岷江流域土壤氮磷矿化随海拔梯度的变化特征

发布时间：2017-08-13 22:19

  本文关键词：岷江流域土壤氮磷矿化随海拔梯度的变化特征

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【摘要】：土壤矿化是土壤活性氮磷养分最重要和最直接的源,土壤氮磷矿化率和矿化速率易受温度、水分、土壤自身理化性质和土壤生物活性等生态因子的影响,但海拔就是这些生物和非生物因子的综合体现。岷江流域作为连接四川盆地和青藏高原的纽带,随着海拔的抬升,依次形成了囊括亚热带常绿阔叶林(El和E2)、干旱河谷(E3)、干旱河谷-山地森林交错带(E4)、亚高山森林(E5)、高山森林(E6)和高山草甸(E7)等垂直多种地带性生态系统类型,是研究土壤氮磷矿化随海拔变化的理想场所。因此,为理解不同关键时期土壤氮磷矿化过程随海拔的变化特征,本研究于2013年9月至2015年12月在岷江流域选取了马尾松林人工林、桢楠-麻栎人工林、干旱河谷草坡、j子栎林、岷江冷杉-红桦林、岷江冷杉林和高山草甸这7个典型生态系统,采用PVC土柱原位培养法,研究了岷江流域不同关键时期土壤有机层和矿质土壤层的氮磷矿化随海拔的变化特征。主要结果如下：经过两年的监测,岷江流域从El(85.32 kg/hm~2·a)至E3(19.43 kg/hm~2·a)大气氮年均输入量随海拔升高而显著降低,E4至E7的大气氮输入量差异不显著。El、E2、E5和E6的大气氮输入总量中N03"-N占的46%-48%,E6和E7的NH4+-N输入量显著高于其余5个生态系统,分别为10%和9%。E1[6.57 kg/(hm~2.a)]、E2[8.02 kg/(hm~2·a)]、E6[4.66kg/(hm~2.a)]和E7[3.40 kg/(hm~2·a)]的生态系统的大气磷输入量显著高于其余3个生态系统[平均2.10 kg/(hm~2·a)],但各个生态系统的大气DRP输入仅占0.1%-0.2%。此外,各生态系统超过50%的大气氮和超过85%的磷输入都集中于旱季末期和雨季初期,且大气N03"-N的输入更集中于旱季末期,E6该时期的输入量达到了82%。从El至E3,大气磷输入随海拔升高逐渐降低,E3至E7的TN、N03"-N、NH4+-N、DRP和DTP的输入均与海拔正相关。岷江流域各个生态系统矿质土壤层年均氮淋溶量为El[61.50 kg/(hm~2·a)]至E3[23.26kg/(hm~2·a)]和E5[39.02 kg/hm~2.a)]至E7[14.05 kg/(hm~2·a)]的矿质土壤层的氮淋溶与海拔负相关,E3至E5矿质土壤层年均氮淋溶量与海拔正相关。E1至E7矿质土壤层NO3--N淋溶量较输入量仅占2%-4%,E1和E2矿质土壤层NH4+-N含量分别占50%和53%。E1至E7矿质土壤层的磷淋溶量依次为4.70 kg/(hm~2·a)、1.60 kg/hm~2·a)、2.43 kg/(hma2·a)、1.10 kg/(hm~2·a)、2.16 kg/(hm~2·a)、1.17 kg/(hma·a)、0.31 kg/(hm~2·a),其中E7矿质土壤层的无机磷淋溶量占总磷的15%。土壤有机层和矿质土壤层在旱季末期的淋溶量最高,雨季中期的氮组分淋溶显著高于雨季初期。从旱季末期至次年旱季初期各氮、磷组分的淋溶输出总体表现为随矿化过程呈降低趋势。两年的监测过程中,各生态系统土壤有机层和矿质土壤层全氮、全磷和无机磷含量第二年显著增加,而第二年的N03"-N、NH4+-N、N02--N含量显著降低。从E1至E4土壤有机层和矿质土壤层的全氮含量与海拔呈降低趋势,E4至E7的全氮N03"-N和NH4+-N含量则随着海拔呈增加趋势。E1至E3土壤有机层和矿质土壤层的全磷、无机磷、NO2-N与矿质土壤层的NO3-N、NH4-N含量与海拔显著正相关,E3至E7的含量则呈降低趋势,且各氮磷组分含量差异越来越小。不同关键时期,土壤氮、磷组分差异显著,其中各生态系统土壤有机及矿质土壤层全氮、全磷和无机磷在雨季末期达到最大值,而土壤N03--N、NH4+-N、N02--N含量则分别在旱季末期、雨季中期和旱季初期达到峰值。其中,各生态系统不同时期的土壤全氮、全磷和无机磷含量的差异不显著。NO3--N、NH4+-N、N02--N含量则表现为峰值期后随时期进行呈降低趋势。岷江流域E1[-1.83g/(m~2·a)]至E5[4.18 g/(m~2-a)]土壤有机层的累积氮矿化量随海拔升高呈递增趋势,E5至E7[0.12 g/(m-a)]的累积矿化量则显著降低。E2矿质土壤层的累积矿化量最高[1.60g/(m~2·a)],E4矿化量最低[-0.31 g/(m~2.a)]。E2矿质土壤层的累积硝化量和铵化量都为正值,分别为1.13g/m~2·a)和0.01g/(m~2·a)。