚部位的土壤最高。所有地形部位的土壤无机磷比例均为表土层明显低于与亚表层，有机磷的比例为表土层明显高于与亚表层。有机磷的比例以坡脚部位的土壤最高，而无机磷的比例以坡脚部位的土壤最低。

采自不同地形部位的3个代表性剖面的土壤分析结果表明（表2），剖面土壤全磷含量均呈现由表土向下降低的趋势，其中位于坡脚的剖面土壤全磷含量呈现随深度逐渐下降；而位于坡顶和中坡的剖面全磷含量在剖面上部分呈现随深度下降而在60~90 cm深度又有增加的趋势。3个剖面的土壤有效磷含量均呈现随深度持续下降。不同坡位和剖面深度土壤有机磷和无机磷组成也有较大的变化（表2），土壤无机磷平均比例(70.39%)高于有机磷比例(29.61%)，有机磷占全磷的比例随剖面深度增加而呈现下降。用容重和全磷计算的1 m土体中全磷贮量：坡顶(5.95 g/m²)>坡脚(5.90 g/m²)>中坡(5.01 g/m²)。

2.2.2 有机磷

不同地形部位表层和亚表层有机磷总量有所差异（表3），坡顶、中坡和坡脚表层有机磷含量平均分别为265.98±21.95、267.22±18.41、511.37±19.70 mg/kg，相应地亚表层有机磷含量分别为192.52±6.69、172.54±7.97、435.42±24.54 mg/kg，坡脚土壤的有机磷高于坡顶和中坡，表土层的有机磷明显高于亚表层。对3个剖面有机磷总量的分层统计，0~15、15~30、30~45、45~60、60~75、75~90 cm深度的有机磷平均含量分别为344.41±141.73、266.12±153.01、184.75±136.42、104.93±88.52、66.28±44.50、52.78±28.94 mg/kg。方差分析表明，0~15 cm土壤有机磷含量显著高于45~90 cm土壤，15~30 cm土壤显著高于60~90 cm土壤(P<0.05)。与有机碳的剖面分布相似，土壤有机态磷含量以位于坡脚的剖面最高，且其在剖面中分布较深。

表3 不同部位上层土壤有机磷的含量与组成(n=5)

	土层/cm	点位	活性有机磷	中度活性有机磷	中稳性有机磷	高稳性有机磷
各形态有机磷含量/(mg/kg)	0~15	坡顶（细土）	26.22±2.56 d	120.91±6.06 e	92.08±11.34 c	26.77±5.16 e
		中坡（细土）	27.90±5.79 d	145.83±10.53 d	61.46±3.13 e	32.02±6.37 d
		坡脚（细土）	60.01±10.01 b	261.12±19.70 a	129.32±12.40 a	60.93±7.01 a
		坡脚（根际）	80.99±8.76 a	239.46±15.93 b	123.46±12.32 a	52.04±4.70 b
	15~30	坡顶（细土）	12.80±1.74 e	95.46±3.77 f	68.22±3.00 d	16.05±2.22 f
		中坡（细土）	10.98±2.02 e	74.83±4.01 g	60.56±3.42 e	26.17±3.09 e
		坡脚（细土）	37.46±7.21 c	231.72±29.39 bc	110.66±3.75 b	55.58±8.97 ab
		坡脚（根际）	50.30±7.80 b	202.65±14.92 c	115.84±5.04 b	44.11±5.76 c
各形态有机磷占有机磷/%	0~15	坡顶（细土）	9.87±0.71 de	45.57±2.03 e	34.53±1.46 a	10.03±1.60 cd
		中坡（细土）	10.36±1.45 cd	54.60±2.23 a	23.10±2.13 c	11.94±1.88 bc
		坡脚（细土）	11.72±1.69 bc	51.10±3.95 ab	25.27±2.01 c	11.91±1.28 bc
		坡脚（根际）	16.32±1.66 a	48.31±3.65 b	24.88±2.29 c	10.49±0.87 c
	15~30	坡顶（细土）	6.64±0.78 f	49.59±1.20 b	35.45±1.57 a	8.33±1.01 d
		中坡（细土）	6.36±1.11 f	43.38±1.59 e	35.13±2.00 a	15.13±1.19 a
		坡脚（细土）	8.60±1.52 e	53.09±4.48 ab	25.47±1.57 c	12.84±2.45 b
		坡脚（根际）	12.14±1.46 b	49.05±2.63 b	28.10±1.82 b	10.71±1.59 c

