高寒草地土壤氮素分布格局及高寒牧草在水培环境下氮素吸收特征

摘要

本研究试图以青藏高原高寒生态系统为研究背景，以10种主要高寒禾本科牧草为研究对象，利用植物营养学的理论知识和稳定氮同位素标记技术，分析高寒草甸和人工草地生长季土壤有机氮和无机氮库时空动态变化特征，量化青藏高原主要禾本科和豆科牧草对无机氮、可溶性有机氮的吸收特征，明确高寒牧草氮素吸收策略。本项研究分别在青海省同德牧草良种繁殖场、果洛州玛沁县和中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站进行的。研究结果如下：
　　1.高寒草甸土壤中最占优势个体游离氨基酸是苯丙氨酸和天冬氨酸，其次是亮氨酸、精氨酸、脯氨酸、组氨酸、谷氨酸、赖氨酸和甘氨酸。它们占总游离氨基酸含量的80-90％；藏嵩草草甸土壤可溶性有机氮含量（DON）分别在4月初和9月初有两个高峰，DON含量分别为17.11和25.94 mg kg-1,6月底达到最低值，DON含量仅为7.63 mg kg-1。矮嵩草草甸土壤可溶性有机氮高峰分别在4月底和10月初，DON含量分别为23.6和20.36 mg kg-1,6月底达到最低值含量仅为11.00 mg kg-1。退化矮嵩草草甸土壤可溶性有机氮季节动态与矮嵩草草甸相似，最高值出现在4月27日，DON含量为15.82 mg kg-1,最低值出现在6月底含量仅为5.57 mg kg-1。
　　2.矮嵩草草甸土壤可溶性有机氮占土壤可溶性总氮的50.01%，土壤铵态氮占可溶性总氮的49.99%。土壤可溶性氨基酸占土壤可溶性总氮的21.80%，土壤可溶性氨基酸占土壤可溶性有机氮的43.60%。研究结果证明：与土壤无机氮比较，土壤可溶性有机氮库和可溶性氨基酸态氮库在高寒草甸土壤氮素中占有重要份额，是研究植物对土壤氮素吸收组分中不可或缺的重要组成成分。
　　3.同德暗栗钙土种植禾本科牧草第一年土壤以硝态氮为优势，占54-59%，其次为可溶性有机氮，占22%-29%，铵态氮最少，仅占17%。从土壤氮素季节动态看：一龄人工草地土壤铵态氮含量随生长季逐渐增大，9月份最高。土壤硝态氮在6月份返青期最高，随生长季显著下降，土壤可溶性总氮和可溶性有机氮在返青期和枯黄期较高，生长旺盛期较低。
　　4.果洛州退化地种植禾本科牧草的人工草地土壤氮素季节变化与同德暗栗钙土建植的人工草地土壤氮素变化趋势基本相似，土壤硝态氮和可溶性有机氮占优势，分别占49%和43%，铵态氮最少仅占8%。一龄人工草地随生长季土壤铵态氮含量逐渐增大，9月份最高。土壤硝态氮在7月初期最高，随生长季显著下降，土壤可溶性总氮和可溶性有机氮在生长季初期（7月）最高，随生长季降低。可以看出：高山草甸土中可溶性有机氮是植物可利用氮的重要组成成分，其含量仅次于硝态氮远高于铵态氮。
　　5.与一龄人工草地相比较，同德单播禾本科牧草生长三年后，土壤中植物可利用氮素迅速下降，尤其是硝态氮含量下降近5倍，其次铵态氮下降近3倍，可溶性总氮下降近2.5倍，仅可溶性有机氮下降不显著。因此，单播人工草地土壤速效养分尤其是速效氮下降是人工草地生产力难以持续的主要原因。
　　6.在100 uM氮化合物水培环境中，10种高寒牧草对三种氮化合物的吸收总量看：老芒麦总15N吸收量为8.108umol15N/g DW，冷地早熟禾总15N吸收量达到7.973umol15N/g DW，看麦娘总15N吸收量为7.629umol15N/gDW；紫野麦草、中华羊茅、星星草、无芒雀麦和披碱草的总15N吸收量值为5.208-6.528umol15N/g DW。而豆科牧草红豆草和禾本科牧草西北羊茅的总15N吸收量最低，仅为3.964umol15N/g DW和2.555umol15N/g DW.
　　7.选择垂穗披碱草和星星草两种牧草，检验在盐胁迫条件下（50 mmolL-1和250 mmolL-1NaCl）对不同氮素吸收情况，结果表明：高盐环境显著抑制两种牧草根系吸收氮素营养。而星星草在盐胁迫下对氮素的吸收能力远高于垂穗披碱草。因此，与垂穗披碱草相比较，星星草是更适合种植在青藏高原盐碱土中的高寒牧草。

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第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 青藏高原高寒草地退化及恢复重建研究现状

1.3 高寒草地土壤氮素动态变化特征

1.4 高寒植物对氮素吸收多元化途经研究进展

1.5 本论文的研究内容和创新点

第二章 高寒草甸土壤可溶性有机氮库动态变化格局

2.1研究地区自然地理概况

2.2材料与方法

2.3 研究结果

2.4讨论

第三章 高寒人工草地土壤可溶有机氮库和无机氮库动态变化格局

3.1研究地区自然地理概况

3.2材料与方法

3.3 结果与分析

3.4讨论

第四章 高寒牧草在水培环境下对氮素吸收特征

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

参考文献

附录1: 12种高寒禾本科牧草图

附录2： 实验照片

致谢

个人简历

硕士期间主要成果