侵蚀区不同植物凋落物及土壤碳、氮含量与特性研究
【摘要】：土壤是碳和氮的重要贮存库,土壤碳氮转化是陆地上最为重要的生态系统过程之一。土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳循环的重要组成成分。SOC在改善土壤结构、保持水分、防止土壤侵蚀和退化、提供植物养分特别是氮素等方面具有重要作用。风蚀及水蚀是引起全球土壤退化的主要因素之一,严重制约了土壤有机碳(SOC)的积累。为防止土壤侵蚀,不同地区采取了退耕还林还草、保护性耕作等措施,增加了植物凋落物的归还种类及数量。这些凋落物分解后向土壤释放的养分是植物维持自身生长所需养分的主要来源之一,与植被生态系统的养分循环及生产力关系密切。
因此,本试验以黄土高原水蚀风蚀交错带8种常见树种枯落叶及植物凋落物为研究对象,研究了8种植物凋落物中不同形态氮素含量及相互关系。同时,以比利时Leuven大学土壤侵蚀区中沉积区和侵蚀区0~200 cm深度土壤为研究对象,研究不同侵蚀程度区域土壤0~200 cm深度剖面,土壤有机碳、氮含量和储量变化及它们之间的相互关系。以及在不同氧气等条件下,两个区域不同土层土壤有机碳的稳定性,为研究土壤侵蚀对土壤碳、氮养分变化的影响,评价不同生态系统土壤有机碳流失规律等提供理论依据。获得以下主要结论:
1.供试的8种树种枯落叶及植物残体可溶性全氮(TSN)占其全氮(TN)比例为5.00%~29.07%;不同植物凋落物SON含量为0.32~6.24 g/kg,占TSN的比例为35.56%~83.32%;其中,沙打旺(Astragalus adsurgens Pall)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)中可溶性全氮(TSN)和可溶性有机氮(SON)含量均显著高于其他植物凋落物。相关分析表明,8种植物凋落物中TSN、SON、无机氮和全氮之间相关性达极显著水平。供试的8种常见植物凋落物中的可溶性氮,特别是可溶性有机氮是凋落物中不可忽视的氮素形态,有必要进一步研究其在黄土高原植被恢复中氮素循环中的作用。
2.比利时Leuven大学土壤侵蚀区随着土壤剖面深度的增加,沉积区和侵蚀区土壤有机碳和全氮含量均有减少的趋势;同一深度土层沉积区土壤有机碳和全氮含量均显著高于侵蚀区土壤。沉积区0~50 cm土层土壤有机碳和全氮储量均显著高于侵蚀区土壤,且随着深度变化,两个区域土壤C/N值变化范围较大。两个区域土壤C/N值差异达显著水平(p0.05)。相关性分析表明,侵蚀区和沉积区土壤有机碳和全氮含量之间均呈极显著线性正相关关系(p0.01)。
3.比利时Leuven大学土壤侵蚀区,同一土层沉积区土壤可溶性有机碳(DOC)含量显著低于侵蚀区,两区土壤可溶性有机碳对紫外光的吸收特性(UV280值)差异未达显著水平(p0.05)。土壤有机碳矿化与土壤可溶性有机碳含量相关性未达显著水平;而其与土壤UV280相关性达显著水平,表明土壤有机碳的化学组分可影响土壤有机碳的矿化分解。
4.添加有机底物均可以显著提高土壤有机碳的矿化量。不同氧气浓度对不同来源土壤有机碳矿化影响不同,在5%和20%氧气浓度条件下,沉积区和侵蚀区两个区域5~10 cm和45~70 cm两个土层土壤有机碳矿化量显著高于无氧条件;而在160~200 cm深度土层,20%氧气浓度条件下土壤有机碳矿化量最低,表明氧气浓度也是影响土壤有机碳矿化的重要因素之一。
【关键词】：植物凋落物 土壤侵蚀 土壤有机碳 矿化特性 氧气 【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S153
【目录】：
- 摘要5-7
- ABSTRACT7-11
