磷是植物的必需营养元素,生态系统中磷的生物有效性取决于磷含量和形态。无机磷可以直接被植物和微生物利用,因而受到较多关注,而对有机磷的研究关注较少。作为环境中磷库重要组分的有机磷,人们对其土壤化学行为和植物营养贡献至今仍然理解不够;山地土壤受人为扰动小,水热条件变化规律性强,为探讨自然环境中磷形态的转化特征及周转过程提供了条件。因此,本研究就不同海拔高度的土壤在不同母质、不同植被不同土壤类型以及各种影响因子的作用下,土壤中磷和有机磷的分布、形态及其演变过程开展研究。取得了以下主要结果:(1)土壤样品采自湖北省神农架林区不同海拔高度(560 m、834 m、1200 m、1552 m、1750 m、2115 m、2425 m、2687 m和3093 m)的A、B层土壤,分为黄棕壤、山地黄棕壤、山地棕壤、山地暗棕壤、山地棕色针叶林土。土壤母质以页岩砂页岩为主,海拔高处以辉绿岩为主,植被主要是阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林等,土壤湿度随着海拔的升高逐渐先升高再减少的趋势。气温随海拔的升高而降低。土壤的粘土矿物以2:1型层状矿物为主(水云母和1.4 nm矿物含量占85%以上),1:1型高岭石含量很少,说明神农架垂直土壤风化作用较弱;随着海拔的升高1.4 nm矿物含量先减少后增多,水云母的含量先增多后减少,表明该区土壤中2:1型矿物的淋溶脱钾和层间羟基铝化作用相应地先减弱后增强。A、B两层土壤之间的差异性不明显,土壤呈酸性,p H呈先增大后减小趋势,A层土壤中的有机质含量明显高于B层。不同海拔高度的中的土壤铁铝氧化物差异显著,随着海拔的升高,非晶形铁氧化物和活化度都随着海拔的增高明显增大。(2)土壤全磷(TP)含量随海拔呈上升趋势,说明随着海拔升高,P周转慢,淋失少,且A层土壤总磷高于B层,随着土壤磷的再分配和淋洗的流失,土壤全磷是随着土壤深度的变化逐渐减少,说明表层土壤受植被影响富集磷的能力更强;而在黄棕壤海拔834 m处所有的各形态磷普遍偏低,可能受地形影响造成植被固磷能力下降所致。除山地棕色针叶林土(海拔3093 m)外,土壤总磷含量变化同土壤表层有机质含量变化相一致,这也表明山地土壤中P与有机质密切相关。(3)运用连续提取方法把土壤磷分为树脂磷(resin-P)、Na HCO3提取态有机磷和无机磷(Na HCO3-Po、Na HCO3-Pi)、Na OH提取态有机磷和无机磷(Na OH-Po、Na OH-Pi)、D.HCl、浓盐酸提取态有机磷和无机磷(Conc.Pi、Conc.Po)和残渣态磷(resual-P),不同形态的磷含含量随着海拔的变化差异性明显。供试土壤中活性磷(resin-P+Na HCO3-P)占全磷6-26%,随海拔变化呈减小趋势,表明在长期的成土过程中土壤物质不断释放磷进行补充;土壤Na OH-P(即中稳态有效磷)也是土壤磷的主要存在形态,占全磷含量的24%-57%左右,随着海拔的升高Na OH-P含量呈上升的趋势。浓盐酸提取态磷(Conc.P即闭蓄态磷)占总磷含量10.8-39.5%,在土壤中含量也比较高,一般认为是和土壤风化、发育的层次有关;残渣磷(resual-P)含量变化不大,占全磷范围在8.5-22%。随海拔升高,有机磷占土壤总磷从44.8-70%变化,说明有机磷是所有供试土壤中最主要的磷库,随海拔的变化趋势不是很明显;Na HCO3-Po在有机磷中的百分含量均随着土壤风化度的增大而增多,因此,在低海拔处土壤高温多雨,干湿季节明显,风化淋溶作用强烈,活性磷组分Na HCO3-Po组分含量比较高。有机磷库中含量最多的是中稳定态有机磷(即Na OH-Po),占有机磷的40.4-77.4%,远远大于无机磷的含量。我们认为中稳定态有机磷主要是与铁铝矿物结合形态的有机磷,XRD衍射鉴定表明中稳定态磷部分为与针铁矿结合形式存在。(4)土壤母质、气候、植被、温度和p H等因素的不同所导致土壤有机磷呈不同变化趋势。土壤活性磷(resin-P+Na HCO3-Pi)含量随着海拔的升高含量升高,这同土壤有机质含量的增多有着密切的联系。土壤中Na HCO3-Po、Na OH-Po与土壤中有机质含量、游离氧化铁铝呈极显著正相关性,表明铁铝氧化物在稳定土壤有机磷库中起重要作用。以上结果为阐明山地土壤磷素,尤其是其中有机磷的赋存形态、演化及其地球化学循环过程提供了科学依据。