凋落叶分解过程模拟氮沉降对土壤酶活性的影响

发布时间：2017-10-13 23:09

  本文关键词：凋落叶分解过程模拟氮沉降对土壤酶活性的影响

  更多相关文章： 氮沉降 凋落物分解 酶活性 土壤 森林

【摘要】：全球活性氮沉降逐年增加,将改变生态系统的结构与功能,已成为全球变化的研究热点之一。森林是陆地生态系统的主体,在全球碳、氮循环中扮演着重要的作用。凋落叶分解是森林土壤养分最主要的来源,也是森林土壤养分循环的重要过程。土壤酶是土壤生物化学过程的积极参与者,在凋落叶分解过程中最为活跃。因此,在大气氮沉降增加的大背景下,研究凋落叶分解、土壤酶活性变化及其相互关系,能更好的理解大气氮沉降下森林生态系统凋落叶分解与土壤酶的动态,为森林生态系统物质循环与能量流动提供科学理论基础,同时对森林与环境管理也具有重要的理论和实践意义。本研究选取马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和荷木(Schima superba)三种南亚热带典型植被凋落叶及土壤为研究对象,设置无凋落叶土壤(Bare Soil, BS)、加马尾松凋落叶土壤(Pinus massoniana litter and Soil, PS)、加杉木凋落叶土壤(Cunninghamia lanceolata litter and Soil, CS)及加荷木凋落叶土壤(Schima superba litter and Soil, SS)共四种处理,在恒温(30℃)、恒湿(60%土壤最大持水量)环境下凋落叶分解过程中进行外源施氮(NH4NO3)实验。模拟自然氮沉降(CK,30 kg N ha-1 a-1)、低氮(LN,60 kg N ha-1 a-1)和中氮(MN,120 kg N ha-1 a-1),分析土壤理化性质、凋落叶分解速率及其元素含量、C-循环相关酶、N-循环相关酶、P-循环相关酶、二氧化碳通量及土壤微生物生物量的变化及其对氮沉降的响应。试验历时232天,结果表明如下：1、实验前期(30天)氮沉降对土壤酸化具有一定的抑制作用,从4.44上升到4.65～6.80,但实验中后期均表现为氮沉降降低了土壤pH值,土壤酸化加剧。相比初始土壤,氮沉降显著增大了土壤全氮、有效氮、铵态氮和硝态氮含量,但土壤全氮和有效氮含量随着时间的推移略有下降。2、在整个凋落叶分解过程中,马尾松凋落叶分解均呈先快后慢趋势,荷木和杉木凋落叶分解则主要表现为先慢后快趋势。自然氮沉降下马尾松、杉木及荷木凋落叶分解率分别为12.57%、20.33%和19.08%;低氮水平下凋落叶分解率分别为13.14%、21.91%和23.60%；而中氮水平下凋落叶分解率分别为13.67%、19.46%和16.58%。这说明马尾松凋落叶分解最慢,杉木凋落叶分解最快而荷木凋落叶分解率居于两者之间(中氮除外)。三种凋落叶全氮含量随着外源氮的持续添加而增大,从而使凋落叶C：N比率减小,但不同施氮水平间凋落叶全磷含量无显著差异。3、总体而言,随着外源氮的持续输入,酚氧化酶活性有所增加,而β-葡糖苷酶、脲酶、天冬酰胺酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性都呈下降趋势。脲酶活性基本上随着氮的添加而降低,实验结束时酶活性最小；β-葡糖苷酶和天冬酰胺酶活性变化趋势表现为先下降而后趋于稳定,β-葡糖苷酶在第60天开始趋于平缓,而天冬酰胺酶活性在第154天；纤维素酶活性整体上无显著变化；过氧化酶活性在前94天表现为增加,随后逐渐降低。脲酶、天冬酰胺酶和磷酸酶活性因外源氮输入而降低,这可能是土壤酸化或者NH4+浓度的影响。4、不同施氮水平间土壤酶活性差异不明显,但是某些特殊时间或环境条件下存在差异。如低氮和中氮水平下CS处理的β-葡糖苷酶活性均显著小于自然氮沉降,而BS、 PS和SS处理β-葡糖苷酶在施氮水平间无显著差异。CS处理的酚氧化酶活性在试验中后期(第94～232天)表现为氮沉降抑制酶活性,且低氮效果显著。PS处理的过氧化酶活性在试验后期(第154～232天)表现为中氮显著大于自然氮沉降。实验结束时,BS和SS处理的脲酶活性大小均为CKLNMN。从第94天开始,不同施氮水平间的天冬酰胺酶活性也逐渐出现显著性差异,BS、 PS和SS处理的酶活性大小为CKLNMN,而CS处理中的酶活性与其他三种处理不同,表现为LNCK。5、凋落叶分解过程也能影响某些土壤酶活性。凋落叶分解前期,BS处理的纤维素酶活性基本上大于其他三种处理的酶活性,但在凋落叶分解后期(154～232天),PS、 CS和SS处理的纤维素酶活性超过BS处理的酶活性。