- 第一章 文献综述11-19
- 1.1 引言11
- 1.2 植物凋落物在生态系统中的作用11-13
- 1.2.1 植物凋落物的概念及生态功能11-12
- 1.2.2 植物凋落物的分解及其影响因素12-13
- 1.3 土壤侵蚀对土壤有机碳、全氮含量及特性的影响13-15
- 1.4 影响土壤有机碳稳定性的因素15-17
- 1.4.1 温度对土壤有机碳稳定性的影响15-16
- 1.4.2 土壤含水量对土壤有机碳稳定性的影响16
- 1.4.3 施肥对土壤有机碳稳定性的影响16-17
- 1.4.4 植被类型对土壤有机碳稳定性的影响17
- 1.5 结语17-19
- 第二章 黄土高原水蚀风蚀交错带几种常见植物凋落物中不同形态氮素含量研究19-27
- 2.1 材料与方法20-21
- 2.1.1 供试样品的采集20-21
- 2.1.2 试验设计21
- 2.1.3 测定项目和方法21
- 2.1.4 统计分析21
- 2.2 结果与分析21-25
- 2.2.1 黄土高原水蚀风蚀交错带几种常见树种枯落叶及植物残体中可溶性全氮含量的变化21-22
- 2.2.2 黄土高原水蚀风蚀交错带几种常见树种枯落叶及植物残体中可溶性有机氮含量的变化22-24
- 2.2.3 黄土高原水蚀风蚀交错带几种常见植物凋落物中游离氨基酸含量的变化24-25
- 2.2.4 黄土高原水蚀风蚀交错带几种常见树种枯落叶及植物残体中各种形态氮素之间的关系25
- 2.3 讨论25-27
- 2.3.1 黄土高原水蚀风蚀交错带几种常见树种枯落叶及植物残体中不同形态氮素的含量25-26
- 2.3.2 影响植物凋落物中不同形态氮素含量的因素26
- 2.3.3 植物凋落物氮素含量与土壤生态系统中的氮素迁移与转化26-27
- 第三章 侵蚀对土壤有机碳和全氮含量及储量的影响27-34
- 3.1 材料与方法28-29
- 3.1.1 研究地区概况28-29
- 3.1.2 测定项目和方法29
- 3.1.3 统计分析方法29
- 3.2 结果与分析29-32
- 3.2.1 侵蚀对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量的影响29-31
- 3.2.2 侵蚀对土壤有机碳和全氮储量的影响31
- 3.2.3 侵蚀对土壤C/N 比的影响及两个区域土壤全氮与有机碳的关系31-32
- 3.3 讨论32-34
- 3.3.1 土壤侵蚀作用对土壤有机碳及全氮含量的影响32-33
- 3.3.2 土壤侵蚀作用对土壤总有机碳和全氮储量的影响33
- 3.3.3 土壤侵蚀作用对土壤C/N 值的影响及两个区域土壤全氮与有机碳的关系33-34
- 第四章 氧气浓度和有机底物对土壤有机碳稳定性的影响34-43
- 4.1 材料和方法35-36
- 4.1.1 样品的采集35
- 4.1.2 碳素矿化培养试验35
- 4.1.3 测定项目和方法35-36
- 4.1.4 统计分析36
- 4.2 结果与分析36-40
- 4.2.1 两个区域不同深度土层土壤性质的比较36-37
- 4.2.2 不同来源土壤有机碳矿化特性37-39
- 4.2.3 不同氧气浓度对土壤有机碳矿化的影响39-40
- 4.3 讨论40-43
- 4.3.1 可溶性有机碳含量及特性对土壤碳矿化特性的影响40-41
- 4.3.2 添加有机底物对土壤有机碳矿化特性的影响41
- 4.3.3 不同氧气浓度对土壤有机碳矿化特性的影响41-43
- 第五章 结论43-44
- 参考文献44-53
- 致谢53-54
- 作者简介54
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