E5有反硝化和磷矿化的最大值,分别为-0.02 g/(m~2.a)和0.02g/(m~2·a)。E3矿质土壤层的硝化[-3.11 g/(m~2·a)]、铵化[-1.71 g/(m~2-a)]、反硝化[-0.43g/(m~2·a)]作用都较其余生态系统弱,但该地区的磷矿化[0.05 g/(m~2-a)]能力却为其余地区的3-10倍。岷江流域不同海拔的生态系统土壤氮矿化主要发生于雨季末期和雨季初期,其中土壤硝化作用在旱季末期最强烈,土壤铵化作用和反硝化作用则在雨季中期最强烈,土壤磷矿化则主要集中于旱季末期和雨季初期。综上所述,岷江流域各生态系统土壤有机层和矿质土壤层氮、磷矿化的海拔分异显著,其中亚高山森林土壤有机层氮矿化率最高,E2矿质土壤层氮矿化能力显著高于其余6个生态系统。土壤有机层硝化、铵化和反硝化作用在E6比E5更为强烈,E3为矿质土壤层的铵化和反硝化作用的低谷,而土壤磷矿化却最为强烈。土壤pH、氮组分含量与土壤氮组分矿化正相关,且土壤C/N对土壤铵化过程具有极显著的促进作用,土壤温度是矿质土壤层氮组分矿化的关键影响因子,岷江流域的生态系统土壤氮矿化过程整体表现为土壤底物含量水平起主导作用。岷江流域7类典型生态系统有机层和矿质层土壤氮、磷矿化具有显著的季节动态。雨季末期是土壤氮矿化高峰期,土壤铵化作用高峰期则在雨季中期,土壤硝化高峰期在旱季末期,土壤磷矿化的高峰期而是雨季初期。
【关键词】：氮矿化 铵化 硝化 反硝化 磷矿化 海拔梯度 岷江流域
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 缩写说明10-13
• 引言13-14
• 1 文献综述14-19
• 1.1 土壤氮磷矿化的影响因素14-16
• 1.1.1 温度、土壤含水量14-15
• 1.1.2 地表植被结构15
• 1.1.3 土壤动物和微生物活性15
• 1.1.4 土壤酶活性15-16
• 1.1.5 时空格局16
• 1.1.6 其他因子16
• 1.2 海拔因子16-17
• 1.3 研究目的和意义17-18
• 1.4 研究目标18
• 1.5 研究内容18-19
• 2 研究材料与方法19-29
• 2.1 研究区域概况19-22
• 2.2 样地设置22-23
• 2.3 样品采集及处理23-25
• 2.4 野外环境监测25
• 2.5 室内指理化分析25-28
• 2.5.1 土壤背景值25-26
• 2.5.2 土壤矿化组分测定26-27
• 2.5.3 大气氮磷输入及土壤氮磷淋溶组分指标27-28
• 2.6 数据分析与制图28-29
• 2.6.1 土壤氮磷矿化计算28
• 2.6.2 统计分析28-29
• 3 结果与分析29-62
• 3.1 环境背景动态29-34
• 3.1.1 温度动态29-31
• 3.1.2 土壤水分输入输出动态31-33
• 3.1.3 土壤碳动态33-34
• 3.2 大气氮磷输入与土壤氮磷淋溶输出34-47
• 3.2.1 大气NH_4~+-N输入与土壤NH_4~+-N淋溶输出34-36
• 3.2.2 大气NO_3~--N输入与土壤NO_3~--N淋溶输出36-38
• 3.2.3 大气NO_2~--N输入与土壤NO_2~--N淋溶输出38-40
• 3.2.4 大气TN输入与土壤TN淋溶输出40-42
• 3.2.5 大气DRP输入与土壤DRP淋溶输出42-43
• 3.2.6 大气TDP输入与土壤TDP淋溶输出43-45
• 3.2.7 大气氮磷输入与土壤氮磷淋溶输出组分45-47
• 3.3 土壤氮磷含量动态47-55
• 3.3.1 土壤NH_4~+-N含量动态47-48
• 3.3.2 土壤NO_3~--N含量动态48-49
• 3.3.3 土壤NO_2~--N含量动态49-51
• 3.3.4 土壤TN含量动态51-52
• 3.3.5 土壤IP含量动态52-54
• 3.3.6 土壤TP含量动态54-55
• 3.4 土壤氮磷净矿化动态55-62
• 3.4.1 土壤铵化动态55-56
• 3.4.2 土壤硝化动态56-57
• 3.4.3 土壤反硝化动态57-59
• 3.4.4 土壤总氮矿化动态59-60
• 3.4.5 土壤磷矿化动态60-62
• 4 讨论与结论62-72
• 4.1 海拔对大气氮磷组分输入的影响62-64
• 4.2 海拔对土壤氮磷淋溶的影响64-68
• 4.3 海拔对土壤氮磷矿化的影响68-72
• 4.4 研究结论72
• 5 研究展望72-73
• 参考文献73-79
• 研究生期间科研成果79-80
• 致谢80

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本文编号：669313