不同处理间过氧化酶、脲酶和蛋白酶活性在凋落叶分解过程中存在一定的差异性,但无明显的规律性：实验结束时不同凋落叶处理间过氧化酶、脲酶和蛋白酶活性的显著性差异消失。不同凋落叶处理间β-葡糖苷酶活性变化不一致,但在第232天BS处理的β-葡糖苷酶活性最小,而且在自然氮沉降下与SS处理的酶活性存在显著性差异。酚氧化酶、天冬酰胺酶及酸性磷酸酶活性随着凋落叶分解并未表现出规律性变化。6、土壤pH值、铵态氮和硝态氮含量可能是影响土壤酶活性的主要因素,而这三个土壤性质在自然氮沉降、低氮和中氮水平间的差异较小,故而无法区分土壤酶活性在三种施氮水平间的差异。土壤β-葡糖苷酶、脲酶、天冬酰胺酶和酸性磷酸酶活性与凋落叶分解率存在显著相关性。二氧化碳通量及土壤微生物生物量均和土壤脲酶、天冬酰胺酶和酸性磷酸酶之间存在显著相关性,而纤维素酶与过氧化酶和二氧化碳通量存在显著相关性。这意味着土壤微生物和凋落叶分解也能影响土壤酶活性。
【关键词】：氮沉降 凋落物分解 酶活性 土壤 森林
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S714
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 引言13-20
• 1.1 大气氮沉降概述13-14
• 1.2 土壤酶概述14-16
• 1.2.1 土壤酶的定义、来源及作用14-15
• 1.2.2 土壤酶的类型15
• 1.2.3 土壤酶活性的影响因素15-16
• 1.3 氮沉降与土壤酶的关系16-17
• 1.4 氮沉降对凋落物分解的影响17-18
• 1.5 研究意义18-20
• 第二章 研究方案20-23
• 2.1 实验设计20
• 2.2 样品采集20-21
• 2.3 技术路线21
• 2.4 样品分析21-23
• 2.4.1 测定方法21-22
• 2.4.2 数据处理与分析22-23
• 第三章 土壤理化性质与凋落叶变化23-35
• 3.1 土壤理化性质23-27
• 3.2 凋落叶分解27-29
• 3.3 凋落叶元素含量29-32
• 3.3.1 凋落叶全碳含量29-30
• 3.3.2 凋落叶全氮含量30
• 3.3.3 凋落叶C：N比率30-31
• 3.3.4 凋落叶全磷含量31-32
• 3.4 分析与讨论32-33
• 3.4.1 氮沉降对土壤理化性质的影响32-33
• 3.4.2 氮沉降对凋落叶分解的影响33
• 3.5 小结33-35
• 第四章 C-循环相关酶35-49
• 4.1 土壤纤维素酶35-37
• 4.1.1 氮沉降对纤维素酶活性的影响35-36
• 4.1.2 凋落叶分解对纤维素酶活性的影响36-37
• 4.2 土壤β-葡糖苷酶37-38
• 4.2.1 氮沉降对β-葡糖苷酶活性的影响37-38
• 4.2.2 凋落叶分解对β-葡糖苷酶活性的影响38
• 4.3 土壤酚氧化酶38-40
• 4.3.1 氮沉降对酚氧化酶活性的影响38-39
• 4.3.2 凋落叶分解对酚氧化酶活性的影响39-40
• 4.4 土壤过氧化酶40-42
• 4.4.1 氮沉降对过氧化酶活性的影响40-42
• 4.4.2 凋落叶分解对过氧化酶活性的影响42
• 4.5 分析与讨论42-47
• 4.6 小结47-49
• 第五章 N-循环相关酶49-60
• 5.1 土壤脲酶49-50
• 5.1.1 氮沉降对脲酶活性的影响49-50
• 5.1.2 凋落叶分解对脲酶活性的影响50
• 5.2 土壤天冬酰胺酶50-53
• 5.2.1 氮沉降对天冬酰胺酶活性的影响50-52
• 5.2.2 凋落叶分解对天冬酰胺酶活性的影响52-53
• 5.3 土壤蛋白酶53-55
• 5.3.1 氮沉降对蛋白酶活性的影响53-54
• 5.3.2 凋落叶分解对蛋白酶活性的影响54-55
• 5.4 分析与讨论55-59
• 5.5 小结59-60
• 第六章 P-循环相关酶60-65
• 6.1 氮沉降对土壤酸性磷酸酶活性的影响60-61
• 6.2 凋落叶分解对土壤酸性磷酸酶活性的影响61-62
• 6.3 分析与讨论62-63
• 6.4 小结63-65
• 第七章 结论与展望65-67
• 7.1 结论65-66
• 7.2 展望66-67
• 参考文献67-74
• 已发表文献74-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王圆媛;陈书涛;刘义凡;翟晓燕;;外源氮添加对森林土壤二氧化碳排放及酶活性的影响[J];生态学杂志;2015年05期

