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磷(P)不仅是参与植物体内重要化合物合成和代谢的重要元素之一,也是土壤养分循环中的核心部分,与氮(N)共同作为生命元素驱动着其他养分的转化和周转,但P通常会限制亚热带森林中的植物生长,退化红壤中的P限制是目前我国亚热带人工林可持续经营面临的严峻挑战。根际土壤是植物根系与土壤密切接触的地方,根际土壤P的有效性问题一直受众多学者们的共同关注。本研究立足于如何定向调控土壤P转化过程,活化更多难溶性P,提高土壤P有效性,为长期持续促进该地区人工林净初级生产力、提高物种多样性和维持其生态系统功能稳定性提供科学依据。选取人工林种植面积广、种植历史悠久、林分类型多样的南亚热带作为研究区域,该区域土壤具有高度风化和缺P两大特征,对研究退化人工林土壤肥力恢复及其维持机制具有较强的代表性。采用野外监测和室内实验相结合的方法,重点探究在退化人工针叶(马尾松,Pinus massoniana Lamb.)纯林(PP)中引入珍贵乡土固氮树种(格木,Erythrophleum fordii Oliv.)形成针阔异龄混交林(MP)后的根际和非根际土壤:(1)林下植被和土壤理化性质的变化特征;(2)微生物生物量、群落结构和土壤酶活性的变化及其要影响因子;(3)土壤P组分(包括无机磷(Inorganic phosphorus,Pi)组分、有机磷(Organic phosphorus,Po)及残留态磷组分)的变化及其微生物调控机制。通过对上述问题的研究,旨在从生化以及微生物特定功能群层面上揭示地上植物、土壤、地下微生物之间的耦合关系对P转化的主要调控过程及关键影响因子,并阐明其机制。为定向调控退化红壤P转化并提高其有效性的人工林可持续经营对策提供科学依据。主要研究结果如下:(1)马尾松人工林与珍贵固氮树种混交种植9年后,与PP相比,MP细根生物量显著增加68.24%(p<0.05),凋落物和细根的C/N分别显著降低了54.40%和43.18%(p<0.05),而N/P均显著提高了122.54%和23.77%(p<0.05)。(2)与PP相比,MP的根际和非根际土壤基本理化性质均发生了不同程度的变化。其中,MP根际和非根际土壤的有机质(SOC)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、速效磷(AP)和土壤含水量(SWC)均显著提高(p<0.05),而全磷(TP)含量显著降低(p<0.05),全氮(TN)在根际土壤中显著增加(p<0.05),但在非根际土壤中无显著变化;除p H值外其他土壤理化指标均表现为根际土壤含量高于非根际土壤。(3)马尾松人工林引入格木异龄混交9年后,不仅增加土壤中N的含量及其有效性,也使根际和非根际土壤微生物生物量(MBC、MBN和MBP)、微生物群落结构及与C、N、P转化相关的水解酶活性发生不同程度的变化。其中,与PP相比,MP中根际和非根际土壤的MBC、MBN和MBP含量均显著高于PP(p<0.05);MP根际和非根际土壤中微生物总生物量(Toal PLFAs)、细菌(Bacteria PLFAs)、革兰氏阳性细菌(G+PLFAs)、革兰氏阴性细菌(G-PLFAs)、真菌(Fungi PLFAs)、丛枝菌根真菌(AMF PLFAs)、放线菌(Actinomyces PLFAs)以及C、N、P水解酶(β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(ACP)和磷酸二酯酶(PDE))的活性大多都显著增加(p<0.05)。冗余分析(Redundant analysis,RDA)结果表明,细根生物量(FRB)是驱动根际土壤微生物群落结构发生变异的最显著环境因子(p<0.05),而p H值、TN、NO3--N和C/N是驱动非根际土壤微生物群落结构发生变异的最显著环境因子(p<0.05)。对各水解酶之间及其与微生物群落的相关性进行分析发现,根际土壤中与C、N、P转化相关的水解酶之间均表现出较强的正相关关系。(4)马尾松人工林与珍贵固氮树种混交种植9年后,改变了根际和非根际土壤中的P组分,其中MP根际土壤4种Pi组分分别极显著增加了13.17%(Resin-P)、13.48%(Na HCO3-Pi)、31.38%(Na OH-Pi)和36.90%(Na OHs-Pi)(p<0.01),而MP非根际土壤Pi组分仅Resin-P、Na HCO3-P含量显著增加了23.67%和11.48%(p<0.05),且各组分在两种林分中均表现为根际土壤高于非根际土壤;土壤Po及残留态磷组分的变化主要发生在根际土壤的Na OH-Po、Na OHs-Po和Residual-P之间,表现为MP根际土壤的Na OHs-Po和Residual-P含量分别极显著降低了13.58%和28.60%(p<0.01),而Na OH-Po含量显著增加了17.26%(p<0.05)。根际土壤中Pi组分含量增加与土壤中N的含量及有效性增加后Residual-P含量的减少有关。RDA结果表明,在根际土壤中,影响Pi组分转化的因子是凋落物氮含量(NL)、N/P、NH4+-N(p<0.05),而影响Po及残留态磷组分转化的因子则是BG和PDE(p<0.05);在非根际土壤中,影响Pi组分转化的因子是LAP和MBN(p<0.05),而影响Po及残留态磷组分转化的因子则是NAG、LAP和G-(p<0.05)。且MP的根际和非根际土壤P素活化系数(PAC)比PP分别显著提高了48.50%和89.80%(p<0.05)。(5)结构方程模型(Structural equation model,SEM)分析结果表明马尾松人工林与格木混交种植9年后主要通过提高根际和非根际土壤中的NO3--N、SOC含量和土壤C/P,促进了丛枝菌根真菌(AMF)的增长,并最终提高根际和非根际土壤P的转化。综上所述,在马尾松人工纯林引入格木进行异龄混交改造后,不仅显著增加土壤中N的含量及其有效性,而且显著提高了土壤质量,并显著改变了微生物群落结构,提高了土壤P的转化速率及其有效性。本研究结果可为定向构建促进马尾松人工林土壤P转化和提高土壤N、P有效性的树种选择、优化模式和可持续经营管理措施等方面提供重要科学依据,以更好地满足我国发展多目标、多效益和多功能可持续林业的迫切需求,并服务于生物多样性保护、生态文明建设、碳达峰碳中和等国家战略。