根据磷的生物有效性，土壤中有机磷可进一步分为活性有机磷、中度活性有机磷、中稳性有机磷和高稳性有机磷等4种形态。表3结果表明，不同地形部位及表土层与亚表层之间4种形态的有机磷也存在变化。与总有机磷含量的变化一致，无论是表土层还是心土层，4种形态的有机磷含量均呈现坡脚的高于坡顶和中坡，坡顶与中坡之间的活性有机磷差异不明显，中度活性有机磷一般是中坡的高于坡顶，而中稳性有机磷是坡顶的高于中坡。各形态有机磷的占比以中度活性有机磷最高，其次为中稳性有机磷，以活性有机磷的占比为最低。表土层和亚表层活性有机磷占有机磷总量的比例均以坡脚的最高，中度活性有机磷的占比以中坡最高；其它形态有机磷的占比在表土层与亚表层之间的变化不同，表土层中稳性有机磷占比以坡顶最高，高稳性有机磷占比在3个地形部位差异不明显；亚表层的中稳定性有机磷占比坡脚低于坡顶和中坡，而高稳性有机磷占比以坡顶最高。

不同地形部位的3个代表性剖面的有机磷组分结果表明（表4），4种形态的有机磷均呈现由剖面自上至下下降的规律，其变化与有机磷总量相似。对3个剖面各深度土层有机磷组分的统计，剖面土壤中的有机磷也主要以中度活性有机磷和中稳性有机磷形态存在，其分别占有机磷总量的11.65%~53.24%和23.68%~56.89%，平均分别为32.87%和40.06%；活性有机磷和高稳性有机磷的数量较小，分别占有机磷总量的1.23%~12.41%和8.97%~41.22%，平均占比分别为5.19%和21.88%。活性有机磷和中度活性有机磷的比例一般是随剖面深度增加而下降，而中稳性有机磷和高稳性有机磷比例却是随剖面深度的增加而增加。这一结果表明，各坡位土壤磷的有效性随剖面深度增加而下降。

表4 土壤有机磷的形态组成

点位	深度/cm	有机磷/(mg/kg)	活性有机磷/ (mg/kg，%)	中度活性有机磷/ (mg/kg，%)	中稳性有机磷/ (mg/kg，%)	高稳性有机磷/ (mg/kg，%)
坡顶（细土）	0~15	256.99	25.39 (9.88)	116.31 (45.26)	88.94 (34.61)	26.34 (10.25)
	15~30	185.60	12.21 (6.58)	90.29 (48.65)	66.45 (35.80)	16.65 (8.97)
	30~45	118.37	5.01 (4.23)	37.31 (31.52)	60.37 (51.00)	15.68 (13.25)
	45~60	47.36	1.22 (2.58)	10.15 (21.42)	23.85 (50.35)	12.15 (25.65)
	60~75	41.86	0.51 (1.23)	5.25 (12.54)	21.21 (50.67)	14.88 (35.56)
	75~90	33.62	1.09 (3.25)	3.92 (11.65)	14.75 (43.88)	13.86 (41.22)
中坡（细土）	0~15	268.32	28.28 (10.54)	142.85 (53.24)	63.54 (23.68)	33.65 (12.54)
	15~30	170.18	11.20 (6.58)	72.35 (42.51)	60.02 (35.27)	26.62 (15.64)
	30~45	94.22	4.07 (4.32)	30.54 (32.41)	39.32 (41.73)	20.29 (21.54)
	45~60	60.57	2.13 (3.52)	11.30 (18.65)	27.67 (45.69)	19.47 (32.14)
	60~75	39.33	0.86 (2.18)	4.85 (12.34)	22.38 (56.89)	11.25 (28.59)
	75~90	38.67	0.99 (2.56)	5.89 (15.23)	19.20 (49.65)	12.59 (32.56)
坡脚（细土）	0~15	507.94	63.04 (12.41)	260.32 (51.25)	127.49 (25.10)	57.09 (11.24)
	15~30	442.57	37.80 (8.54)	231.60 (52.33)	113.25 (25.59)	59.92 (13.54)
	30~45	341.65	22.48 (6.58)	162.42 (47.54)	104.61 (30.62)	52.14 (15.26)
	45~60	206.86	6.72 (3.25)	72.92 (35.25)	90.29 (43.65)	36.92 (17.85)
	60~75	117.64	2.65 (2.25)	33.57 (28.54)	51.35 (43.65)	30.07 (25.56)
	75~90	86.07	2.59 (3.01)	26.90 (31.25)	28.56 (33.18)	28.02 (32.56)
坡脚（根际）	0~15	496.95	87.17 (17.54)	241.77 (48.65)	120.61 (24.27)	47.41 (9.54)
	15~30	420.38	52.72 (12.54)	200.35 (47.66)	118.88 (28.28)	48.43 (11.52)
	30~45	364.85	37.65 (10.32)	155.10 (42.51)	125.95 (34.52)	46.15 (12.65)
	45~60	227.75	14.85 (6.52)	73.81 (32.41)	106.45 (46.74)	32.64 (14.33)
	60~75	135.88	5.68 (4.18)	33.32 (24.52)	67.62 (49.76)	29.27 (21.54)

