宁南山区植被恢复对土壤有机氮矿化的影响

发布时间：2017-05-15 17:20

  本文关键词：宁南山区植被恢复对土壤有机氮矿化的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：宁夏南部山区属于黄土高原向干旱风沙区的过渡地带,生态环境稳定性差,水资源匮乏,水土流失、沙漠化严重。退耕还林还草措施的实施使其生态环境得到了较大改善,但不同植被恢复方式下,影响植物生长的重要因素之一—土壤氮素的矿化过程尚不清楚。因此,本文以农地(玉米)为对照,以该区典型植被恢复方式下的3种草地:天然草地(长芒草)、人工草地(苜蓿)、自然恢复草地(长芒草+冰草);3种人工林地:柠条、山桃和山杏;以及山杏和苜蓿的林草间作等7种恢复植被类型下的土壤为研究对象,采用顶盖埋管的原位矿化和室内模拟矿化的试验方法,对土壤中有机氮(颗粒有机氮、轻组分有机氮、可溶性有机氮和微生物生物量氮)及氮素转化速率(净矿化速率、净氨化速率、净硝化速率和微生物固氮速率)在野外2 a和室内56 d的动态变化特征进行了研究;同时,还结合15N同化素示踪技术,进行了添加外源15N标记甘氨酸的室内培养试验,探讨有机氮矿化和生物固定的氮素转换途径和初级转化速率。以期揭示宁南山区不同植被类型下土壤矿化过程中有机氮的矿化及矿质氮生物固定的途径、特征及二者间的相互关系,为丰富土壤氮素转化理论和促进植被恢复措施的科学实施提供理论依据。主要结论如下:⑴室内培养56 d,各植被类型土壤中颗粒有机氮和微生物生物量氮含量分别增加了1.4%~13.1%和11.3%~114.9%,轻组分有机氮和可溶性有机氮含量分别减少了20.8%~56.4%和9.4%~22.7%。野外原位培养1 a与1.5 a相比,颗粒有机氮和微生物生物量氮含量分别增加3%~100%和4%~50%,轻组分有机氮和可溶性有机氮降低30%~70%;春季埋管时管外土壤中颗粒有机氮、可溶性有机氮和微生物生物量氮比秋季取管时土壤中含量高出0.2%~0.3%、0.1%~0.9%和0.1%~0.7%;颗粒有机氮含量在原位培养2 a管内土壤中的含量比管外土壤低4%~100%,而微生物生物量氮含量相反培养2 a管内土壤高于管外土壤2%~100%;轻组分有机氮培养0.5 a管内含量高于管外土壤10%~100%。⑵五种不同植被类型土壤中活性有机氮组分含量的表现为颗粒有机氮(0.33 g/kg)轻组分有机氮(0.16 g/kg)微生物生物量氮(0.03 g/kg)可溶性有机氮(0.02 g/kg);室内培养过程中天然草地中颗粒有机氮和轻组分有机氮含量显著大于其他样地,而可溶性有机氮和微生物生物量氮在各个样地中差异不显著。野外培养过程中天然草地和山桃林地中颗粒有机氮和可溶性有机氮显著高于其他样地,柠条林地中微生物生物量氮含量显著高于其他样地。⑶在室内培养56 d的过程中土壤氮素的矿化作用比较活跃,各种植被类型在培养0~7 d时,净氨化速率最低为-0.06~-0.38 mg/(g·d),而这时除去山桃林地和玉米农地的其他样地的微生物固氮速率最高为0.40~2.07 mg/(g·d),在培养8~14 d时净氨化速率最高0.11~0.23 mg/(g·d),柠条林地、山桃林地和天然草地微生物固氮速率最低-0.15~-1.10mg/(g·d);土壤净矿化速率和净硝化速率同时在培养0~7 d达到最大,分别为0.43~1.17mg/(g·d)和0.50~1.23 mg/(g·d)。土壤中活性有机氮组分的分配比表现为颗粒有机氮(29.7%)轻组分有机氮(17.7%)微生物生物量氮(4.8%)可溶性有机氮(2.3%)。⑷柠条林地中微生物生物量氮含量显著高于其他样地,其有利于微生物的固持作用。土壤氮素净矿化速率和净硝化速率在柠条林地中显著高于其他样地,在人工草地、林草间作中显著低于其他样地;相反土壤氮素净氨化速率则在柠条林地中较低。野外原位培养表现出撂荒地中土壤氮素净矿化速率和净氨化速率高于人工草地0.002 mg/(g·d)和0.007 mg/(g·d),而净硝化速率低0.005 mg/(g·d),相比较于人工草地的植被恢复方式,自然撂荒的恢复方式是维持并提高土壤肥力的有效措施。研究区矿化作用大于微生物的固氮作用,土壤矿化过程以硝化作用为主,微生物主要是利用矿质态氮中的铵态氮。⑸土壤中添加的外源甘氨酸在培养0.5 h时有1.4%转化为铵态氮、2.6%转化为硝态氮和4.8%转化为微生物生物量氮;培养12h铵态氮-15N占铵态氮的比例为4.7%显著高于其他培养时期,硝态氮-15N占硝态氮的比例为8.7%显著高于其他时期;室内培养一周后甘氨酸转化比例为硝态氮(5.2%)微生物生物量氮(3.0%)铵态氮(1.4%),研究区土壤中的硝化作用大于氨化作用和微生物的固持作用,无机氮的累积以硝态氮为主。
