川西北高寒沙化草地土壤有机碳和氮素特征

摘要

草地沙漠化是我国最严重的环境问题之一，沙化草地生态恢复是我国亟待解决的生态环境问题之一，目前得到了国内外学者的广泛关注。土壤有机碳(Soil Organic C，SOC)和土壤氮素(N)是指示沙化草地土壤肥力和质量变化重要因子。掌握不同程度沙化草地土壤SOC和N素变化特征，对于草地沙化机制的探讨及沙化草地的生态修复均有重要意义。目前，关于沙化草地SOC和N素变化特征的研究报道也多集中于干旱半干旱地区，半湿润地区的相关报道还比较缺乏，且这些研究局限于对沙化草地SOC总量和土壤全氮(TotalN，TN)的研究，缺乏对SOC活性组分及不同形态N素的特征研究。因此，本研究通过野外实地调查，以不同沙化程度草地为研究对象，调查了沙化草地植被群落信息特征，并采用分层采样方法，测定分析了0-100 cm土层土壤溶解性有机碳(Dissolved Organic C，DOC)、易氧化有机碳(Labile Organic C，LOC)和微生物量碳(Microbial Biomass C，MBC)等活性炭有机碳组分，以及碱解氮(Available N，AN)、铵态氮(Ammo niumN，NH4+-N)、硝态氮(Nirate N，NO3--N)、微生物量氮（Microbial Biomass N，MBN）、酸解全氮（Total Acid HydrolysableN，TAHN）、酸解氨态氮（Acid Solution of AmmoniumN，ASAN）、氨基糖态氮(AminoSugarN，ASN)、氨基酸态氮（Amino AcidN，AAN）等不同形态N素，研究结果表明:
　　(1)随草地沙化严重程度增加，地上生物量、地下生物量、群落盖度、物种丰度和群落平均高度均呈现出显著降低的变化特征，其中，极重度沙化草地较未沙化草地地上生物量、地下生物量、群落盖度、群落平均高度和物种丰度分别降低了91.78％、94.65％、94.57％、71.68％和83.33％(P＜0.01);0-100 cm土层土壤颗粒组成呈现出砂粒含量逐渐增加，粉粒和粘粒含量逐渐降低的特征，其中，极重度沙化草地较未沙化草地土壤砂粒含量增加了9.49％(P＜0.05)，粉粒和粘粒含量分别减少了78.43％和60.59％(P＜0.05)。
　　(2)草地沙化导致0-100 cm土层SOC、DOC、LOC、MBC含量均呈现出显著下降的变化特征，降低幅度大小呈现出MBC＞DOC＞LOC＞SOC的特征，与未沙化草地相比，极重度沙化草地土壤MBC、DOC、LOC、SOC含量分别降低了76.43％、74.89％、70.37％和66.07％(P＜0.01);从土层剖面来看，0-20cm土层SOC、DOC、LOC、MBC含量减少最为明显，分别降低了82.97％、85.99％、84.15％和89.61％（P＜0.01）。随着土层深度增加， SOC、DOC、LOC、MBC等减少的数量及降低的幅度均呈逐渐减少的趋势。从不同沙化阶段来看，SOC、DOC、LOC、MBC均在未沙化草地演变为轻度沙化草地阶段降低幅度最大。
　　(3)草地沙化导致0-100 cm土层土壤N素含量显著下降，极重度沙化草地较未沙化草地TN、AN、NH4+-N、NO3--N、MBN、TAHN、ASAN、ASN和AAN等分别减少了73.95％、77.72％、76.75％、79.77％、84.12％、79.53％、77.70％、68.93％和79.53％(P＜0.01);从土层剖面来看，0-20 cm土层TN、AN、NH4+-N、NO3--N、MBN、TAHN、ASAN、ASN和AAN损失最明显，分别减少了86.43％、83.52％、82.11％、88.82％、91.77％、90.58％、91.44％、87.77％和91.01％(P＜0.01)。随着土层深度增加，土壤N素随着沙化严重程度增加，其减少数量及降低幅度均逐渐减少;从不同沙化阶段来看，土壤TN、AN、NH4+-N、NO3--N、MBN、TAHN、ASAN、ASN和AAN均在未沙化草地演变为轻度沙化草地阶段降低幅度最大。
　　(4)川西北高寒草原沙化草地土壤SOC、DOC、LOC、MBC与TN、AN、NH4+-N、NO3-N、MBN、TAHN、ASAN、ASN和AAN显著相关(P＜0.01)，随草地沙化严重程度增加，土壤C/N呈现出逐渐增大的变化特征;SOC、DOC、LOC、MBC和TN、AN、NH4+-N、NO3--N、MBN、TAHN、ASAN、ASN和AAN等与土壤砂粒含量均呈极显著负相关，与土壤粉粒含量、粘粒含量和地表植被群落盖度均呈极显著正相关关系（P＜0.01）。

目录

声明

摘要

资助情况

1 绪论

1．1 立题依据

1．2 文献综述

1．2．1 沙化草地土壤有机碳研究现状

1．2．2 沙化草地土壤氮素研究现状

1．2．3 川西北高寒草原沙化草地土壤有机碳研究现状

1．2．4 川西北高寒草原沙化草地土壤氮素研究现状

1．3 研究目标

1．4 研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 研究方法

2．1 研究区概况

2．1．1 气候与水文

2．1．2 地质地貌与成土母质

2．1．3 土壤与植被

2．1．4 川西北草地沙化现状

2．2 实验设计

2．3 土壤样品采集与处理

2．4 测定方法

3 结果与分析

3．1 不同沙化程度草地地表植被特征及土壤颗粒组成

3．1．1 地表植被特征

3．1．2 土壤颗粒组成

3．2 不同沙化程度草地土壤有机碳变化特征

3．2．1 土壤总有机碳变化特征

3．2．2 溶解性有机碳变化特征

3．2．3 易氧化有机碳变化特征

3．2．4 微生物量碳变化特征

3．3 不同程度沙化草地土壤氮素变化特征

3．3．1 土壤全氮变化特征

3．3．2 碱解氮变化特征

3．3．3 微生物量氮变化特征

3．3．4 铵态氮和硝态氮变化特征

3．3．5 酸解有机氮及其组分变化特征

4 相关分析

4．1 沙化草地土壤有机碳和氮素与土壤颗粒组成相关分析

4．1．1 土壤有机碳与土壤颗粒组成

4．1．2 土壤氮素与土壤颗粒组成

4．2 沙化草地土壤有机碳和氮素对地表植被群落盖度的响应特征

4．2．1 土壤有机碳与地表植被群落盖度

4．2．2 土壤氮素与地表植被群落盖度

4．3 沙化草地土壤有机碳与氮素相关性分析

5 讨论

5．1 草地沙化对土壤有机碳的影响

5．1．1 土壤总有机碳

5．1．2 土壤活性有机碳组分

5．2 草地沙化对土壤氮素的影响

5．2．1 土壤全氮和碱解氮

5．2．1 其他形态氮素

5．3 草地沙化对土壤C／N的影响

6 结论

致谢

参考文献

科研论文成果