注：表中括号内数据为各形态有机磷占有机磷总量的比例。

2.2.3 无机磷

土壤中的无机磷主要包括Ca₂-P、Ca₈-P、Ca₁₀-P、Fe-P、Al-P和O-P。表5结果表明，无机磷以O-P最高，其次为Fe-P，其他形态的磷占比均较低，6种形态的无机磷占总磷的平均比例依次为：O-P>Fe-P>Al-P>Ca₁₀-P>Ca₂-P、Ca₈-P，总体上与钙结合态磷比例不高。不同地形部位之间各形态磷也存在一定的变化，表层土壤中3种钙结合态磷有含量一般以位于坡脚的土壤较高，Fe-P、Al-P和O-P一般以坡顶最高；但亚表层各形态无机磷的含量变化与表层略有差异，Ca₂-P和Ca₈-P也是以坡脚土壤最高，Fe-P也以坡顶最高，但Al-P以坡脚最高，O-P以中坡最高，Ca₁₀-P在3种地形位置较为接近。

表5 不同部位上层土壤无机磷的含量与组成(n=5)

	土层/cm	点位	Ca₂-P	Ca₈-P	Ca₁₀-P	Fe-P	Al-P	O-P
各形态无机磷含量/ (mg/kg)	0~15	坡顶（细土）	3.84±0.24 b	2.74±0.23 d	10.30±0.81 d	95.00±6.91 b	26.47±7.10 a	237.27±13.23 b
		中坡（细土）	3.05±0.19 c	2.13±0.22 ef	14.27±1.37 c	31.62±6.77 e	19.92±3.75 ab	216.19±16.06 c
		坡脚（细土）	4.07±0.17 ab	4.01±0.18 a	16.52±1.77 b	42.36±7.25 d	20.37±3.35 ab	120.69±16.15 e
		坡脚（根际）	4.24±0.15 a	2.81±0.10 d	10.73±1.31 d	32.41±5.70 e	20.05±2.17 ab	89.80±13.14 f
	15~30	坡顶（细土）	1.89±0.15 e	2.04±0.15 f	18.76±1.63 a	136.30±12.49 a	15.31±5.39 b	163.99±11.28 d
		中坡（细土）	2.36±0.13 d	2.41±0.12 e	17.81±1.20 ab	36.15±6.77 de	17.57±4.18 b	279.37±14.89 a
		坡脚（细土）	3.17±0.17 c	3.63±0.22 b	18.62±1.37 a	60.38±8.94 c	22.22±4.43 ab	160.56±15.34 d
		坡脚（根际）	4.25±0.19 a	3.32±0.05 c	16.39±1.05 b	60.79±9.05 c	23.53±3.93 ab	114.63±9.24 e
各形态无机磷占全磷/%	0~15	坡顶（细土）	0.60±0.03 b	0.43±0.02 d	1.60±0.09 d	14.80±0.79 b	4.12±1.03 a	37.05±2.85 b
		中坡（细土）	0.55±0.02 c	0.38±0.03 e	2.57±0.21 b	5.68±1.06 de	3.58±0.59 ab	39.07±3.79 b
		坡脚（细土）	0.57±0.02 bc	0.56±0.02 a	2.30±0.24 c	5.89±1.02 de	2.84±0.49 b	16.78±2.20 e
		坡脚（根际）	0.65±0.02 a	0.43±0.02 d	1.64±0.21 d	4.94±0.86 e	3.06±0.35 ab	13.68±1.95 f
	15~30	坡顶（细土）	0.36±0.02 e	0.38±0.03 e	3.53±0.24 a	25.66±1.86 a	2.87±0.97 b	30.91±2.16 c
		中坡（细土）	0.45±0.02 d	0.46±0.02 cd	3.37±0.18 a	6.84±1.24 d	3.32±0.74 ab	52.90±2.78 a
		坡脚（细土）	0.45±0.02 d	0.52±0.02 b	2.65±0.24 b	8.59±1.33 c	3.16±0.68 ab	22.82±2.34 d
		坡脚（根际）	0.67±0.03 a	0.52±0.01 b	2.58±0.18 b	9.56±1.45 c	3.70±0.63 ab	18.03±1.52 e

