重庆石灰岩地区石漠化过程中水分与氮素对土壤—构树系统氮、磷元素营养的影响

【摘要】： 为了有效合理地治理喀斯特石漠化问题，找出适合本地石漠化恢复的树种，以及探讨石漠化恢复树种的生理适应机制，本文进行了野外调查实验，并结合野外实验结果，设计了主要土壤因子(水分和氮素)的胁迫模拟实验，水分处理分为四个水平：W_1(田间持水量的90％)、W_2(田问持水量的70％)、W_3(田间持水量的50％)和W_4(田间持水量的30％)；氮素分为N_1(0mgN／kg土)、N_2(75mgN／kg土)、N_3(150mgN／kg土)和N_4(300mgN／kg土)四个氮素水平，对适生树种(构树)的生物量、氮磷吸收、氮磷积累量和氮磷利用效率、土壤氮磷含量及其氮磷组分间的转化进行了研究，主要结论如下： 1通过野外植被调查发现，构树为该地区演替系列中出现最早的木本植物，从草本阶段到草灌丛阶段均有出现，且构树为喀斯特地区的先锋树种，经济价值高，因此，构树可以作为该地区植被恢复的树种。 2随着演替的进行，群落物种生长型趋于多样化，草本植物逐渐减少，灌木和乔木种类不断增加。群落结构趋于稳定，生态功能增强。不同演替阶段群落内各层次物种多样性表现为灌木层＞草本层＞乔木层。群落物种多样性指数与土壤有机质、土壤氮含量以及土壤含水量显著相关，说明这几个因素能明显影响该地区的植被恢复。 3以构树作为实验材料的室内模拟实验结果表明，水分与氮素对构树生物量有显著影响，且二者交互对整株生物量的作用明显，但对相对生长速率的作用不明显。构树生物量在土壤含水量为田间持水量的70％时最高，并显著高于其它水分处理；根冠比随水分的变化规律则相反，相对生长速率随着土壤水分的减少而下降。构树生物量和相对生长速率随着施氮量的增加先增加后下降，当施氮150mg／kg时构树生物量最大，氮肥用量超过该值时，生物量反而下降。 4水分与氮素对构树的养分吸收利用具有明显的交互作用。在水分胁迫和不同的氮素供应水平下，氮磷在叶片的含量最高，其次为根系，茎中氮磷含量较低。氮磷含量及积累量随着土壤含水量的增加而增加，而当土壤含水量为田间持水量的90％时，氮磷含量及氮磷积累量反而下降；氮磷含量及氮积累量随施氮量的增加呈现先增加后下降的趋势，临界值为施氮150mg／kg。磷积累量随施氮量的增加而增加，以施氮300mg／kg时最高，和施氮150mg／kg时没有差异。构树的净氮磷吸收速率随着土壤水分含量的升高先上升后下降，随着施氮量的增加而增加。构树氮磷利用效率基本表现为随土壤供水水平的增加而增加；氮利用效率随供氮水平的升高而下降，磷利用效率随氮素施用量的增加而增加。 5水分与氮素对土壤全氮、无机氮和有机氮各组分的影响极显著，二者间的交互作用对土壤全氮、无机氮和有机氮各组分的影响也达到极显著水平。土壤中全氮和有机氮各组分的含量随着土壤含水量的降低而降低，无机氮含量随着含水量的升高先下降后升高。施肥后，土壤中氮的含量显著增加。酸解性氮各组分在土壤中的含量顺序为氨基酸态氮＞酸解未知氮＞酸解氨态氮＞氨基糖态氮。各有机氮组分的变异程度为非酸解氮＞酸解性氮；氨基糖态氮＞酸解未知氮＞非酸解氮＞酸解氨态氮＞氨基酸态氮。 6水分对土壤全磷、有效磷和有机磷的影响显著，氮素对土壤全磷、有效磷影响显著，对有机磷的影响不显著，同时水分与氮素的交互作用对土壤全磷、有效磷和有机磷的影响也不显著。土壤中的全磷随着土壤含水量的增加而增加，有机磷随着含水量的增加而下降，有效磷随含水量的增加先下降后增加。土壤中的全磷、有效磷和有机磷含量随着施氮量的增加而增加。随着施氮量的增加，土壤全磷和有效磷含量显著增加，有机磷增加不显著。 水分对土壤Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、缓效磷源和潜在磷源的影响显著，氮素对Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P和缓效磷源的影响显著，水分与氮素的交互作用对无机磷组分影响不显著。土壤中的Ca_2-P和缓效磷源含量随着土壤含水量的增加而增加，潜在磷源则减少。土壤无机磷含量随着施氮量的增加而增加，但无机磷中潜在磷源的相对含量下降。土壤中各形态无机磷的分布规律均为Ca_(10)-P＞O-P＞Fe-P＞Ca_8-P＞Al-P＞Ca_2-P，O-P和Ca_(10)-P两种形态的无机磷占土壤无机磷总量的80％以上，土壤磷的有效性非常低。 7综合以上研究，构树可以作为该地区石漠化治理的恢复树种，且构树的生物量和吸收积累量；以及土壤氮磷养分供应状况随着土壤水分和氮素状况的改善而增加，在土壤含水量为田间持水量的70％和施氮150mg／kg时达到最大。南方喀斯特地区气候适宜，雨水充足，虽然土壤水分亏缺发生频率高，但持续时间短，这可能是在退化喀斯特土地上出现构树的原因所在。

【关键词】：土壤-构树系统 石漠化 氮营养 磷营养 水分与氮素交互作用
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S154.4
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