陕北典型退耕林植物—土壤碳氮磷化学计量比演变与分异特征

发布时间：2020-07-23 02:06

【摘要】：退耕还林(草)生态造林工程实施对陕北黄土丘陵区脆弱生态环境改善,土壤质量提升起到了重要作用。同时退耕后通过植物-微生物-土壤互作效应及分异特征引发的物质与能量流动是生态恢复过程的主要驱动因素。本研究基于时空替代方法,选取恢复年限为17、27、42年的刺槐林(RP),恢复年限为27、42年的柠条林(CK),恢复年限为42年荒草地(AF),共六个植被恢复样地,并以邻近不施肥坡耕地(FL)为对照,研究退耕林地植被恢复过程中不同植被类型、不同恢复年限及二者交互作用下土壤养分、植物碳氮磷及其计量比值、土壤酶活性、土壤细菌多样性及其丰度等因子变化和分异特征,探究土壤养分及其计量比值对植物碳氮磷及其计量比、土壤细菌丰度、土壤酶活性变化响应情况。研究结果对深入认知退耕林植被恢复过程中植物-土壤养分库的分异特征和交互作用有重要参考价值,也可为深刻揭示陕北典型流域人工林恢复功能、效应和过程提供科学依据。得到如下主要结果:(1)退耕林地土壤养分变化特征陕北退耕林地,与耕地相比,0~30cm剖面深度土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量显著增加;在0~10cm、10~20cm、20~30cm土层中,土壤全量养分含量表现为随土壤剖面深度增加而降低,在同种植被不同恢复年限间整体表现为随恢复年限增加而增加;相同恢复年限间有机碳、全氮、氮磷比、碳磷比表现为柠条最高,刺槐次之,草地最低;10~20cm、20~30cm土层SOC、TN、TP含量变化波动相对较小,0~10cm土层中SOC、TN、TP含量差异更显著(P0.05);(2)退耕林地土壤微生物特性变化特征土壤酶活性整体变化趋势为各植被类型高于耕地。除刺槐17a林地外,各植被类型不同恢复年限均显著(P0.05)高于耕地酶活性,四种酶中蔗糖酶活性不同土层间差异最显著;不同土层间整体变化趋势为随土壤剖面深度增加而逐渐减小;相同恢复年限间脲酶、蔗糖酶、碱性磷酶活性,表现为草地最低,柠条略高,刺槐最高;0~10cm土层酶活性与10~20cm、20~30cm土层间差异均显著,10~20cm与20~30cm土层间各种酶活性差异显著性较弱;各植被恢复类型的土壤细菌丰度最高的门、纲、目分别为变形菌门(Proteobacteria)、α-变形菌(Alphaproteobacteria)、酸微菌目(Acidimicrobiales)以及放线菌目(Actinomycetales);各植被类型细菌β多样性与耕地存在明显差异,α多样性变化规律不明显。植被恢复过程,可以提高土壤酶活性,改变微生物群落结构及丰度,进而调节土壤碳循环;(3)退耕林地植物养分变化特征不同植被类型叶片、林下草本、枯落物的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量整体间差异不显著;同一植被类型中C、N、P含量总趋势表现为叶片高于林下草本,林下草本高于枯落物;林下草本碳氮比值(C/N)比值最高,枯落物次之,叶片最低;枯落物氮磷比值(N/P)比值高于叶片,叶片高于林下草本;碳磷比值(C/P)比值变化趋势与氮磷比值(N/P)比值相同,初步判定退耕林生长受磷素限制,林下草本生长受氮素限制。植被恢复起对植物养分平衡起调节作用;(4)退耕林地植物-土壤-微生物互作效应各变量集与土壤养分及其计量特征均表现为0~10cm土层互作效应最明显;恢复年限、海拔高度、坡向、以及坡度等样地环境因子与全量养分含量整体呈正相关;植物养分及其计量特征土壤养分及其计量特征变异解释率中,相对其他指标,三层土壤中枯落物N/P与土壤养分及其计量特征变异解释率最高;土壤酶活性中脲酶与蔗糖酶两种酶活性对土壤养分及其计量比的影响最大;浮霉菌门、酸杆菌纲、iii1-15对0~10cm土层土壤养分及其计量特征相关性最强。综上所述,植被恢复过程中土壤养分含量与酶活性得到提高;缓解植被生长过程磷素与氮素的限制;同时改善细菌群落结构与丰度,调节土壤碳循环,植物-土壤碳氮磷养分库间互作效应显著。
【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】：2018
【分类号】：S154.4
【图文】：

技术路线图,技术路线,分异特征

8陕北典型退耕林植物-土壤碳氮磷化学计量比演变与分异特征壤养分特征与土壤微生物学特性以及植物养分之间的互作关系，得出限制植物-微生物-土壤碳氮磷养分库平衡的因子，即初步阐明退耕林植被恢复过程植物-土壤养分分异特征变化规律。1.4 技术路线

位置,退耕还林,黄土高原丘,示范县

第二章材料与方法 9第二章材料与方法2.1 研究材料2.1.1 研究区概况研究区位于陕北黄土高原国家退耕还林示范县安塞县五里湾流域内（36°51' 21″~36°53' 32″N，109°18'45″t~109°22'17″E，图 2-1），属暖温带半干旱季风气候，平均海拔 1364m，年均气温 8.9℃，年均降水量 535 mm，年际变化差异大。地形属典型黄土高原丘陵沟壑地貌。土壤以黄绵土为主，土质疏松、有机质含量低、抗侵蚀能力差。该区域从上世纪 70 年代开始试验退耕还林，并以刺槐为主要乔木树种，柠条为主要灌木树种。经过多年的人工林草植被恢复建设及水土保持综合治理等措施，有效遏制了该地区土壤侵蚀，恢复生态效应明显（Ren et al. 2016），为本研究提供了良好的平台。

【参考文献】