表6知，不同形态的无机磷含量随剖面深度变化不同，Ca₂-P和Al-P总体上呈现随剖面向下降低，而Ca₈-P、Ca₁₀-P和O-P总体上呈现随剖面向下增加，Fe-P一般以心土层较高，表层土壤和底土相对较低。与上层土壤的结果相似，3个剖面土壤各类无机磷形态占全磷的比例也有较大的差异，主要以O-P形式存在，其占总磷的16.99%~74.95%，平均达49.50%；其次为Fe-P，占总磷的5.24%~27.54%，平均为12.88%；Al-P的含量较低，占总磷的2.15%~4.25%，平均为2.98%。3种钙结合的无机磷均较低，并以Ca₁₀-P相对较高，占总磷的1.58%~7.66%，平均为4.08%；其次为Ca₈-P，占总磷的0.34%~0.98%，平均为0.65%。Ca₂-P是含量最低的磷形态，仅占总磷的0.12%~0.61%，平均为0.31%。

表6 土无机磷的形态组成

点位	深度/cm	无机P/(mg/kg)	Ca2-P/ (mg/kg，%)	Ca8-P/ (mg/kg，%)	Ca10-P/ (mg/kg，%)	Fe-P/ (mg/kg，%)	Al-P/ (mg/kg，%)	O-P/ (mg/kg，%)
坡顶（细土）	0~15	366.01	3.80 (0.61)	2.62 (0.42)	9.84 (1.58)	90.46 (14.52)	24.17 (3.88)	235.12 (37.74)
	15~30	338.40	1.89 (0.36)	1.99 (0.38)	19.18 (3.66)	134.46 (25.66)	11.27 (2.15)	169.62 ()32.37
	30~45	327.63	0.98 (0.22)	2.90 (0.65)	12.89 (2.89)	122.83 (27.54)	11.24 (2.52)	176.79 (39.64)
	45~60	373.64	0.59 (0.14)	4.13 (0.98)	23.49 (5.58)	90.68 (21.54)	17.89 (4.25)	236.85 (56.26)
	60~75	447.14	1.08 (0.22)	3.67 (0.75)	31.88 (6.52)	71.64 (14.65)	12.42 (2.54)	326.46 (66.76)
	75~90	480.38	0.62 (0.12)	3.24 (0.63)	26.99 (5.25)	57.83 (11.25)	18.20 (3.54)	373.52 (72.67)
中坡（细土）	0~15	284.68	2.99 (0.54)	2.10 (0.38)	13.94 (2.52)	28.98 (5.24)	17.92 (3.24)	218.77 (39.56)
	15~30	352.82	2.30 (0.44)	2.35 (0.45)	17.52 (3.35)	40.01 (7.65)	14.02 (2.68)	276.61 (52.89)
	30~45	323.78	1.34 (0.32)	3.22 (0.77)	11.91 (2.85)	40.34 (9.65)	9.41 (2.25)	257.57 (61.62)
	45~60	326.43	0.93 (0.24)	3.29 (0.85)	21.87 (5.65)	52.32 (13.52)	10.26 (2.65)	237.77 (61.44)
	60~75	284.67	0.71 (0.22)	2.53 (0.78)	14.42 (4.45)	27.73 (8.56)	13.35 (4.12)	225.93 (69.73)
	75~90	408.33	0.72 (0.16)	3.08 (0.69)	26.60 (5.95)	28.38 (6.35)	14.53 (3.25)	335.03 (74.95)
坡脚（细土）	0~15	205.06	4.14 (0.58)	3.85 (0.54)	15.97 (2.24)	39.50 (5.54)	20.46 (2.87)	121.14 (16.99)
	15~30	265.43	3.26 (0.46)	3.68 (0.52)	18.27 (2.58)	61.24 (8.65)	22.87 (3.23)	156.11 (22.05)
	30~45	312.35	2.09 (0.32)	2.22 (0.34)	21.26 (3.25)	88.55 (13.54)	14.72 (2.25)	183.51 (28.06)
	45~60	380.14	1.29 (0.22)	5.11 (0.87)	16.73 (2.85)	97.09 (16.54)	12.68 (2.16)	247.24 (42.12)
	60~75	406.36	1.31 (0.25)	4.93 (0.94)	23.68 (4.52)	65.71 (12.54)	15.09 (2.88)	295.64 (56.42)
	75~90	351.93	0.79 (0.18)	2.98 (0.68)	33.55 (7.66)	38.76 (8.85)	14.24 (3.25)	261.62 (59.73)
坡脚（根际）	0~15	160.05	4.14 (0.63)	2.76 (0.42)	10.12 (1.54)	32.13 (4.89)	19.38 (2.95)	91.52 (13.93)
	15~30	221.62	4.30 (0.67)	3.27 (0.51)	15.47 (2.41)	61.50 (9.58)	23.37 (3.64)	113.70 (17.71)
	30~45	259.15	2.56 (0.41)	2.62 (0.42)	24.84 (3.98)	72.01 (11.54)	19.47 (3.12)	137.65 (22.06)
	45~60	306.25	1.71 (0.32)	4.11 (0.77)	18.42 (3.45)	83.52 (15.64)	13.67 (2.56)	184.82 (34.61)
	60~75	376.12	1.48 (0.29)	4.86 (0.95)	26.83 (5.24)	53.96 (10.54)	16.44 (3.21)	272.54 (53.23)

