黄土丘陵区干扰对生物结皮土壤氮素循环的影响

发布时间：2019-11-08 20:08

【摘要】：生物土壤结皮(简称生物结皮)是黄土丘陵区退耕地上广泛发育的生物地被物,覆盖度达60%~70%,显著影响土壤氮素水平。干扰可显著影响生物结皮的盖度及组成,进而可能导致土壤氮素累积及转化的改变,但迄今有关干扰对生物结皮土壤氮素水平及转化的影响鲜见报道,尚不明干扰对生物结皮土壤氮素转化的影响。论文以黄土丘陵区稳定期生物结皮及其生态功能对干扰的响应这一科学问题,通过研究不同等级和季节干扰对生物结皮盖度、物种组成、生物量、固氮微生物以及氮素转化过程的影响,揭示了干扰对生物结皮氮素转化的影响机理,取得以下主要结论:(1)干扰降低了演替后期藓、地衣及藻结皮盖度,导致生物结皮出现退化趋势。降低了生物结皮主要固氮生物的生物量,改变了土壤水、温和有机质含量等理化性质,降低程度与干扰强度及季节有关。不干扰、14.3%和16.6%干扰度下生物结皮盖度降低15.1%,8.6%、19.6%和30.4%干扰度下藻结皮盖度增加9.2%,由稳定的深色藻-藓-地衣混合结皮向浅色藻结皮转变,随着干扰等级的增加,深色藻及藓的生物量显著降低;5等级干扰下,15°坡度藻、藓结皮生物量显著比25°坡度高5.32 mg·g-1、0.10g·m-2;在雨季干扰一次后,生物结皮恢复速率是6%·a-1,在相同的恢复时间(2016.01~2017.07)里,雨季和旱季生物结皮分别恢复3.5%和-4.4%;干扰后固氮生物Nostoc spp.和Collema spp.生物量分别下降38.5%和31.9%;随着干扰等级的增加,生物结皮年际平均含水量增加0.04%~3.70%,土壤年均温降低1.17~2.42℃;干扰一年后生物结皮土壤有机质平均降低4.5g·kg-1。(2)干扰一年后结皮层全氮和矿化氮含量以及微生物量氮有所下降,其响应程度与干扰等级、土层深度、季节和坡度等有关。干扰一年后结皮层全氮和矿化氮含量较不干扰分别下降0.13~0.40 g·kg-1,11.45~32.68 mg·kg-1,生物结皮层微生物氮含量下降69.99~330.97 mg·kg-1,0~2 cm土壤微生物氮含量增加25.51~352.17 mg·kg-1;14.3%和16.6%干扰度下生物结皮土壤氮素累积差异不显著,19.6%和30.4%干扰度下生物结皮土壤氮素累积降低显著;19.6%干扰度下,15°坡度生物结皮氮素含量显著高于25°坡度;生物结皮土壤氮素含量在雨季干扰高于旱季干扰。(3)干扰增加了生物结皮层氨化细菌数量和硝化细菌数量,降低了反硝化细菌数量,并且降低了土壤氮素矿化速率和脲酶活性,其降低程度与干扰等级有关。干扰降低结皮层脲酶活性约1.08~1.61mg·g-1·24h-1,19.6%和30.4%干扰度下降低显著;不同干扰处理下结皮层氨化细菌和硝化细菌数量均高于不干扰约120.4%~2335.7%和1960.3%~4171.7%,反硝化细菌数量均低于不干扰72.3~97.1%,下层0~2cm土壤反硝化细菌高于不干扰97.3%~573.6%;生物结皮土壤氮素矿化主要发生在表层0~2cm(含结皮层),干扰后土壤氮素氮矿化速率下降50%~61%;(4)干扰通过改变藻结皮盖度、固氮时间影响生物结皮的氮素输入量,并且增加了土壤硝态氮流失。干扰一年后,不干扰处理生物结皮氮素输入量降低2.33 kg N·ha-1·a-1,8.6%、19.6%和30.4%干扰度下平均增加2.90 kg N·ha-1·a-1,14.3%和16.6%干扰度下降低3.78 kg N·ha-1·a-1,与藻结皮盖度和固氮时间有关;干扰后增加了生物结皮土壤氮素流失,以硝态氮流失最为严重,径流和泥沙中硝态氮流失量分别为1.22mg·m-2、0.04mg·m-2。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154

【参考文献】