云雾山封育草地植物群落根系对土壤有机碳的影响

摘要

封育是黄土高原草原生态系统管理较为有效的措施。为了探讨不同封育演替阶段草地根系性质与土壤有机碳的关系。本文选取云雾山不同封育演替阶段的典型植物群落（优势种分别为糙隐子草+星毛委陵菜群落、百里香+杂草类群落、厚穗冰草+长芒草群落、长芒草+铁杆蒿群落、铁杆蒿群落以及长芒草+大针茅群落）为研究对象，通过分析典型群落0~100 cm剖面的根系分布与组成特征和土壤碳组分的变化规律以及植物群落地上部分、枯落物、根系和土壤碳、氮、磷生态化学计量学特征，探究植物根系特性与土壤碳组分的关系，旨在为草地封育恢复和管理提供科学依据。主要结论如下： （1）六个封育演替草地群落0~100 cm根系生物量的变化范围是410.38~1494.92 g/m2，均值为856.23 g/m2。根系生物量随封育时间的增加呈先降低后上升的趋势，封育5年群落根系生物量最低。不同封育演替阶段根系生物量的垂直分布规律一致，均呈指数函数规律下降。根系纤维素与木质素含量在封育演替各阶段的均值分别为21%与8%，且在封育初期（1~10年）均高于封育后期（15~30年）。各典型群落根系的木质素/N比随土层深度的增加而增大；根系碳的平均浓度为438.43 g/kg，封育时间对根系碳无显著影响；根系氮和磷含量的平均值分别为6.31 g/kg和0.92 g/kg。 （2）六个封育演替草地群落地上部分碳、氮、磷含量的平均值分别为419.44 g/kg、13.04g/kg和1.83 g/kg。随封育演替的进行，植物地上部分和枯落物碳含量均缓慢增加；氮和磷含量下降。除封育30年的长芒草+大针茅群落的枯落物氮、磷含量外，其余封育阶段植物枯落物中的氮、磷含量均显著低于地上部分。各封育演替阶段地上部分 C:N为33.79，C:P均值为307.04，C:N、C:P随年限的变化趋势与N、P相反，C:N、C:P差异主要由N、P的差异引起。枯落物C:N的均值为23.76，C:P的均值为181.21。随封育演替的进行，枯落物 C:N、C:P 逐渐升高。植物地上部分 N:P 均值为 8.71，枯落物N:P的均值为7.81，地上部分和枯落物的N:P均随封育年限增加呈上升趋势。该区域植物群落生长主要的受限元素为氮。地上部分碳含量与根系氮和纤维素含量负相关，枯落物氮含量与根系氮含量显著正相关，枯落物C:P与根磷极显著负相关。植物叶片和根系吸收和利用营养元素的比例具有一致性。 （3）长期封育使得研究区草地土壤有机碳和土壤碳组分含量增加显著。封育30年群落微生物生物量碳、溶解性有机碳、腐殖质碳显著高于封育 15 年。封育使得土壤富里酸向腐殖化程度更高的胡敏酸碳变化。土壤有机碳和碳组分的垂直分布规律类似，表 层0~20 cm土壤含量最高。0~20 cm土壤有机质矿化作用较小。封育使得20~40 cm土层MBC增加显著。 （4）土壤全氮、全磷含量总体表现为随封育演替的进行呈增加的趋势。土壤碳、氮、磷间呈显著的正相关。草地封育有利于土壤质量的改善。土壤氮、磷在表层(0~20 cm)的含量显著高于下层(20~100 cm)。土壤C:N均值为11.04，C:P均值为19.68。土壤C:N显著正相关于土壤SOC、TN。不同封育年限土壤C:N、C:P受C影响较大。土壤N:P较低，均值为2.94。土壤SOC、TN、TP在垂直分布上呈现较为相近的趋势，从下到上依次递增。 （5）不同封育演替阶段根系碳含量与 MBC 存在正向相关关系。群落枯落物碳、根系碳对土壤MBC和DOC的影响较大。根系C:N与土壤TN呈负相关。根系C:P与土壤C:P呈负向相关关系，与土壤N:P呈正向相关关系。可见，植物根系的组成和生物量显著影响着土壤有机碳的组成和土壤的生态化学计量特征。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 草地根系生物量的研究现状

1.2 草地土壤有机碳研究现状

1.3 生态化学计量研究

1.4 本文目的意义、研究内容及技术路线

第二章 研究区域与方法

2.1 研究区域

2.2 样品测定分析方法

第三章 云雾山封育草地典型群落根系性质变化特征

3.1封育草地典型群落根系生物量和形态分布变化特征

3.2封育草地典型群落根系纤维素、木质素变化特征

3.3封育草地典型群落根系C、N、P生态化学计量特征

3.4讨论

3.5小结

第四章 云雾山封育草地典型群落植物地上部分—枯落物生态化学计量

4.1封育草地典型群落植物地上部分和枯落物的C、N、P含量

4.2封育草地典型群落植物地上部分和枯落物生态化学计量特征

4.3封育草地典型群落植物地上部分和枯落物生态化学计量特征关系

4.4地上部分和枯落物的生态化学计量特征与根系特性的关系

4.5讨论

4.6小结

第五章 云雾山封育草地典型群落土壤有机碳组分的垂直分布特征

5.1封育草地典型群落土壤有机碳的垂直分布特征

5.2封育草地典型群落土壤微生物生物量碳的垂直分布特征

5.3封育草地典型群落土壤溶解性碳的垂直分布特征

5.4封育草地典型群落土壤腐殖质碳的垂直分布特征

5.5 土壤有机碳与碳组分的相关性

5.6讨论

5.7小结

第六章 云雾山封育草地典型群落土壤生态化学计量分布特征

6.1封育草地典型群落土壤N、P的垂直分布特征

6.2 封育草地典型群落土壤C、N、P生态化学计量比

6.3封育草地典型群落土壤C、N、P含量及生态化学计量比的相关性

6.4讨论

6.5小结

第七章 云雾山封育草地群落根系性质与土壤有机碳关系分析

7.1植物各组分碳含量与土壤碳组分的相关性

7.2根系性质与土壤碳组分的相关性

7.3根系与土壤生态化学计量的相关性

7.4 讨论

7.5小结

第八章 研究结论及展望

8.1 研究结论

8.2 展望

参考文献

致谢

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