2 斯贵才;袁艳丽;王建;王光鹏;雷天柱;张更新;;围封对当雄县高寒草原土壤微生物和酶活性的影响[J];草业科学;2015年01期

3 刘星;汪金松;赵秀海;;模拟氮沉降对太岳山油松林土壤酶活性的影响[J];生态学报;2015年14期

4 斯贵才;袁艳丽;王建;夏燕青;雷天柱;张更新;;藏东南森林土壤微生物群落结构与土壤酶活性随海拔梯度的变化[J];微生物学通报;2014年10期

5 苏洁琼;李新荣;鲍婧婷;;施氮对荒漠化草原土壤理化性质及酶活性的影响[J];应用生态学报;2014年03期

6 李秋玲;肖辉林;曾晓舵;冯乙晴;莫江明;;模拟氮沉降对森林土壤化学性质的影响[J];生态环境学报;2013年12期

7 陈林;张佳宝;赵炳梓;黄平;;不同施氮水平下土壤的生化性质对干湿交替的响应[J];土壤学报;2013年04期

8 袁颖红;樊后保;刘文飞;黄荣珍;沈芳芳;胡锋;李辉信;;模拟氮沉降对杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)土壤酶活性及微生物群落功能多样性的影响[J];土壤;2013年01期

9 高艳;;森林土壤可溶性有机氮研究现状[J];安徽农学通报(下半月刊);2012年24期

10 涂利华;胡红玲;胡庭兴;张健;肖银龙;雒守华;李仁洪;戴洪忠;;模拟氮沉降对华西雨屏区光皮桦林土壤酶活性的影响[J];应用生态学报;2012年08期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘东;杨树基因型及混交模式对根际土壤养分和微生物学特征的影响[D];南京林业大学;2013年

2 王少先;施肥对稻田湿地土壤碳氮磷库及其相关酶活变化的影响研究[D];浙江大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 徐雷;氮沉降对杉木人工林土壤理化性质和酶活性的影响[D];福建农林大学;2007年

2 李勇;外生菌根真菌侵染马尾松土壤酶活性变化研究[D];西南农业大学;2005年

，

本文编号：1027587