河南省森林土壤及微生物碳、氮、磷的生态化学计量特征

摘要

Redfield比率是在浮游生物和海水中存在较为一致的碳(C)、氮(N)、磷(P)元素的比率关系。陆地森林生态系统中的生物体与土壤环境之间也可能存在类似的比率关系，这种比率关系可能影响土壤有机碳的积累。本文以河南省太行山、伏牛山、大别山等三个典型林区为研究对象，对典型林区90块样地进行调查与土壤样品采集，测定样品土壤碳、氮、磷和微生物量碳、氮、磷含量，计算碳、氮、磷元素化学计量比；同时设置氮、磷养分添加的森林凋落物-土壤有机碳转化的控制实验。研究河南省典型森林土壤及微生物的生态化学计量特征，探索外源养分添加对凋落物分解转化有机碳含量的影响。主要结论如下： (1)河南省典型林区土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量差异显著(P<0.05)。太行山林区C含量显著高于伏牛山和大别山林区，而伏牛山和大别山之间差异不显著(P>0.05)；太行山林区N含量显著高于伏牛山和大别山林区，伏牛山和大别山林区差异不显著(P>0.05)；三林区P含量差异不显著(P>0.05)。不同林区土壤C:N、C:P、N:P比值均无显著差异(P>0.05)，研究区C:N:P比值平均为64:5:1，变化幅度较小，具有较强的限定性。 (2)河南省典型森林土壤微生物量碳、氮、磷含量差异显著(P<0.05)。太行山林区微生物量碳含量显著高于伏牛山和大别山林区，伏牛山和大别山之间无显著差异(P>0.05)；太行山林区微生物量氮含量最高，伏牛山和大别山林区较低，太行山与伏牛山之间差异不显著(P>0.05)，与大别山差异显著(P<0.05)；微生物量磷含量变化与上述不同，伏牛山含量最高，三林区之间差异不显著(P>0.05)。研究区土壤微生物量碳、氮、磷化学计量比值平均为29:3:1，变化幅度较小，具有较强的限制性，土壤微生物具有弱的内稳态机制。 (3)研究区土壤有机碳含量均随外源氮、磷养分量的添加而增加，不同林区土壤碳增量差异显著，碳、氮含量的相关性高于碳、磷含量的相关性；土壤有机碳增幅与营养液浓度差异极显著，2倍养分浓度处理时，土壤有机碳含量增加了4.1倍。 (4)外源氮、磷养分添加对土壤微生物量碳含量影响显著。无营养液添加时，微生物量碳为418 mg·kg-1，1倍养分添加后含量增加至883 mg·kg-1，2倍养分添加后增加至1360 mg·kg-1。

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ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 引言

1.1.1 土壤碳、氮、磷含量研究现状

1.1.2 土壤微生物量碳、氮、磷含量研究现状

1.1.3 生态化学计量学

1.2 研究目标

1.3 研究内容

1.4 技术路线

第2章 河南省森林土壤及微生物碳、氮、磷元素生态化学计量特征

2.1 研究区概况

2.2 材料与方法

2.2.1 样地设置

2.2.2 土壤样品采集与处理

2.2.3 土壤有机碳测定

2.2.4 土壤氮测定

2.2.5 土壤磷测定

2.2.6 土壤微生物量碳测定

2.2.7 土壤微生物量氮测量

2.2.8 土壤微生物量磷测定

2.2.9 数据处理

2.3 结果分析

2.3.1 土壤碳、氮、磷和微生物量碳、氮、磷含量特征

2.3.2 土壤碳、氮、磷和微生物量碳、氮、磷比值特征

2.3.3 土壤及微生物量碳、氮、磷含量与其生态化学计量比相关关系

2.4 结论与讨论

2.4.1 河南省森林土壤碳、氮、磷含量水平评价

2.4.2 河南省森林土壤及微生物量碳、氮、磷生态化学计量比

2.4.3 河南省森林土壤及微生物量碳、氮、磷含量对其化学计量比的影响

第3章 外源氮、磷养分添加对河南省土壤有机碳及微生物量碳的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 供试土壤

3.1.2 研究方法

3.1.3 数据处理

3.2 结果分析

3.2.1 土壤中C、N、P含量及其动态特征

3.2.2 土壤有机碳增量、增幅与转化率

3.2.3 微生物量碳的变化

3.3 结论与讨论

3.3.1 SOC固定的生态化学计量机制

3.3.2 MBC与SOC含量的积累

3.3.3 自然林分条件下养分调控的可行性

第4章 结论

参考文献

附录

附表Ⅰ太行山林区样点表

附表Ⅱ 伏牛山林区样点表

附表Ⅲ 大别山林区样点表

致 谢

攻读学位期间的研究成果