杉木人工林凋落物—土壤—土壤微生物量碳氮磷生态化学计量特征的海拔梯度变化

论文摘要

杉木(Cunninghamia llanceolata)是我国南方特有的优良速生针叶树种,在我国森林资源中占有重要位置。但是伴随着杉木人工林的迅速发展,人工林立地质量下降,影响林地生产力等弊端日益凸显。为此,本研究在安徽省金寨县天马国家自然保护区采集4个不同海拔高度(750 m、850m、1000m、1150m)的杉木林凋落物、土壤,测定凋落物、土壤和土壤微生物的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量并分析其化学计量比,以揭示杉木林养分循环过程中,凋落物、土壤、微生物量之间的协同关系,从而为杉木人工林的经营和管理提供科学依据,并为人工林生态系统化学计量学研究提供参考。研究结果如下:(1)不同海拔梯度下凋落物叶C、N、P含量均高于凋落物枝的C、N、P含量,凋落物叶和凋落物枝之间具有显著差异性(p<0.05);随海拔升高,凋落物叶C含量表现为逐渐下降的趋势,而凋落物枝C含量表现为先下降后上升的趋势,但两者的C含量与海拔均没有显著差异性(p>0.05)。随海拔升高,凋落物叶的N、P含量表现为先下降后升高的趋势,凋落物枝的N、P含量则表现为逐渐下降的趋势,凋落物叶和枝的N、P含量在不同海拔间存在显著差异(p<0.05)。该地区与我国其他地区相比,凋落物C、N含量较高,P含量转化率较低。(2)不同海拔梯度下凋落物叶C/N、C/P、N/P 比均低于凋落物枝的C/N、C/P、N/P比,在C/N、C/P比上,四个海拔梯度内的凋落物叶和凋落物枝皆差异性显著(p<0.05),在N/P 比上,而两者只有750 m海拔范围内有显著差异,其他三个海拔间没有显著差异性(p>0.05)。随着海拔梯度增加,凋落物叶和凋落物枝C/N、C/P、N/P 比呈现出不同的变化趋势:凋落物叶C/N 比表现为“降低—上升—降低”的趋势,C/P 比呈现为先增加后降低的变化趋势,N/P 比呈现逐渐增加趋势。凋落物枝C/N 比表现为逐渐上升的趋势,C/P 比呈现为先升高后下降的变化趋势,N/P比呈“升高—降低—升高”的趋势。不同海拔梯度下,凋落物叶和枝的N/P 比均没有显著差异性(p>0.05)。分析表明,该地区凋落物C/N、C/P比较高,对微生物是具有氮限制作用的,不利于凋落物的分解,而有利于凋落物对养分的储存。(3)随海拔梯度的升高,不同土层C、N、P含量表现为不同的变化规律:土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)均随海拔升高呈现先降低后增加的趋势,而土壤全磷(TP)呈先升高后减低的趋势;另外,海拔升高过程中,SOC、TN、TP含量均随着土层深度的增加而减少。双因素方差分析表明,海拔对SOC、TN、TP均有显著影响(p<0.01)。土层对SOC和TN具有显著影响(p<0.01),对土壤TP的影响不显著(p>0.05);而土层与海拔的交互效应对SOC、TN、TP的影响均不显著(p>0.05)。研究区的土壤C、N、P蓄积量丰富,C、N含量具有相对稳定性,土壤P含量受土壤母质影响,独特的生态环境有利于杉木土壤肥力的保持。(4)土壤C/N 比随海拔升高呈现先升高后降低的趋势,土壤C/P 比和N/P 比随海拔升高呈现先降低后升高的趋势;另外,海拔升高过程中,不同深度土壤的C/N、C/P 比和N/P比的垂直分布不同。双因素方差分析表明,海拔对土壤C/N 比影响不显著(p>0.05),海拔对C/P比和N/P比有极显著影响(p<0.01);土层对土壤C/N、C/P比和N/P比均具有极显著影响(p<0.01);土层和海拔的交互效应对C/P比和N/P比影响不显著(p>0.05),但对C/N比有极显著影响(p<0.01)。通过土壤化学计量分析,研究区土壤TP含量丰富,高于全国平均水平,但另一方面该林地在一定程度上可能受到N元素的制约。(5)土壤MBC、MBN随海拔升高的变化趋势一致,均是呈现先降低后增加的趋势;另外,海拔升高过程中,土壤MBC、MBN均随着土层深度的增加而减少,也与土壤SOC、TN的土层变化规律相似。随着海拔升高,不同土层深度的MBC/MBN比呈现不同的变化趋势,且在海拔升高过程中,MBC/MBN比均是随土层增加而呈现增加趋势。(6)凋落物叶C含量与土壤C/P、N/P比之间具有显著相关性,凋落物枝的C、N、P含量与生态化学计量和土壤的C、N、P含量与生态化学计量之间皆没有显著的相关性;凋落物叶养分含量和MBC、MBN均没有表现出显著的相关性,但MBC/MBN比与凋落物N、P表现出显著正相关,与凋落物C/N、C/P 比显著负相关关系;凋落物枝和MBC、MBN、MBC/MBN比间均没有显著相关性;MBC与土壤SOC、TN、C/P比、N/P比呈极显著正相关,与土壤TP、C/N比呈极显著负相关;MBN与土壤SOC、TN、C/P 比、N/P 比呈极显著正相关,与土壤TP、C/N比呈极显著负相关,MBC/MBN 比与土壤碳氮磷及生态化学计量皆不相关。

