不同林分土壤磷形态与磷转化微生物特征研究

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磷(phosphorus,P)是植物生长所必需的大量元素之一,对植物生长发育起到至关重要的作用。亚热带地区土壤磷容易被土壤中的有机物、铁、铝等离子固定,导致土壤中有效磷含量较低,磷成为了这一地区植物生长的限制因子。土壤磷素有效性与磷素存在形态有密切关系,不同形态磷其有效性不同,但不同形态磷可以相互转化,从而影响磷素有效性。磷酸酶在土壤磷形态转化中起重要作用,该酶可以将土壤中的有机磷矿化分解为无机磷从而供给微生物与植物利用。碱性磷酸酶是土壤中重要的磷酸酶之一,主要来源于土壤微生物,由phoD基因编码,在有机磷矿化分解中起重要作用。为了揭示不同林分类型土壤磷形态与phoD细菌群落特征差异,本研究以湖南平江国有芦头林场次生林以及由次生林转变而来的油茶林、黄桃林、杨梅林和杉木林为研究对象,分析了不同林分土壤磷形态、磷酸酶活性、土壤理化性质和phoD细菌群落特征,探讨了土壤磷形态、磷酸酶活性、土壤理化性质与土壤phoD细菌间的关系,揭示了土壤磷素形态以及phoD细菌群落的影响因素,研究结果可以为深入理解不同林分类型土壤磷形态转化规律、影响土壤phoD微生物的关键因子及森林的经营管理提供一定的理论依据。主要研究结果如下:(1)次生林转变为人工林后,人工林土壤有机碳(SOC),全氮(TN)和铵态氮(NH4+-N)含量显著下降(p<0.05)。黄桃林土壤全钾(TK)含量和杨梅林土壤硝态氮(NO3--N)含量显著增加(p<0.05)。(2)林分转变后,人工林土壤树脂提取态磷(Resin-Pi)、NaHCO3提取态有机磷(NaHCO3-Po)和NaOH提取态无机磷(NaOH-Pi)含量有所升高,NaOH提取态有机磷(NaOH-Po)和残余磷(Residual-P)含量显著下降(p<0.05)。四种人工林可利用磷(Easily-available P)在全磷中的比例与次生林相比均有所升高,稳定态磷(Non-available P)在全磷中的比例与次生林相比均有所降低。次生林土壤酸性磷酸酶与碱性磷酸酶活性显著高于四种人工林(p<0.05)。冗余分析(RDA)结果表明土壤理化性质对有机磷形态与残余磷含量、磷酸酶活性具有显著影响(p<0.05)。(3)土壤phoD细菌α多样性指数统计分析表明,五种林分中phoD细菌群落丰富度与多样性在黄桃林中最大,优势度在油茶林中最大。土壤phoD细菌群落β多样性结果表明,林分转变后土壤phoZD细菌群落发生了变化。土壤phoD细菌在门分类水平下优势门为变形菌门(Proteobacteria),林分转变后土壤蓝细菌门(Cyanobateria)相对丰度显著下降(p<0.05)。在属分类水平下,土壤phoD细菌优势属为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、甲基杆菌属(Methylobacterium)和青枯菌属(Ralstonia)。土壤phoD细菌群落组成与土壤理化性质、土壤磷酸酶和土壤磷形态的RDA分析结果表明,土壤phoD细菌群落主要受到SOC、NH4+-N、TN、NaOH-Po、NaHCO3-Po和磷酸酶活性的影响。
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