长白山阔叶红松林和杨桦林不同土壤组分碳氮相关指标及差异研究

摘要

为了探讨阔叶红松林及其杨桦林土壤碳截获、肥力供应的潜力及差异特征，本文以长白山阔叶红松林和次生杨桦林为研究对象，采用土壤颗粒组分物理化学分级方法，将其土壤分成5种具有不同稳定性功能的组分:沙和稳定团聚体组分(Sand and stableAggregates，SA)、酸不溶组分（Acid Insoluble fraction，AI）、易氧化组分(EasilyOxidized fraction，EO)、颗粒态组分（Particulate fraction，P）和可溶性组分(Solublefraction，S)，进而分析了土壤组分的质量分数、C/N、碳氮含量及其分配比例，并采用红外光谱法和X射线衍射法分析其官能团和晶体状况。主要研究结论如下，
　　(1)长白山阔叶红松林和杨桦林稳定土壤组分AI(21.08mg.g-1/24.61 mg.g-1)和SA(38.04mg.g-1/58.04 mg.g-1)碳含量比P（202.99mg.g-1/231.08 mg.g-1）、EO(39.22mg.g-1/58.64 mg.g-1)和S(378.33mg.g-1/335.40 mg.g-1)活跃组分低，但是88.0％以上的土壤质量集中在稳定土壤组分中，导致两种林型碳的分配比例分别为72.7％和66.5％，说明长白山阔叶红松林和杨桦林稳定组分较高的质量分数致使土壤碳主要截获于稳定组分，这种碳的机制有利于其碳的长期累积。与此相反，阔叶红松林活跃土壤组分（P、EO和S）的质量分数仅为12％，但是活跃组分P（37.19 mg.g-1）、EO(11.76mg.g-1)和S(10.27mg.g-1)的氮含量比稳定组分SA(3.13mg.g-1)和AI（1.06mg.g-1）大4-37倍，致使活跃组分氮的分配比例为53.3％，说明长白山阔叶红松林土壤氮在活跃组分和稳定组分中分配相当，这种氮的机制具有持续快速供应潜力。杨桦林活跃组分（P、EO和S）的质量分数仅为11.7％，但是其含氮量分别为78.58 mg.g-1、13.03 mg.g-1和38.47 mg.g-1，比稳定组分AI(0.88 mg.g-1)和SA(3.53 mg.g-1)高了3-80倍，致使活跃组分氮的分配比例为59.1％，成为土壤氮的主体，说明杨桦林土壤主要分布在活跃组分中，有利于土壤肥力（氮）的快速供应。
　　(2)长白山阔叶红松林和杨桦林红外光谱结果显示，土壤碳与O-H、N-H、C-H、C=O、COO-伸缩振动带和O-H弯曲振动带官能团呈极显著正相关;土壤氮与C-H、C=O的伸缩振动带和O-H弯曲振动带官能团呈显著或极显著正相关，与C-O、Si-O-Si、多糖的C-O伸缩振动带和O-H弯曲振动带官能团呈极显著负相关;土壤C/N与C=O的伸缩振动带和O-H弯曲振动带官能团呈显著负相关，与C-O、Si-O-Si、多糖的C-O伸缩振动带和O-H弯曲振动带呈极显著正相关。说明官能团具有维持碳氮的功能，同时能够反映土壤组分的化学稳定性。这对未来研究土壤碳氮动态具有重要的生态学意义。
　　(3)阔叶红松林和杨桦林比较分析结果表明，两种林型土壤碳氮特征类似，但是杨桦林土壤组分的C/N比阔叶红松林更高，说明杨桦林土壤更不易分解，阔叶红松林土壤有机质较易分解，并为林分生长提供更快速的氮肥供应潜力。XRD结果显示，阔叶红松林在稳定组分和P组分中晶体均较多，而且在稳定组分中晶体晶粒尺寸较大。二者这种差异的阐明，有利于从储藏机制角度理解两种主要林型土壤碳氮动态差异及对未来气候的响应，同时，为生态演替过程碳氮动态的变化提供基础数据。

目录

摘要

1 绪论

1．1 红松林和杨桦林的重要性

1．2 土壤碳氮组分的研究进展

1．3 土壤碳氮组分与森林类型的关系

1．4 红外光谱技术、X射线衍射技术在土壤中的应用进展

1．5 本研究的目的和意义

2 自然概况、样品采集与研究方法

2．1 自然概况

2．2 研究地概况与土壤样品采集

2．3 研究方法

2．3．1 土壤颗粒组分物理化学分级方法

2．3．2 碳氮指标测定

2．3．3 红外光谱官能团组成测定

2．3．4 X射线衍射测定

2．3．5 数据分析

3 长白山阔叶红松林土壤组分中C、N及其官能团特征研究

3．1 不同土壤组分的各项指标差异比较分析

3．1．1 组分碳氮比差异

3．1．2 组分质量分数差异

3．1．3 组分有机碳含量差异

3．1．4 组分氮含量差异

3．1．5 组分碳、氮的分配比例差异

3．1．6 不同组分各官能团的含量比较

3．1．7 各组分间碳氮、官能团相关关系比较

3．2 讨论

3．3 本章小结

4 长白山杨桦林不同土壤组分中C、N及其官能团特征研究

4．1 各土壤组分间的各项指标差异比较

4．1．1 质量分数差异

4．1．2 碳含量差异

4．1．3 氮含量差异

4．1．4 碳氮比差异

4．1．5 碳、氮的分配比例差异

4．1．6 不同组分各官能团的相对含量差异

4．1．7 各组分间碳、氮、官能团的相关关系比较

4．2 讨论

4．3 本章小结

5 长白山阔叶红松林及杨桦林碳截获及肥力特征差异比较研究

5．1 各土壤组分间的各项指标差异比较分析

5．1．1 碳氮比

5．1．2 质量分数

5．1．3 碳含量

5．1．4 氮含量

5．1．5 碳、氮的分配比例

5．1．6 红外官能团

5．1．7 XRD

5．2 讨论

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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