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摘要

ABSTRACT

1. 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的与意义

1.3 国内外研究进展

1.3.1 生态化学计量研究进展

1.3.2 凋落物生态化学计量学研究进展

1.3.3 土壤生态化学计量学研究进展

1.3.4 土壤微生物量生态化学计量研究进展

2. 材料和方法

2.1 研究区概况

2.2 样地设置

2.3 样品采集与处理

2.4 研究方法

2.5 数据处理分析方法

2.6 技术路线图

3. 结果与分析

3.1 不同海拔杉木人工林凋落物的生态化学计量特征

3.1.1 不同海拔凋落物碳氮磷含量及计量比

3.1.1.1 凋落物碳氮磷含量

3.1.1.2 凋落物碳氮磷化学计量比

3.1.2 凋落物碳氮磷及计量比的随海拔梯度的变化趋势

3.1.2.1 凋落物碳氮磷随海拔的变化

3.1.2.1 凋落物碳氮磷计量比随海拔变化

3.1.3 不同海拔凋落物碳氮磷与生态化学计量比的相关性

3.1.4 不同海拔凋落物生态化学计量与环境因子的相关性

3.2 不同海拔杉木人工林土壤的生态化学计量特征

3.2.1 不同海拔土壤碳氮磷含量及化学计量比

3.2.1.1 土壤碳氮磷含量

3.2.1.2 土壤碳氮磷化学计量比

3.2.2 土壤碳氮磷含量及化学计量比随海拔梯度的变化特征

3.2.2.1 土壤碳氮磷随海拔的变化

3.2.2.2 土壤碳氮磷化学计量比随海拔的变化

3.2.3 不同海拔土壤碳氮磷与生态化学计量比的相关性

3.2.4 不同海拔土壤生态化学计量与环境因子的相关性

3.3 不同海拔杉木人工林土壤微生物量的生态化学计量特征

3.3.1 不同海拔土壤微生物量碳氮含量及化学计量比

3.3.1.1 微生物置碳氮含量

3.3.1.2 微生物量碳氮比

3.3.1.3 微生物量熵

3.3.2 土壤微生物量碳氮含量及化学计量比随海拔梯度变化趋势

3.3.2.1 微生物量碳氮随海拔的变化

3.3.2.2 微生物量碳氮化学计量比随海拔的变化

3.3.2.3 微生物量熵随海拔的变化

3.3.3 不同海拔土壤微生物量碳氮与生态化学计量比的相关性

3.3.4 不同海拔土壤微生物量与环境因子的相关性

3.4 不同海拔杉木人工林凋落物、土壤、土壤微生物量间的相关关系

3.4.1 不同海拔凋落物和土壤之间的相关关系

3.4.2 不同海拔凋落物和土壤微生物量之间的相关关系

3.4.3 不同海拔土壤和土壤微生物量之间的相关性

4. 讨论与结论

4.1 讨论

4.1.1 不同海拔凋落物、土壤、土壤微生物量碳氮磷含量

4.1.1.1 不同海拔凋落物碳氮磷含量

4.1.1.2 不同海拔土壤碳氮磷含量

4.1.1.3 不同海拔土壤微生物量碳氮含量

4.1.2 不同海拔凋落物、土壤、土壤微生物量碳氮磷化学计量特征

4.1.2.1 不同海拔凋落物生态化学计量特征

4.1.2.2 不同海拔土壤生态化学计量特征

4.1.2.3 不同海拔土壤微生物量生态化学计量特征

4.1.3 不同海拔凋落物、土壤、土壤微生物量间的相关关系

4.1.3.1 不同海拔凋落物、土壤间的相关性

4.1.3.2 不同海拔凋落物、土壤微生物量间的相关性

4.1.3.3 不同海拔土壤、土壤微生物量间的相关性

4.2 结论

参考文献

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张莎莎

导师: 徐小牛

关键词: 凋落物,土壤,微生物量,生态化学计量学,杉木林,海拔梯度

来源: 安徽农业大学

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: 安徽农业大学

基金: 国家“十三五”重点研发计划(2016YFD0600304-03),国家自然科学基金(31370626)

分类号: S714

DOI: 10.26919/d.cnki.gannu.2019.000328

总页数: 65

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杉木人工林凋落物—土壤—土壤微生物量碳氮磷生态化学计量特征的海拔梯度变化

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