注：表中括号内数据为各形态无机磷占全磷的比例。

对3个剖面无机磷总量的分层统计，0~15、15~30、30~45、45~60、60~75、75~90 cm深度的有机磷平均含量分别为285.25±80.48、318.88±46.85、321.25±7.95、360.07±29.31、379.39±84.53、413.55±64.38 mg/kg。方差分析表明，0~15 cm土壤无机磷含量显著低于60~90 cm土壤，15~45 cm土壤显著低于75~90 cm土壤(P<0.05)。

2.3 根际土壤磷素组成特点

表1结果表明，与土壤总体比较，根际土壤的pH较低，有机碳较高。根际土壤的有效磷和有机磷（特别是活性较高的有机磷）的含量和比例均较高；全磷含量和无机磷比例较低，但生物有效性较高的Ca₂-P占比也较高。表2、表4和表6结果也表明，与上层土壤分析结果相似，相比于相同深度的细土部分，根际土壤pH和全磷较低，但其有较高的有机碳、有效磷、有机磷比例、活性有机磷占有机磷的比例和Ca₂-P占全磷的比例。

2.4 土壤磷素与土壤性状的相关分析

用3个典型剖面分析数据统计的各形态磷素与土壤其他理化性质的相关结果见表7。各形态有机磷与容重呈极显著负相关，与有机碳含量呈极显著正相关。各形态无机磷中，Ca₂-P与容重呈极显著负相关，与有机碳含量呈极显著正相关；Ca₁₀-P与容重呈显著正相关，与有机碳含量呈显著负相关；Al-P与有机碳含量呈极显著正相关；O-P与容重呈极显著正相关，与粘粒、有机碳含量呈显著负相关。土壤各形态磷素的分布情况和转化方向影响了土壤有效磷含量，利用相关分析所得到的相关系数可以比较各形态磷素的有效性。由表7可得，有效磷含量与各形态有机磷、Ca₂-P、Al-P含量呈极显著正相关，与Ca₁₀-P呈显著负相关，与O-P呈极显著负相关。

