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《南京农业大学》 2011年
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外来植物苏门白酒草和水花生入侵对土壤碳氮过程的影响

高志亮  
【摘要】:生物入侵(biological invasion)已经成为全球变化的重要组成部分,它不仅对生物多样性和生态系统的稳定构成了严重的威胁,而且还改变着被入侵地区的生态系统过程。近年来随着生物入侵理论研究的不断深入,入侵植物对生态系统过程的影响成为入侵生态学研究的一个新的领域,尤其是外来入侵植物对土壤生态系统的影响已成为该领域研究的热点问题。本试验选取撂荒的稻田为试验样地,以我国典型入侵植物水花生(Alternanthera philoxeroides, Ap)和苏门白酒草(Conyza sumatrensis, Cs)为对象,以土著优势物种马唐(Digitaria sanguinalis, Ds)为参照,通过对入侵植物和土著植物的根际土壤进行采样分析和室内培养试验,研究了入侵植物对入侵地土壤特性和土壤碳氮过程的影响。研究主要包括了两个方面:(1)生长季外来植物入侵下土壤特性和土壤碳氮过程的变化以及在碳氮过程变化的影响下土壤有效态氮素的供应和土壤C02和N20排放速率的变化情况(2)在非生长季植物入侵后在土壤生物学特性变化的驱动下,养分从植物残体回流到土壤中的速率和土壤碳氮过程的变化以及在土壤碳氮过程变化的影响下土壤有效养分的积累和土壤CO2和N20排放速率的相应变化。以此来探讨在整个物质循环周期内入侵植物与土壤的反馈机制和入侵植物对土壤温室气体排放的影响。主要结果如下: 1苏门白酒草和水花生入侵对生长季土壤特性和碳氮过程的影响 与土著物种马唐(Ds)相比,苏门白酒草和水花生的入侵分别使土壤有机质含量增加106%和27%;全氮量增加63%和97%;铵态氮含量增加97%和94%;硝态氮含量增加71%和243%;微生物量碳分别增加123%和225%;微生物量氮分别增加225%和399%;氮净矿化速率分别增加2.1倍和3.8倍;反硝化速率分别增加1.0倍和0.8倍;酶的活性和硝化速率显著增加。好氧条件下苏门白酒草和水花生的入侵使土壤C02和N20排放速率仍显著的高于土著植物马唐。土壤碳氮循环过程的加快不仅加速了土壤有效氮的供应促使入侵植物快速生长,而且使土壤CO2和N20这两种主要温室气体的排放速率显著增加。 2苏门白酒草和水花生入侵下非生长季土壤特性和碳氮过程的影响 非生长季土壤特性和碳氮过程的变化与生长季土壤的变化趋势表现出了一致性。除pH值下降外,苏门白酒草和水花生入侵下土壤有机质含量增加134%和57%;全氮量增加87%和115%;铵态氮含量增加49%和71%;硝态氮含量增加20%和89%、微生物量碳分别增加48%和128%;微生物量氮分别增加62%和166%;土壤氮净矿化速率分别增加1.9倍和3.0倍;硝化速率增加1.2倍和1.5倍;酶活性和反硝化速率显著增加。好氧条件下苏门白酒草和水花生的入侵使土壤C02和N20排放速率仍显著的高于土著植物马唐。在较高的土壤酶活性和微生物量以及与分解相适应的微生物群落结构的驱动下,凋落物或残体将有较快的分解速率,从而加快了养分从植物向土壤的回流速度为生长季土壤养分供应提供物质基础。土壤碳氮过程的加快则导致土壤C02和N20排放量的增加。 生长季土壤充足有效养分的供应促进了入侵植物快速生长,非生长季土壤较快的养分回流和有效养分的积累为生长季养分供应提供了物质基础。因此,苏门白酒草和水花生与土壤之间表现出了一种正反馈机制,而且整个物质循环周期内土壤CO2和N20排放量的增加将对大气温室效应产生显著的影响。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X173;X131.3

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