我国不同气候带森林生态系统中凋落物和林下植被去除对土壤氮矿化的影响

论文摘要

森林生态系统是地球上陆地植被生产力的关键部分,植物生长所需要的大部分营养元素例如碳、氮、磷等,都是通过自然状态下植物的凋落物和土壤中的有机质在微生物的分解作用所提供的。氮素的可利用性是森林生态系统生产力受限的主要因素之一。研究森林土壤中氮素的矿化作用是了解养分循环过程和转化平衡的重要组成部分,同时对了解森林生态系统的生产力有着重要的指导价值和实践意义。地表凋落物分解和林下植被光合产物输入可能会通过对改变土壤理化性质和土壤微生物活动而影响土壤矿化作用以及土壤氮素平衡。目前,同时在不同气候带通过控制凋落物层和林下植被改变土壤养分的输入情况来研究土壤氮素循环的实验还不多见。本研究以位于亚热带的鼎湖山、暖温带的宝天曼和中温带的长白山森林生态系统为研究对象,在每个样地同时设置四个处理,分别为:对照(Contrast Check,CK)、凋落物去除(Litter Removal,LR)、林下植被去除(Understory Removal,UR)以及凋落物和林下植被同时去除(Litter and Understory Removal,LUR),同期开展了树脂芯法野外原位氮矿化培养实验,主要探究以下科学问题:(1)了解凋落物去除、林下植被去除对土壤理化性质、微生物量以及氮矿化速率的影响;(2)分析不同气候带森林生态系统中土壤氮素转化过程对凋落物和林下植被去除的响应机制,为不同气候带森林的经营、保护与管理提供数据支撑及理论依据。针对以上科学问题,本研究通过对鼎湖山、宝天曼和长白山三个培养阶段的土壤理化性质、微生物量碳氮、无机氮含量及氮矿化速率各指标进行测定与分析,得出以下主要结论:(1)凋落物去除和林下植被去除会通过改变土壤理化性质、微生物量等来影响土壤氮矿化速率。整体来看,凋落物去除显著增加了土壤的净硝化和净矿化速率,可能是由于凋落物去除后显著降低了土壤含水量、显著增加了土壤温度和土壤有机碳,同时使得土壤透气性和含氧量增加,促进了硝化细菌的硝化作用;林下植被去除则显著降低土壤的净硝化速率,可能是因为林下植被去除使土壤pH降低,而酸性环境不利于微生物的硝化作用,因此净硝化速率降低。但是,不同气候带的三种森林植被类型下土壤理化性质、微生物量和土壤氮矿化速率对凋落物去除和林下植被去除的响应有所差异。(2)对于亚热带的鼎湖山样地,凋落物数量少但林下植被茂密,凋落物的去除显著增加了土壤有机碳而引起土壤矿化速率的增加。林下植被的去除则阻断了经光合作用向土壤输送养分这一重要来源,抑制了土壤微生物的生命活动进而降低了土壤净氨化和净矿化速率。(3)位于亚热带和暖温带过渡带的宝天曼样地,LR处理下净硝化和净矿化速率呈现先显著升高后显著降低的趋势,且LUR处理显著降低了土壤净硝化速率,说明土壤净矿化速率对凋落物去除的响应更加敏感,随着凋落物去除时间的推进,引起土壤含水量以及土壤微生物量显著下降,进而抑制了土壤微生物的矿化作用。(4)位于中温带的长白山样地,土壤净氨化速率和净硝化速率对凋落物去除的响应比较敏感,主要表现为LR处理显著升高了净硝化和净矿化速率;UR处理的主效应并不显著,土壤矿化速率主要是由于凋落物去除后增加了土壤净硝化作用所导致。长白山样地的凋落物层最厚但林下植被数量最少,凋落物层对土壤起到较好的荫庇、遮阳、保温的作用,而凋落物去除后显著增加了土壤温度,进而也增强了土壤的矿化作用。LR和UR有显著交互作用,同时去除凋落物和林下植被会显著降低土壤矿化速率。

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ABSTRACT

1 前言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 土壤氮素矿化的影响因素

1.2.2 森林生态系统凋落物和林下植被改变对土壤氮素矿化的影响

1.2.3 土壤氮矿化研究方法

1.3 研究内容

2 试验地概况及研究方法

2.1 试验地概况

2.2 试验设计

2.3 研究方法

2.3.1 土壤样品采集和氮矿化速率测定的野外培养方案

2.3.2 土壤样品测定项目与方法

2.4 统计与分析

3 结果与分析

3.1 不同气候带森林生态系统下凋落物和林下植被去除对土壤理化性质的影响

3.1.1 对土壤含水量、温度、pH的影响

3.1.2 对土壤碳、氮含量的影响

3.1.3 小结与讨论

3.2 不同气候带森林生态系统凋落物和林下植被去除对土壤微生物量碳、氮和无机氮的影响

3.2.1 对土壤微生物量碳、氮的影响

3.2.2 对土壤铵态氮的影响

3.2.3 对土壤硝态氮的影响

3.2.4 对土壤有效氮的影响

3.2.5 小结与讨论

3.3 不同气候带森林生态系统凋落物和林下植被去除对土壤氮矿化的影响

3.3.1 对土壤净氨化作用的影响

3.3.2 对土壤净硝化作用的影响

3.3.3 对土壤净氮矿化作用的影响

3.3.4 不同气候带森林生态系统各土壤指标与矿化速率相关性分析

3.3.5 小结与讨论

4 结论

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜博涵

导师: 张晨露,傅声雷

关键词: 森林生态系统,凋落物去除,林下植被去除,氮矿化

来源: 河南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 河南大学

分类号: S714

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我国不同气候带森林生态系统中凋落物和林下植被去除对土壤氮矿化的影响

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