科尔沁沙地东南部固沙林土壤磷素研究

土壤养分的持续供应是生态系统可持续性发展的基础，尤其在土壤贫瘠地区。土壤磷素被认为是干旱区生态系统的潜在限制性养分因子，但目前半干旱区土壤磷素的深入研究很少。针对半干旱区生态系统恢复方式、人工防护林可持续性经营等关键问题，本论文旨在弄清处于半干旱区的科尔沁沙地东南部沙地人工林土壤磷素转化的主导过程及影响因素，并从土壤磷素可持续供应的角度来评价研究区生态系统的可持续发展。 以处于无人为干扰下、立地条件基本一致的科尔沁沙地东南部的有代表性的生态系统为研究对象，包括原生植被榆树（Ulmus macrocarpa）疏林草地，退化草地，油松（Pinus tubulaeformis Carr.）人工林、樟子松（Pinus svlvestris var. mongolica）人工林和小叶杨（Populus simonii）人工林。系统全面的研究了土壤磷素状况及其季节变化，并深入探讨了樟子松人工林土壤磷素转化及其影响因素（林龄、密度、土壤冻融）。主要结论如下： （1）研究区风沙土表层0~20 cm全磷（<0.2 g kg-1）和活性无机磷含量（<3 mg kg-1）都极低，有机磷占全磷的50%以上，是土壤磷的主要组分。凋落物分解、有机磷矿化和微生物周转是有效磷的主要来源，与这些过程有关的土壤的生物过程控制着土壤磷素转化。Ca-P（钙结合的磷酸盐）的溶解也是速效磷的次要来源，而Al-P（铝结合的磷酸盐）和Fe-P（铁结合的磷酸盐）是活性无机磷库。凋落物分解对有效磷供应起首要作用（尤其在人工林中），凋落物分解的年磷归还量是10 cm层矿质土壤有效磷供应量的1.7~3.4倍。 （2）土壤含水量是影响土壤磷素供应的关键环境因子，而冻融作用对土壤微生物磷和活性无机磷含量无显著影响。 （3）与各人工林相比，榆树疏林草地具有高效的养分循环和较强的土壤磷素保持能力，其退化大幅度降低了土壤持水能力和肥力。而在退化草地上营造以针叶树种为主的人工纯林及针阔混交林进一步降低了土壤全磷含量。从土壤磷素可持续供应的角度来看，在干旱贫瘠地区不宜营造高密度的人工林。研究区的植被恢复，应该选取磷素利用效率高，而养分周转较快的植被类型。这样，不需要集中的人为管理，就能使生态系统达到一种自我维持的良性循环状态。 （4）樟子松的生长受到土壤磷素供应的限制，当年生叶片无机磷浓度比全磷浓度能更准确、直接地反映土壤供磷水平的变化。为满足林分的需求，樟子松的根系活动能够增强根际微生物和磷酸酶活性以促进有机磷的矿化，同时能降低根际土壤pH值以促进Ca-P的溶解。随着林分的发展，活性无机磷含量无显著变化，但土壤磷库（主要是总有机磷）逐渐耗竭，有机磷的矿化潜力也逐渐降低。这表明，随着林分发展，磷素对樟子松人工林的限制性逐渐增强。 （5）为保证已有人工林的可持续发展，必须通过间伐、保护地被物、施肥来调节养分需求与归还之间的平衡，维持地力，保证土壤养分的持续供应。其中保护林下凋落物尤为重要。为防止地力衰退，该地区樟子松林的最大密度（以每公顷胸高断面积为密度指标）应保持在24.1~26.6 m2 ha-1。