湖南会同不同年龄杉木林土壤净氮矿化作用研究

摘要

土壤养分特别是N的供应是影响林木生长的重要因素。杉木是我国南方主要的速生用材林树种,在缓解木材紧张供应和保护天然林中起到重要作用。但是,由于杉木生长、轮伐期短,消耗养分多,归还凋落物少且不易分解,林地自肥能力差,杉木人工林的土壤养分维持受到广泛重视。影响杉木林土壤养分供应涉及环境、土壤理化性质等诸多因素。本研究在湖南会同选择3个不同年龄的杉木人工林为研究对象,以阔叶林为对照,运用田间原位培养法和室内培养法控制温度和施肥量,探讨不同杉木林土壤净N矿化速率,从而了解土壤养分供应,为杉木林经营、土壤矿化过程模拟和预测提供科学依据。
　　 不同年龄杉木林中,2年杉木林的土壤pH值、容重、含水率、有机碳、总N、全P、NO3--N、砂粒含量最低,全K含量最高。13年杉木林土壤pH值、有机碳、总N、全P、NH4+-N、壤粒含量最高,全K最低。21年杉木林土壤容重、砂粒含量、含水率,NH4+-N最低；壤粒含量、黏粒、NO3--N含量最高。土壤容重、砂粒含量、含水量均随着杉木林年龄的增长呈现递增的趋势,土壤黏粒却随着杉木年份的增长呈现递减趋势。阔叶林的土壤沙粒含量比杉木林高,pH值、容重、土壤壤粒和黏粒含量、全P、全K含量均要比杉木林低,土壤有机碳含量比杉木林高。
　　 四个森林总的净N矿化速率为非生长季节＞生长季节。不同年龄阶段杉木林净N矿化速率不同,在生长季节,土壤净N矿化速率随着林龄的增长而降低；但在非生长季节却随着林龄的增长而增大。作为对照的阔叶林土壤的净N矿化速率在不同季节与杉木林的净N矿化速率大小不同。阔叶林在6月比2年杉木林低,但是比13年杉木林和21年杉木林高；9月比21年杉木林净N矿化速率高,比2年杉木林和13年杉木林净N矿化速率低；12月变化趋势刚好与9月变化相反。
　　 土壤净N矿化速率大小在不同的培养条件下,基本上为阔叶林＜2年杉木林＜13年杉木林＜21年杉木林。只有在增温施肥同时增加的培养条件下,13年杉木林土壤净N矿化速率比21年杉木林大。
　　 田间原位培养,在一定程度上阻隔了植物对土壤中N的吸收以及降雨对土壤中N的冲刷,从而在培养过程中对土壤N矿化速率变化的影响因子为温度、湿度、土壤的理化性质、微生物以及所施肥料。而通过控制将土壤单独置于锥形瓶中培养,控制了温度和土壤水分等实验条件,阻隔了雨水淋溶以及植物根系的吸收,排除了环境因子对N矿化的影响。因此,土壤特征是影响N矿化的主要因为,如土壤的pH、C/N、土壤组成和土壤微生物等。
　　 不论是野外施肥培养还是室内施肥培养,施肥对不同森林土壤净N矿化均产生促进作用,并且促进的变化趋势都相差不大。在室内以16.8℃为对照温度,增温2℃培养后。阔叶林和13年杉木林土壤增温组的净N矿化速率相对对照组有小幅度的提升,而2年杉木林和21年杉木林土壤净N矿化速率却出现小幅度的下降。其因为可能是增温促进微生物活动,而2年杉木林和21年杉木林土壤氮含量不能满足微生物自身需要,导致对养分的过度吸收。从增温和施肥组看出,除21年杉木林外,施肥和增温后其它3种森林类型的土壤净N矿化速率比单施肥组有所提升,说明施肥还不能满足增温后21年杉木林和阔叶林土壤中微生物对土壤氮的需求,从而出现增温和施肥组21年杉木林和阔叶林净N矿化速率比施肥组低。温度促进土壤净N矿化,并与施肥有交互促进作用。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 杉木林的养分需求及栽培中存在问题

1.1.1 杉木人工林栽培存在的问题

1.1.2 杉木林所需养分

1.2 土壤N矿化及供应

1.2.1 N在土壤中的循环

1.2.2 N矿化过程

1.3 土壤N矿化过程控制因子

1.3.1 动物和微生物作用

1.3.2 凋落物作用

1.3.3 土壤理化性质

1.3.4 人为的影响

1.4 土壤矿化的研究方法

1.4.1 室内培养法

1.4.2 田间原位培养法

1.4.3 植物吸收法

1.4.4 同位素法

2 研究目的和研究意义

3 试验地概况

4 研究方法

4.1 土壤样品的采集

4.2 实验处理方案

4.3 样品的化学分析

4.4 数据计算与统计分析

5 结果与分析

5.1 不同年龄杉木林土壤物理特征比较

5.1.1 土壤含水量季节变化

5.2 不同年龄杉木林土壤化学特征比较

5.3 不同年龄杉木林土壤野外培养N矿化速率差异

5.3.1 不同年龄杉木林土壤不同季节铵态氮和硝态氮含量

5.3.3 不同年龄杉木林土壤不同季节净氨化速率和净硝化速率

5.3.4 施肥对不同年龄杉木林土壤不同季节N矿化速率的影响

5.3.5 小结与分析

5.4 不同年龄杉木林土壤室内培养N矿化速率差异

5.4.1 室内培养对不同年龄杉木林土壤N矿化速率的影响

5.4.2 施肥对不同年龄杉木林土壤N矿化速率的影响

5.4.3 增温对不同年龄杉木林土壤N矿化速率的影响

5.4.4 增温和施肥对不同森林土壤N矿化速率的影响

5.4.5 小结与分析

6 结论

7 创新点和研究展望

7.1 创新点

7.2 研究展望

参考文献

致谢

附录 (攻读学位期间的主要学术成果)