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研究亮点
HIGHLIGHTS
研究结果为揭示马尾松林土壤生物有效磷和土壤磷酶介导的器官磷组分分配机制提供了依据；有助于改善磷限制型马尾松人工林的管理，提高其生产力和经营管理水平。
1. 土壤磷的生物有效性随林龄的增加而降低。
2. 马尾松通过降低代谢磷和增强脂质磷来适应低磷胁迫。
3. 随林龄增加，增加的根际磷酸酶活性减缓有效磷的降低。
4. 生长季节和非生长季节叶片器官磷组分的差异归因于马尾松对磷的分配。
01
研究背景
随着林龄的增加，磷在亚热带马尾松人工林的磷循环过程尚不清楚。在淋溶、侵蚀和矿物磷吸附的作用下，磷的有效性降低。森林群落通过实施保守的磷利用策略来减轻林龄增加磷获取能力下降的影响。探索磷缺乏土壤中的磷循环机制及植物的磷利用策略，对理解森林生态系统营养循环和生理代谢活动至关重要。
叶片中的磷组分包括代谢性磷、核酸磷、脂质磷和残渣磷。这些组分在植物光合及呼吸作用、DNA及RNA合成、细胞及细胞器膜构建等方面具有重要作用。分配比例的改变是植物应对缺磷环境增加磷利用效率的一种策略。在低磷环境下，植物通过分泌有机酸和分解土壤有机磷的方式进行磷获取；生物磷的同化受到土壤有机磷对酶活性变化的响应和植物叶片磷组分分配之间相互作用的影响。大多数研究集中在微生物和土壤碳如何影响植物磷，却忽略了土壤-植物之间的磷循环。
基于以上原因，本研究中通过分析不同林龄（5、9、19、29和35年生）马尾松人工林器官磷组分、土壤生物有效磷和磷酸酶，以探索地上和地下磷循环机制。这些发现将有助于探索影响马尾松林磷有效性变化的决定因素及磷限制下马尾松磷吸收策略，以提高其生产力。
02
研究方法
马尾松于1970年在研究区种植。天然马尾松林被砍伐后重新种植马尾松人工林。分别于1986年、1993年、2002年、2012年和2016年种植马尾松人工林，对应于35年生、29年生、19年生、9年生和5年生。这种林龄设置方式源于林场的经济与生态效益。
在生长季节（4月至10月）和非生长季节（11月至3月），本研究选择五个不同林龄的五棵马尾松标准木（直径相近，无病虫害）。样本包括两年生叶片、一年生叶片、细根、凋落物及根际和非根际土壤。植物器官样本用于测定器官磷组分（代谢磷、核酸磷、脂质磷和残渣磷）和磷重吸收效率。非根际土壤取自马尾松林地内随机位置0-20 cm土壤。根际和非根际土壤样本用于测定生物有效磷（可溶性磷、交换性磷、配体磷、水解性磷）和土壤磷酸酶（酸性磷酸酶、植酸酶）。最终通过相关性热图、冗余分析和结构方程模型（SEM）的结果构建马尾松人工林地上/下循环关系模式图。
03
研究结果
研究显示：(1)在生长季，马尾松叶片代谢磷组分随林龄而先增后减，凋落物中代谢磷组分比例达到34-68%。(2)与生长季相比，非生长季土壤配体磷组分减少了7-22%，可交换态磷组分增加了0-16%。(3)器官磷组分随林龄的增加而减少，凋落物输入减缓了土壤生物有效磷减少的趋势。(4)土壤磷酸酶产生的水解磷将在一定程度上减缓马尾松磷吸收引起的土壤生物有效磷减少。(5)生长季节和非生长季叶片器官磷组分的差异源于马尾松对不同磷组分的分配比例。
图1｜叶片磷组分、细根磷组分、磷重吸收效率、土壤生物有效磷和土壤磷酶相关性热图
图2｜不同林龄（5、9、19、29和35年）马尾松林生长季节和非生长季根际土壤与非根际土壤中土壤生物有效磷、器官磷组分以及磷循环酶冗余分析结果
图3｜土壤磷组分、土壤磷酸酶和磷吸收效率对生长季与非生长季叶片和细根器官组分的结构方程模型（SEM）
图4｜不同林龄下马尾松人工林地上/下磷循环关联示意图
Cite this article
Xue, X.P., Ge, X.G., Lei, L., Zhou, B.Z., Li, M.H., 2024. Effects of phosphorus resorption on bioactive phosphorus of different-aged Pinus massoniana plantations. For. Ecosyst. 11, 100241.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100241
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100241
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