【关键词】：原位矿化 同位素标记甘氨酸 氮素矿化 微生物固持 活性有机氮组分
【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】：2016
【分类号】：S153.6
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 土壤氮素及其转化过程13
• 1.2 土壤有机氮组分13-14
• 1.3 土壤有机氮矿化过程14-16
• 1.4 影响土壤氮素矿化的因素16
• 1.5 同位素示踪技术在氮素循环研究中的应用16-17
• 1.6 黄土丘陵区植被恢复中的土壤氮素转化17-18
• 1.7 研究目的与意义18-20
• 第二章 研究内容和方法20-26
• 2.1 研究内容20
• 2.1.1 土壤矿化过程中有机氮及其组分的变化特征20
• 2.1.2 土壤矿化过程中的矿化速率和矿质态氮的生物固定速率特征20
• 2.1.3 外源有机物在土壤矿化过程中的转换途径20
• 2.2 技术路线20-21
• 2.3 研究区概况21-22
• 2.4 野外原位矿化试验方案22-23
• 2.5 室内矿化培养试验方案23
• 2.6 室内N~（15）示踪矿化培养试验方案23
• 2.7 指标测定方法23-24
• 2.8 数据处理与分析24-26
• 第三章 土壤矿化过程中有机氮及其组分的变化特征26-49
• 3.1 结果分析26-44
• 3.1.1 原位矿化过程中土壤水分和温度的变化特征26-27
• 3.1.2 室内模拟矿化过程中有机氮组分的变化特征27-29
• 3.1.3 室内培养有机氮各组分的分配比29-30
• 3.1.4 野外原位矿化过程中有机氮及其组分的变化特征30-43
• 3.1.5 原位培养过程中活性有机氮组分的分配比43-44
• 3.1.6 土壤有机氮及其组分与基本理化性质的相关关系44
• 3.2 讨论44-48
• 3.2.1 黄土丘陵区有机氮组分分配特征44-46
• 3.2.2 温度和水分(季节)对土壤有机氮及其组分转化的影响46
• 3.2.3 植被类型对土壤有机氮及其组分转化的影响46-48
• 3.3 小结48-49
• 第四章 土壤氮素转化速率的变化特征49-59
• 4.1 结果分析50-55
• 4.1.1 室内模拟矿化过程中土壤氮素转化速率的变化特征50-52
• 4.1.2 野外原位矿化过程中土壤氮素转化速率的变化特征52-55
• 4.1.3 土壤氮素转化速率与基本理化性质及有机氮组分的关系55
• 4.2 讨论55-57
• 4.2.1 不同植被类型和矿化时间土壤氮素转化速率的特征55-56
• 4.2.2 温度和水分(季节)对土壤氮素转化速率的影响56-57
• 4.2.3 植被类型对土壤氮素转化速率的影响57
• 4.3 小结57-59
• 第五章 ~（15）N标记外源有机氮在土壤中矿化的途径与机理59-65
• 5.1 结果分析59-63
• 5.1.1 外源有机氮的转化特征59-60
• 5.1.2 铵态氮和铵态氮-~（15）N含量的变化特征60-61
• 5.1.3 硝态氮和硝态氮-~（15）N含量的变化特征61-62
• 5.1.4 微生物生物量氮和微生物生物量氮-~（15）N含量的变化特征62-63
• 5.2 讨论63
• 5.3 小结63-65
• 第六章 结论65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

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本文编号：368397