表7 各形态磷素与土壤性状的相关系数

	容重	粘粒	pH	有机碳	全磷	有效磷
活性有机磷	-0.902^**	0.038	-0.067	0.906^**	0.775^**	0.872^**
中度活性有机磷	-0.934^**	0.096	-0.032	0.945^**	0.892^**	0.855^**
中稳性有机磷	-0.907^**	0.289	-0.005	0.957^**	0.872^**	0.924^**
高稳性有机磷	-0.897^**	0.148	0.164	0.897^**	0.881^**	0.795^**
Ca₂-P	-0.858^**	0.017	-0.054	0.888^**	0.829^**	0.867^**
Ca₈-P	-0.035	0.171	0.312	-0.031	0.018	-0.049
Ca₁₀-P	0.485^*	-0.311	0.316	-0.474^*	-0.260	-0.440^*
Fe-P	0.029	0.436	-0.131	0.003	0.102	0.006
Al-P	-0.462	-0.290	0.024	0.590^**	0.697^**	0.602^**
O-P	0.767^**	-0.617^**	0.143	-0.82^**	-0.559^**	-0.774^**

注：^*和^**分别表示0.05和0.01水平显著相关。

3 结论

亚热带天然林地土壤有机碳、全磷、有机磷总量及各形态的有机磷、Ca₂-P、有效磷均具有明显的表聚特点。土壤中有机磷占全磷的比例及活性有机磷和中度活性有机磷占有机磷的比例随剖面深度增加显著下降，其比例为坡脚>坡顶>中坡。土壤有机磷主要以中度活性有机磷和中稳性有机磷形态存在；无机磷主要以闭蓄态磷(O-P)和Fe-P形式存在。与细土比较，根际土壤中含有较低的全磷、较低的pH，较高的有机碳、有效磷、有机磷比例、活性有机磷占有机磷的比例和Ca₂-P占全磷的比例。根系对深层土壤磷的吸收、枯叶返回地表及地表径流的迁移是导致亚热带天然林地土壤磷素空间差异的主要动力。

4 讨论

4.1 地形部位对土壤磷素的影响

以上研究表明，地形部位可改变土壤磷的分布，表现为土壤全磷、有效磷含量及有机磷的比例以坡脚部位的土壤最高，而无机磷的比例以坡脚部位的土壤最低。这种磷素分布模式与不同地形部位磷素地表迁移不同有关。位于坡顶与中坡的土壤形成于残积母质，剖面下部土体较为坚实，土壤水分下渗速率较小，在降雨季节可形成明显的地表径流，其中的可溶性磷、粘粒和有机物质也可随径流一起发生迁移，进入位置较低的坡脚；而位于坡脚位置的剖面形成于坡积物上（具有剖面上下容重均较低的特点），土体较为疏松，水分容易向下垂直迁移，由上坡和中坡径流带入的可溶性磷、粘粒和有机物质可随之进入坡脚的土壤，从而增加了土壤磷素和盐基物质，其pH较高与接受盐基物质有关。同时，由于接纳了上坡和中坡流失的有机物质，因此，坡脚部位的土壤常常具较高的有机碳、全磷及有机磷的比例，相应地无机磷的比例较低。在某些产生大暴雨的年份，坡顶和中坡的富含有机碳和粘粒的表土物质可大量迁移，直接覆盖在坡脚位置的土壤，这促进了坡脚位置土壤发生加积作用^[26-27]。以上结果中位于坡脚的表层土壤含有较高的有机质、粘粒含量和pH证明了这种过程的存在。王非非^[28]对不同坡位果园土壤的研究结果也表明，活性有机磷和中活性有机磷组分在水力的作用下可不同程度地向坡位较低的区域移动。从地形位置来看，中坡也是地表物质的流失区，且其坡度较大，地表侵蚀潜能较强，因此中坡土壤中的全磷贮量、有机磷占全磷的比例较低可能与此有关。

4.2 林地土壤磷素的表聚特点

磷是生命的活跃元素，其在生态系统和环境中运动、转化非常频繁。土壤中的磷主要来自岩石矿物的风化^[26]，用X射线衍射分析（粉晶XRD）对基岩中磷矿物的鉴定表明，研究区酸性基岩在成土之前其中的磷主要以磷灰石的形式存在。在亚热带环境下，岩石在随脱硅富铁铝化成土过程的持续作用下，土壤逐渐酸化，磷灰石等钙结合态磷逐渐溶解而减少，相应地，从含钙矿物中释放的磷逐渐与岩石风化产生的氧化铁、铝等物质结合演变为铁磷和铝磷，因此，研究土壤中含有较高比例的O-P、Fe-P和Al-P等无机磷，而Ca₁₀-P、Ca₂-P和Ca₈-P含钙磷矿物较少。

