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《西北农林科技大学》 2011年
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黄土高原生态重建中植物凋落物碳氮在土壤中转化特性研究

王春阳  
【摘要】:凋落物是生态系统中生产的绿色植物光合作用产物的一部分,是生态系统中归还养分的一个主要途径,其分解的快慢直接影响到地表凋落物的积累,也制约着N、P等元素及其他物质向土壤的归还和土壤养分的有效性,进而影响土壤中有机质的形成和累积,以及土壤的理化性质。凋落物的分解是陆地生态系统物质循环和能量转换的主要途径,在维持土壤肥力、保证植物再生长养分的可利用等均起着重要作用,同时对生态系统的碳累积具有重要的影响。 黄土高原土地退化、侵蚀严重,是我国乃至世界上水土流失最严重的地区之一。为此,国家从上个世纪末开始在这一地区实施了以退耕还林还草、封山育林为主的生态建设工程。近年来,有关黄土高原区植被恢复重建与生态环境之间的关系已经进行了大量的研究工作,主要集中于植被恢复后对减少径流泥沙、养分流失及植被恢复多年后对土壤性质的影响等方面,而对不同植被下凋落物的分解状况以及在分解过程中对土壤的影响等方面研究较少。 本文选取黄土高原退耕还林还草、封山育林区分布较为广泛的几种植物凋落物为研究对象,采用室内和田间试验相结合的方法研究了不同凋落物的基本化学组成、分解特性,及其进入土壤后对土壤微生物量碳、氮和矿质态氮含量的影响,旨在揭示凋落物在土壤中分解过程中碳、氮的转化规律。研究获得以下主要结论: 1.利用2种浸提剂(水和0.01 mol·L~(-1) CaCl_2)提取不同大小(2 mm粉碎样和1 cm长)的植物凋落物,测定可溶性有机碳的含量及其生物降解特性。结果表明,不同植物凋落物可溶性有机碳的含量在4.21~156.82 g·kg~(-1)之间,其占凋落物全碳的比例为0.99%~32.84%,且平均草本类凋落物最低。经过7 d的培养,不同植物凋落物可溶性有机碳的生物降解率在34.7%~80.6%之间,平均草本类也最低。培养结束时植物凋落物可溶性有机碳的UV280吸收值和腐殖化指数(HIXem值)均极显著高于起始时测定值,且培养起始时UV280吸收值和HIXem值与植物凋落物的可溶性有机碳的生物降解率呈显著负相关。 2.采用室内培养法研究了6种不同植物凋落物及其与不同形态氮素(NH_4~+-N及NO_3~--N)配施对土壤微生物量碳、氮及矿质态氮含量的影响。结果表明,加入不同凋落物均显著提高了土壤微生物量碳、氮含量,其中加入柠条、沙打旺等碳氮比低的凋落物在培养的一段时期内土壤微生物量碳、氮均高于碳氮比高的凋落物(刺槐、沙柳和长芒草)。将凋落物与NH_4~+或NO_3~-同时添加,也提高了土壤微生物量碳、氮含量,其中添加铵态氮的土壤微生物量碳、氮含量的增加达显著水平,说明微生物更易利用铵态氮。加入C/N高的凋落物后土壤中的矿质氮发生固持,矿质态氮固持量与凋落物的C/N比呈显著的正相关关系。 3.采用室内培养法研究了6种不同植物凋落物及等比例混合后对土壤微生物量碳、氮及矿质态氮含量的影响。结果表明,加入不同植物凋落物均显著提高了培养期间土壤微生物量碳、氮含量。总体平均,添加三种等量混合后植物凋落物的土壤微生物量碳、氮含量高于两种凋落物等量混合处理,而两种凋落物混合高于单种凋落物处理;土壤矿质态氮含量的变化则相反,即单种两种混合三种混合。单种和两种混合后土壤微生物量碳、氮含量与其碳氮显著相关,而三种凋落物混合后土壤微生物量碳、氮含量与其碳氮比无相关性,说明多种凋落物混合后土壤微生物量碳、氮含量受多种因素共同影响。 4.采用网袋法研究了6种凋落物单种及等质量配比混合后在半湿润易旱区(杨凌)的分解及其碳、氮变化动态。结果表明,不同种类凋落物及配比后分解50%所需的时间在0.79~1.43 a之间,分解95%所需的时间在3.43~6.19 a之间。三种凋落物混合后的平均分解速率和平均分解系数大于两种凋落物混合,单种凋落物处理最小。到分解试验结束时,不同处理凋落物的全碳、全氮平均释放率表现为单种两种混合三种混合。不同处理凋落物可溶性有机碳含量、可溶性总氮含量、可溶性有机碳占全碳的比例以及可溶性总氮含量占全氮的比例在培养起始的两个月内有升有降,但在随后的4个月内均显著降低,而后缓慢降低。到分解结束时,不同凋落物可溶性有机碳含量、可溶性总氮含量、可溶性有机碳占全碳的比例及可溶性总氮含量占全氮的比例均表现为单种两种混合三种混合。 5.采用网袋法研究了6种凋落物单种及等质量配比混合后在半干旱区(神木)的分解及其碳、氮变化动态。结果表明:经过近14个月的分解后,三种凋落物混合后的平均质量损失率高于两种混合凋落物,单种凋落物最低。到分解试验结束时,不同处理凋落物的全碳、全氮平均释放率均表现为单种两种混合三种混合;而不同处理的可溶性有机碳平均含量表现为两种混合三种单种;可溶性总氮含量则为三种混合两种混合单种。相关分析表明,凋落物的质量损失率与可溶性有机物,特别是可溶性有机碳具有一定的相关性。 因此,在黄土高原丘陵沟壑区植被恢复重建中在选择植物种类时,有必要采用不同种类植物搭配,利用生物多样性以及不同植物凋落物的碳、氮养分含量及转化特性,协调土壤碳、氮转化过程,促进生态系统健康持续发展。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S714

【引证文献】
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