凋落物处理对亚热带3种森林土壤氮矿化的影响

摘要

氮素作为植物生长所必需的营养元素之一，是限制植物初级生产力的重要因素。土壤是植物生长的物质基础，土壤中的有机氮必须要通过土壤微生物的氮矿化作用才能够被植物所吸收，森林在全球的氮循环中具有重要地位，因此，研究森林土壤在不同经营模式下的氮矿化过程，对于了解森林生态系统的氮循环过程，建立优化森林经营模式具有重大意义。本研究选取湖南省森林植物园樟树人工林（Eucalyptus）、马尾松人工林（Pinus massoniana）和樟树—马尾松(Eucalyptus×Pinus massoniana)混交林为研究对象，设置加倍凋落物、去除凋落物和对照3种凋落物处理，研究了3种森林群落土壤氮素有效性和氮矿化对不同凋落物处理的响应特征。主要结论如下: (1)樟树人工林、马尾松人工林、樟树—马尾松混交林土壤NH4+-N含量均在11月达到最大值，分别为:9.17 mg·kg-1、13.88 mg·kg-1、17.74 mg· kg-1，最小值分别出现在5月、2月、8月，分别为:4.80 mg·kg-1、4.46 mg·kg-1、8.29 mg·kg-1。马尾松人工林与樟树—马尾松混交林NO3-N含量的最大值出现在11月，分别为15.44 mg· kg-1、21.45 mg·kg-1，而樟树人工林NO3--N含量最大值为2月，为12.19mg·kg-1。3种森林土壤NO3--N最小值均出现在8月，其含量分别为:6.58 mg·kg-1、4.96 mg·kg-1、9.08 mg·kg-1。樟树人工林、马尾松人工林、樟树—马尾松混交林土壤有效氮含量最大值均为11月，其含量分别为:19.56 mg·kg-1、29.32 mg·kg-1、39.22 mg·kg-1，最小值为8月，其含量分别为:12.70 mg·kg-1、9.45 mg·kg-1、17.37mg·kg-1。NO3--N为土壤有效氮的主要组成部分，所占比例分别为:51.81％～65.14％、52.44％～57.03％、52.27％～59.79％。3种森林土壤NH4+-N、NO3--N以及有效氮含量均呈现显著的季节性变化。 (2)凋落物处理对不同森林类型土壤有效氮含量的影响不同，樟树人工林中，加倍凋落物后，土壤中NH4+-N和有效氮含量分别提高25.03％和5.68％，NO3--N含量降低11.89％;去除凋落物后，土壤NH4+-N和有效氮含量分别提高28.20％和10.95％，NO3--N含量降低4.7％。在马尾松人工林中，加倍凋落物后，土壤NH4+-N、NO3--N和有效氮含量分别提高23.21％、49.90％和40.86％;而去除凋落物后，土壤NH4+-N、NO3--N和有效氮含量分别降低0.63％、19.59％和9.62％。在樟树—马尾松混交林中，加倍凋落物后，土壤NH4+-N、NO3--N和有效氮含量分别提高18.23％、25.28％和22.19％，而去除凋落物后，土壤NH4+-N、NO3--N和有效氮含量分别降低33.28％、14.62％和23.59％。在樟树人工林中，加倍凋落物处理以及去除凋落物处理均显著提高了土壤有效氮的含量;在马尾松人工林以及樟树—马尾松混交林中，加倍凋落物显著均提高了土壤NO3--N以及有效氮含量，去除凋落物对土壤NH4+-N、NO3--N以及有效氮均起抑制作用。 (3)樟树人工林、马尾松人工林、樟树—马尾松混交林土壤净氨化速率、净硝化速率、净矿化速率存在显著的季节性差异。土壤氨化速率表现为:樟树人工林(5.52 mg·kg-1·30d)＞马尾松人工(3.00 mg·kg-1·30d)＞樟树—马尾松混交林(1.80 mg·kg-1·30d);土壤硝化速率总体表现为樟树人工林(21.23 mg·kg-1·30d)＞樟树—马尾松混交林(17.5 mg·kg-1·30d)＞马尾松人工林(17.15 mg·kg-1·30d)，不同森林土壤净氨化速率、净硝化速率、净矿化速率存在显著的差异性，且均表现为非生长季净矿化速率大于生长季净矿化速率。 (4)3种森林土壤年净矿化量从总体上均表现为:樟树人工林(314.08mg·kg-1)＞樟树—马尾松混交林(245.96 mg·kg-1)＞马尾松人工林(226.64 mg· kg-1);凋落物处理对3种森林土壤年净矿化量的影响均表现为:加倍凋落物＞凋落物对照组＞去除凋落物。加倍凋落物对土壤氮矿化的影响强度分别为:樟树—马尾松混交林(36.53％)＞樟树人工林(20.71％)＞马尾松人工林(9.33％)，去除凋落物对土壤氮矿化的影响强度分为别:马尾松人工林(38.90％)＞樟树人工林(37.32％)＞樟树—马尾松混交林(17.93％)。3种森林土壤氮矿化过程对不同凋落物处理的响应具有差异，添加凋落物对土壤净矿化速率具有促进作用，且对混交林影响较大，而去除凋落物则会抑制土壤净矿化速率，且对针叶林影响较大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 土壤氮矿化的过程

1．3 土壤氮矿化的季节动态

1．4 土壤氮矿化的影响因子

1．4．1 植物种类

1．4．2 凋落物

1．4．3 微生物

1．4．4 水热因子

1．4．5 土壤条件

1．5 土壤氮矿化研究方法

1．5．1 植物吸收法

1．5．2 田间原位培养法

1．5．3 室内矿化培养法

1．5．4 埋袋培养法

1．5．5 顶盖埋管培养法

1．5．6 离子交换树脂袋法

1．5．7 同位素法

1．6 研究目的与意义

2 试验地概况及研究方法

2．1 研究地概况

2．2 研究方法

2．2．1 凋落物处理

2．2．2 取样方法

2．2．3 土壤样品分析

2．2．4 数据处理与分析

3 研究结果与分析

3．1．2 土壤铵态氮

3．1．3 土壤硝态氮

3．1．4 土壤有效氮

3．1．5 小结与讨论

3．2 凋落物处理对3种森林土壤氮含量的影响

3．2．1 土壤铵态氮

3．2．2 土壤硝态氮

3．2．3 土壤有效氮

3．2．4 小结与讨论

3．3 凋落物处理下3种森林土壤氮矿化的季节动态

3．3．1 土壤净氨化速率

3．3．2 土壤净硝化速率

3．3．3 土壤净矿化速率

3．3．4 小结与讨论

3．4 凋落物处理对3种森林土壤年氮矿化量的影响

3．4．1 土壤年氨化量

3．4．2 土壤年硝化量

3．4．3 土壤年矿化量

3．4．4 小结与讨论

4 结论

参考文献

附录(攻读学位期间的主要学术成果)

致谢