营养元素的添加对草原生态系统土壤碳过程的影响

摘要

自工业革命以来，大气中温室气体浓度增加引起的全球环境变化，严重威胁着人类生存与社会经济的可持续发展，成为全球强烈关注的重大环境问题。草地作为响应全球变化和人类活动较为敏感的生态系统之一，其温室气体通量以及与全球环境的关系正日益受到人们的重视。开展草地生态系统温室气体及其影响机制的研究，既是草地生态系统地——气相互作用的重要环节，又是保证我国社会经济高速发展、促进我国生存环境改善及履行气候变化公约的基础研究。
　　本文以位于内蒙古自治区锡林郭勒盟多伦县——中国科学院植物研究所多伦恢复生态学试验示范研究站十三里滩实验基地为研究区域，通过野外试验和室内模拟实验，研究营养元素的添加对草地生态系统土壤碳过程的影响:通过野外试验，对营养元素添加对草地生态系统植物生物量及碳贮量和含碳温室气体通量进行了研究；通过室内模拟培养实验，研究了营养元素的添加对草地生态系统土壤微生物量碳、氮和有机碳矿化的影响。为利用草地资源改善我国温室气体排放现状，揭示草地生态系统温室气体的“源/汇”功能的转变提供基础数据。
　　本文获得的主要研究结果如下:
　　1.添加营养元素后，各个处理间生物量的差异大多不显著，对照的生物量是最低的，群落的生物量随着营养元素添加量的增加而增加，添加营养元素能够促进植物的生长，但当 N素超过一定量时，植物的生长受到抑制。地下各层生物量表现为逐级递减的趋势，即“倒金字塔”型。地下生物量主要分布在0～10cm土壤层，占地下各层总生物量的52.13％～62.43％。植物总碳贮量、地上与地下碳贮量的动态变化与植物总生物量、地上和地下生物量表现出同样的变化规律。
　　2.营养元素添加后，土壤中的有机碳没有显著的变化，土壤全氮含量显著增加；土壤的微生物量碳、氮发生显著的变化，各个处理微生物生物量的大小顺序为10NPK>20NPK>PK>对照。
　　3.营养元素添加后，不同处理间 CO2产生速率显著不同，处理10NPK的CO2产生速率显著高于其它处理；培养期间不同处理土壤CO2产生速率随培养时间的变化符合对数函数关系；有机碳的矿化速率在不同月份有所不同，七八月份土壤 CO2产生速率明显低于五六月份，这与采样时的土壤温度、水分条件成负相关关系。不同处理土壤 CO2的累积排放量存在一定的差异，营养元素的添加均促进了土壤 CO2的排放，不同处理的平均累积矿化量的大小顺序为10NPK>20NPK>PK>对照。土壤有机碳矿化速率与微生物量碳成显著的正相关关系。
　　4.不同处理土壤CO2的通量特征在生长季的变化规律基本相同，添加营养元素并未改变土壤CO2排放通量的变化型式。在不同的处理中，处理10NPK的平均排放量显著高于其它处理，其次是处理10N，当N超过一定量是，CO2的排放量减少，即CO2的排放受到了一定的抑制。不同处理土壤CH4的平均通量为负值，表现为大气CH4的汇。在整个观测期，呈现出生长季初和生长季末吸收CH4能力强，六七八月份土壤吸收 CH4能力弱的特征。添加营养元素均能促进土壤对CH4的吸收，其中，处理PK吸收大气CH4的能力最强。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 研究目的

1.3 主要研究内容

1.4 技术路线

1.5 主要创新点

第二章 陆地生态系统碳过程的国内外研究进展（文献综述）

2.1 陆地生态系统的主要碳过程

2.2 氮素输入增加对植物生产力(碳固定)的影响

2.3 氮素输入增加对碳排放的影响

2.4 氮输入对土壤微生物的影响

2.5 存在的问题与展望碳的固定、碳的贮存和碳的释放

第三章 研究区概况及样地设置

3.1 研究区概况

3.2 样地设置

3.3 实验方法

第四章 营养元素添加对植物生物量及碳储量的影响

4.1 引言

4.2 营养元素添加对地上地下部生物量分配的影响

4.3 营养元素添加对地下部各层生物量分配的影响

4.4 营养元素添加对植物碳贮量的影响

4.5 小结

第五章 营养元素添加对土壤有机碳、全氮和土壤微生物量

5.1 引言

5.2 营养元素添加下草地生态系统的土壤有机碳、全氮

5.3 营养元素添加下草地生态系统的土壤微生物量碳、氮

5.4结果与讨论

第六章 营养元素添加对草原生态系统土壤有机碳矿化的影响

6.1 引言

6.2不同处理对土壤有机碳矿化速率的影响

6.3 不同处理对土壤CO2的累积排放量的影响

6.4 微生物量碳与有机碳矿化速率的关系研究

6.5 结果与讨论

第七章 营养元素添加对草原生态系统含碳温室气体通量的影响

7.1 引言

7.2 营养元素添加对土壤CO2通量特征的影响

7.3 营养元素添加对CH4吸收的影响

7.4 结论

第八章 全文结论与展望

8.1 全文结论

8.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的课题

致谢