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《兰州大学》 2011年 博士论文
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青藏高原东部高寒草甸土壤氮的矿化和硝化及地上地下关系的研究

张世虎  
【摘要】:高山草地和苔原仅占全球陆地的7%,却储存了全球13%的土壤碳和10%的土壤氮。高寒草甸土壤有机碳、氮库的变化将会对全球碳、氮循环,以及全球气候变化产生显著的影响。 土壤温度和水分是影响碳、氮循环的两大主要因素,特别是在高海拔地区,显著影响着土壤氮的矿化和硝化速率。然而,关于高海拔地区土壤氮的矿化和硝化的研究没有一致的结论,为此,我们通过不同海拔(3000m,3500m和4000m)和坡向(阴坡、阳坡和滩地)来代替土壤温度梯度和水分梯度,分析高寒草甸土壤氮的矿化和硝化速率,同时测定其他土壤理化指标和地上植被特征,旨在研究不同海拔和坡向对土壤氮循环和草地生产量、物种多样性的影响以及控制土壤碳、氮循环的主要因子,揭示全球气候变化下的土壤有机碳、氮和磷随时空和环境条件的变化规律。研究结果如下: 1)土壤含水量随着海拔升高而增加,阴坡含水量高于阳坡;土壤有机碳、全氮、C/N、速效氮和全磷在阴阳坡均随海拔的升高而增加;土壤C/N、速效氮和全磷阳坡阴坡;土壤速效磷随着海拔的升高而减小;土壤有机碳和全氮含量阳坡阴坡滩地;土壤速效氮和氨态氮阳坡滩地阴坡,土壤全磷含量阴坡阳坡滩地;土壤含水量、硝态氮和速效磷含量阴坡阳坡滩地,这些说明坡向能通过改变土壤温度和水分而间接的影响土壤有机碳和土壤氮的矿化。 2)土壤氮的矿化速率和硝化速率均随海拔升高而降低,阳坡的土壤氮矿化速率和硝化速率高于阴坡,主要是因为阳坡相对阴坡土壤温度和湿度比较适中,更利于土壤微生物的活动;阴坡湿度较大,而滩地土壤湿度降低限制了微生物的活性。表明土壤温度和湿度是控制土壤氮矿化速率和硝化速率的关键因子。 3)植被总盖度和总生物量均在中海拔的阳坡最大,分别为93%和330.2 g/m2,而物种丰富度在中海拔的阴坡最大(S=30),表明物种多样性和生物量随海拔梯度分布呈“单峰”规律。 4)禾本科、杂草和豆科三个功能团地上生物量均随海拔的升高而降低,毒草和杂草所占地上总生物量的比例随着年限的增加升高,表明高寒草甸的杂草入侵越来越严重,草甸群落结构改变,使得草甸系统向退化或者不稳定的状态发展。 5)RDA分析表明:豆科和禾本科功能群生物量与土壤微生物量Cmic和Nmic极显著正相关,与Nmic/TN、Cmic/SOC正相关,与Cmic/Nmic和C/N负相关;表明禾本科和豆科功能群对土壤微生物碳和氮有显著影响。另外,土壤微生物量Cmic和Nmic与土壤温度也极显著正相关,与土壤湿度呈负相关关系。 6)物种丰富度和地上生物量与土壤速效磷、铵态氮呈显著的正相关关系,而与硝态氮呈负相关关系,这表明速效氮和速效磷共同影响高寒草甸群落结构和特征。


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