川西北高寒沙地四种适生植物根际土壤有机碳、氮组分及酶活性特征研究

摘要

近年来，川西北高寒地区草地由于受到长期的风蚀以及过度放牧等自然人为因素影响，部分草地呈现退化、沙化较为严重;目前，植物生态修复是治理川西北沙化土壤的重要手段之一，筛选抗劣性强，治沙效果好的生态修复植物材料是沙化土壤生态修复的关键措施，因此，研究和揭示高寒沙化土地不同适生植物根际土壤有机碳、氮素积累特征及土壤生物学特性对于治沙植物的筛选具有重要意义。本研究选取川西北高寒沙地4种典型适生植物白花前胡(Peucedanumpraeruptorum)、川甘亚菊(Ajania potaninii)、翻白委陵菜(Potentilla discolor)和黑穗苔草(Carex atrata)为供试研究材料，研究了根际与非根际土壤有机碳、氮、酶活性特征以及土壤微生物学特性，以期为川西北高寒沙区适生修复植物种质资源筛选及生态环境保护提供依据。主要研究结论如下:
　　(1)川西北高寒沙地4种适生植物平均株高、冠幅、根长和地下生物量、地上生物量、总生物量均呈现出白花前胡＞川甘亚菊＞翻白委陵菜＞黑穗苔草的特征(P＜0.05)，地上生物量呈现出川甘亚菊＞白花前胡＞翻白委陵菜＞黑穗苔草的特征(P＜0.05)，说明总体上白花前胡和川甘亚菊积累的干物质可相对较多，更有利于沙化土地修复。
　　(2)川西北高寒沙化地白花前胡、川甘亚菊、翻白委陵菜和黑穗苔草根际土壤总有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)、颗粒态有机碳(POC)和微生物量碳(MBC)含量均显著高于非根际土壤(P＜0.05），根际土壤有机碳呈现出明显的富集效应。4种植物之间根际土壤SOC、DOC、POC和ROC含量差异达显著水平（P＜0.05），呈现出白花前胡＞川甘亚菊＞翻白委陵菜＞黑穗苔草的特征。
　　(3)川西北高寒沙化地白花前胡、川甘亚菊、翻白委陵菜和黑穗苔草根际土壤全氮(TN)、碱解氮(AN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、溶解性有机氮(DON)、微生物量氮(MBN)均显著高于非根际土壤（P＜0.05），根际土壤氮素呈现出明显的富集效应。4种植物之间根际土壤TN、AN、NH4+-N、NO3--N、DON、MBN含量差异达显著水平(P＜0.05），其中TN、AN、NH4+-N、DON和MBN以白花前胡最高，显著高于川甘亚菊、翻白委陵菜和黑穗苔草。根际土壤NO3--N，呈现出川甘亚菊＞白花前胡＞翻白委陵菜＞黑穗苔草的特征，其中川甘亚菊和白花前胡差异未达显著水平但均显著高于翻白委陵菜和黑穗苔草。
　　(4)白花前胡、川甘亚菊、翻白委陵菜和黑穗苔草根际土壤蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、脲酶、硝酸还原酶和蛋白酶活性均显著高于非根际(P＜0.05）。不同植物之间根际土壤蔗糖酶和硝酸还原酶蛋白酶活性呈现白花前胡＞川甘亚菊＞翻白委陵菜＞黑穗苔草的特征(P＜0.05);白花前胡和川甘亚菊根际土壤纤维素酶、淀粉酶、脲酶和蛋白酶活性差异未达显著水平(P＞0.05)，但均显著高于翻白委陵菜和黑穗苔草(P＜0.05)。
　　(5)4种高寒沙地适生植物均有利于土壤有机碳氮的积累和酶活性提高，均可作为川西北高寒沙地的治沙植物材料，但从植物生物量、土壤碳、氮和酶活性根际效应来看，优选选择作为治沙植物材料的顺序依次是白花前胡、川甘亚菊、翻白委陵菜和黑穗苔草
　　(6)植物生长特性指标（株高、冠幅、根长，生物量）均与土壤有机碳氮及酶活性指标呈正相关关系，其中，根长和地下生物量与土壤SOC、ROC、DOC、MBC、POC、TN、AN、NO3-N、NH4-N、MBN、DON、蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、脲酶、蛋白酶相关性达显著或极显著水平，地上生物量与SOC、ROC、DOC、MBC、TN达显著或极显著水平，植物冠幅除与SOC和TN相关性达显著水平外，与其他土壤碳氮及酶活性指标相关性未达显著水平，株高与土壤有机碳氮及酶活性相关性未达显著水平。根际土壤SOC、氮素与相关酶活性也表现为极显著(P＜0.01)或显著(P＜0.05)正相关关系。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 立题背景

1．2 研究现状综述

1．2．1 根际土壤有机碳研究

1．2．2 根际土壤氮素研究

1．2．3 根际土壤微生物特性研究

1．2．4 根际土壤酶活性研究

1．2．5 小结

1．3 研究方案

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．2 研究方法

2．2．1 实验方案设计

2．2．2 样品采集

2．2．3 样品分析

2．2．4 数据处理与统计分析

3 植物生长形态

3．1 高度、冠幅和根长

3．2 生物量

4 根际土壤有机碳特征

4．1 总有机碳

4．2 溶解性有机碳

4．3 易氧化有机碳

4．4 颗粒态有机碳

4．5 微生物量碳

4．6 讨论

4．7 小结

5 根际土壤氮素特征

5．1 全氮

5．2 碱解氮

5．3 铵态氮

5．4 硝态氮

5．5 溶解性有机氮

5．6 微生物量氮

5．7 讨论

5．8 小结

6 根际土壤酶活性特征

6．1 蔗糖酶

6．2 纤维素酶

6．3 淀粉酶

6．4 脲酶

6．5 硝酸还原酶

6．6 蛋白酶

6．7 讨论

6．8 小结

7 植物生长形态、土壤碳、氮及酶活性之间的相互关系

7．1 植物生长形态与根际土壤碳、氮及酶活性之间的关系

7．2 根际土壤碳、氮及酶活性之间关系

8 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果