而从岩石中释放的磷可进入由植物和微生物主导的生物学循环，其中植物根系在该循环中起着重要的作用。植物根际对土壤磷素形态的影响主要有三种机制：一是植物根际碳沉积使得根际微生物活性较高，从而影响磷素各形态转化；二是植物根际分泌有机酸，能活化稳定性磷素，本研究中根际土壤pH较低而有效磷较高可能与此有关；三是植物根系对活性磷的吸收，使得非根际土壤中的磷向根际土壤迁移^[28-29]。本研究中根际土壤对有效养分具有明显的富集效应，有效磷、活性有机磷、Ca₂-P含量均高于非根际土壤，且土层越深这种富集效应越强的趋势。根际丰富的有机质、微生物群落和分泌的有机酸是根际磷素富集且活性较高的重要原因。以上研究结果也表明，由于研究区成土母质为酸性岩（本底磷素水平较低），且土壤中存在对磷有较大固定作用的氧化铁，因此研究土壤有效磷不高。但土壤低水平的有效磷却维持着地表巨大的生物量，地上部分的树体贮存着大量的磷素，可见树体中高磷量的积累常常不能用土壤低有效磷可直接进行解释，这显然与土壤磷的持续释放有关。而本研究结果也表明，土壤有机质与各形态有机磷、Ca₂-P、Al-P含量及有效磷含量呈极显著相关，表明生物作用可促进磷素的循环。许多学者的研究也得出相似的结论^{[15,30⇓-32]}。

由于天然林地主要为乔木，根系分布较深，其可从不同深度的土壤中吸收磷素，而被植物吸收的磷素可通过枯枝落叶的方式返还至地表，此过程反复持续进行，可导致不同深度土壤中磷逐渐向地表集中。同时，返还给土壤的磷主要以枯枝落叶的有机形态方式，有机质腐殖化后可有较高比例的磷仍以有机磷形态存在。而天然林地植被覆盖度较高，植物可向土壤中持续提供有机物质，促使有机磷持续积累。这一过程长期作用的结果使土壤有机碳、全磷、有机磷总量及各形态的有机磷、Ca₂-P、有效磷均具有明显的表聚特点。周俊等^[26]对黑土区未经干扰的天然次生林土壤磷素的研究也表明磷存在明显的表聚特点。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb17100027

本文引用 [1] 摘要

本文以华南地区典型菜地土壤为研究对象,在田间试验条件下研究施用不同类型有机肥对菜地土壤磷素形态转化及蔬菜生长的影响。结果表明,施用有机肥和微生物有机肥均可以提高小白菜的产量,其中以有机肥2和微生物有机肥2处理增加幅度最大；2种微生物有机肥的树脂磷(Resin-P)含量显著高于有机肥和对照处理(p<0.05)；2种微生物有机肥的NaHCO3-Pi含量显著高于有机肥2(p<0.05),而各处理间NaHCO3-Po含量差异不显著(p>0.05)；施用有机肥和微生物有机肥均可以提高中等活性磷(NaOH提取态磷)的含量,其中微生物有机肥1 处理的NaOH-Pi含量显著高于其他处理,而各处理之间的NaOH-Po含量差异不显著。有机肥处理和微生物有机肥处理均降低了稳定态各形态磷的含量,除Residual-P外,各处理间的D.HCl-Pi、C.HCl-Pi C.HCl-Po含量差异显著(p<0.05),其中有机肥2和微生物有机肥2处理下降幅度最大。相关分析结果表明,Resin-P与NaHCO3-Pi、NaHCO3-P0、NaOH-Pi之间呈极显著或显著正相关关系；NaHCO3-Pi与NaHCO3-Po、NaOH-Pi之间呈极显著或显著正相关关系；NaHCO3-Pi与C.HCl-P0呈显著负相关关系。总的来说,施有机肥和微生物有机肥降低了稳定态磷的含量,提高了活性磷和中等活性磷的含量,尤其是微生物有机肥的效果最佳。

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基金

国家自然科学基金面上项目“长期全年淹水集约种植对水耕人为土性态演变与物质循环及生态功能的影响”(41977001)

杭州市农业科技协作与创新攻关项目“非粮化苗木清退农田地力提升技术研究与师范”(202306TD18)

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Received	Revised	Published
2024-09-06	2025-01-18	2025-03-25
Issue Date
2025-03-25

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