冻融作用对大兴安岭森林土壤碳氮矿化的影响

发布时间：2020-08-08 18:14

【摘要】：冻结和融化是高海拔高纬度地区土壤表层普遍存在的现象,冻融影响土壤养分循环机制,是改变森林生态系统的重要因素之一。冻融循环是地球上生物化学循环的关键环节,其既改变土壤的理化性质,又能使土壤中微生物菌种和群落结构发生改变。大兴安岭多年冻土区生长着不同种类的森林植被,在全球变暖冻土退化大背景下,冻融循环的变化势必影响该地区森林土壤的碳氮含量和植物对养分的吸收过程。土壤碳氮转化是森林生态系统维持生产力和稳定性的重要因素,在气候变暖的影响下,多年冻土区森林土壤的冻融频次、冻融温度和冻融持续时间发生变化,这势必影响森林生态系统碳氮循环过程。因此本文选取大兴安岭多年冻土区典型森林樟子松林土壤与白桦林土壤当作研究目标,利用室内模拟冻融试验,探讨冻融过程对森林土壤碳氮矿化的影响以及不同垂直深度和不同冻融温度对不同植被类型土壤碳氮含量的影响,揭示多年冻土区碳氮循环在冻融期内的潜在变化趋势,为研究森林土壤碳汇功能和有效氮累积的潜力提供基础数据。本文得到的主要结论如下:(1)冻融处理对两种森林土壤有机碳矿化速率有显著降低趋势,恒温处理和冻融处理白桦林土壤碳矿化速率显著低于樟子松林土壤碳矿化速率(p0.05)。冻融对两种土壤有机碳矿化累积量(CO_2-C)具有显著降低的影响,恒温处理和冻融处理白桦林土壤碳矿化累积量显著低于樟子松林土壤碳矿化累积量(p0.01)。冻融作用对两种土壤氮素矿化具有显著影响,冻融有利于增加土壤无机氮质量分数,恒温处理和冻融处理白桦林土壤无机氮质量分数显著低于樟子松林土壤无机氮质量分数(p0.05)。冻融处理和恒温处理两种土壤碳氮矿化关系均表现为正相关关系,冻融处理土壤和恒温对处理土壤相比较在碳排放量相同的情况下,冻融处理后的土壤无机氮含量增多。(2)冻融次数和冻融温度对两种土壤有机碳(SOC)和土壤轻组有机碳(LFOC)含量影响均不显著(p0.05)。两种温度处理下樟子松林0~10cm土壤SOC含量高于白桦林,而白桦林10~20cm、20~30cm土壤SOC含量高于樟子松林。冻融过程中两种土壤LFOC含量基本稳定,白桦林各层土壤LFOC含量始终高于樟子松林。土壤溶解性有机碳(DOC)含量变化表现为先升高后慢慢降低的趋势,冻融作用显著增加了土壤DOC含量(p0.05),冻融过程中樟子松林0~10 cm土(3)壤DOC含量高于白桦林,10~20 cm、20~30 cm土壤DOC含量低于白桦林。两种林型下土壤SOC、DOC、LFOC含量均随着土层深度的增加而降低(p0.05)。(3)随着冻融次数的增加土壤微生物量碳(MBC)表现为先增加后降低的趋势,土壤微生物量氮(MBN)变现为逐渐降低的趋势,冻融循环过程中樟子松林各层土壤MBC含量和MBN含量均始终高于白桦林。冻融作用显著降低了土壤MBC和MBN含量(p0.05),冻融温度对MBC和MBN的影响并不显著(p0.05)。随着冻融次数增加,土壤铵态氮表现为先减少后增加趋势而硝态氮表现为先增加后减少趋势,冻融作用显著增加了土壤铵态氮和硝态氮含量(p0.05),较大的冻融温差会促进土壤氮矿化(p0.05);冻融过程中白桦林土壤铵态氮和硝态氮含量始终高于樟子松林。两种林型下土壤MBC、MBN、铵态氮和硝态氮含量均随着土层深度的增加而逐渐降低(p0.05)。
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S714.2
【图文】：

技术路线图,土壤微生物量碳,森林土壤碳,氮矿化

第 1 章绪论预测冻土退化背景下大兴安岭森林土壤有机碳含量变化趋势，为森林土壤碳汇功能提供参考数据。（3）研究冻融作用对两种林型土壤微生物量碳氮和氮矿化的影响，通过调控不同温度和不同冻融频次，探究影响土壤微生物量碳氮的关联要素且剖析土壤微生物量碳氮的空间垂直变异性。（4）氮矿化为植物生长提供氮素肥力，通过调节冻融温度和冻融频次两个条件，研究冻融作用对两种林型森林土壤有效氮的累积情况，分析冻融幅度的变化是否影响土壤无机氮含量的变化。（5）对比分析两种大兴安岭典型森林土壤碳氮含量的差异，揭示不同林型土壤有机质转化和分解能力，为林区生态系统循环过程提供基础数据。1.3.2 技术路线综合野外调研采样和室内模拟实验两种方式。具体技术路线见（图 1-1）

示意图,地理位置,示意图,月份

图 2-1 研究区地理位置示意图Fig.2-1 Study area location 气候条件究区每年平均气温在-5.5oC，各月平均气温在 0oC 以下的月份长达气温年较差为 49.3oC。平均无霜期为 90~110 d。年平均降水量为 460水量 70%以上集中在 7 月份。5~6 月份为旱季，7~8 月份为汛期。日77~2625 h，≥10oC 的积温为 1436~2062oC。地貌条件究区地处大兴安岭北坡，地形以低山丘陵地貌为主。施业区内坡度坡度在 12o-25o之间。地势西南高、东北低，横贯境内的主脉老爷岭拔在 290-740 m 之间。土壤条件究区以地带性棕色针叶林土为主，占总面积的 91%，其中尚有粗骨和低洼积水地分布的草甸土和泥炭沼泽土。植被条件

矿化速率,森林土壤,有机碳,恒温处理

冻融循环对森林土壤有机碳矿化速率的影响冻融对樟子松林土壤和白桦林土壤有机碳矿化速率影响不同，樟子松林天冻融处理和恒温处理碳矿化速率均显著增加，且恒温处理碳矿化速率理分别高 49.7%、28.1%。在第 10 次冻融中，冻融处理比恒温处理高 8显著升高且在培养第 14 天后恒温处理和冻融处理土壤有机碳矿化速率逐势，且恒温处理碳矿化速率比冻融处理分别高 9.9%、11.2%、50.8%。白处理随着培养时间的增加显著降低，冻融处理在第 10 次冻融循环前呈现之后随着冻融次数的增加逐渐减少，培养前 6 天恒温处理碳矿化速率比分别高 70.9%、28.6%。在第 10 次冻融过程中，冻融处理比恒温处理高 3养第 14 天后恒温处理碳矿化速率比冻融处理分别高 49.9%、38%、52.5间，两种土壤碳矿化速率有所不同，恒温处理和冻融处理白桦林土壤碳显著低于樟子松林土壤碳矿化速率（p<0.05）。冻融对土壤碳矿化速率有影响（p<0.01）。

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