模拟大气氮沉降和刈割对内蒙古典型草原土壤理化性状及微生物量的影响

发布时间：2020-07-14 22:29

【摘要】： 本研究以我国内蒙古锡林浩特地区典型草原的草原植物根系密集层、土壤微生物量大、微生物活跃程度高的0-10cm土壤为试验材料,经过连续十一个月的模拟大气氮沉降进行人工施N和刈割处理,研究其对内蒙古锡林浩特地区典型草原的土壤理化性状:土壤含水量、土壤pH值、土壤全C含量和土壤全N含量,和土壤微生物生物量C、N的影响。此外,根据根层土壤微生物量和植物根系生物量的相关性,还测定了植物根系生物量。探讨在大气氮沉降的背景下,内蒙古锡林浩特地区草原土壤理化性状和微生物量的变化趋势,旨在为我国内蒙古锡林浩特地区草原牧草的高产、稳产、优质提供可靠的理论依据。本试验共设置了4种不同处理方式:每月1次施N但不刈割(Fertilizing every month and no cutting: FMNC)、每月1次施N和刈割(Fertilizing every month and cutting: FMAC)、一年2次施N但不刈割(Fertilizing half of one year and no cutting: FYNC)和一年2次施N和刈割(Fertilizing half of one year and cutting: FYAC),每种处理方式中又设置了6个施N水平:CK、T1、T3、T10、T20和T50,分别代表不同浓度的大气氮沉降量:0、1、3、10、20、50 g N·m-2·a-1。每种处理方式设置3个重复。结果表明: 1.模拟大气氮沉降人工施N和刈割处理能够降低土壤含水量。对各个梯度施N处理中土壤含水量,降低幅度最大的不是施N量最大或最小的处理,而是该处理方式中草原植被生长的需N临界值。与未刈割的处理相比,刈割处理样地草原植被生长量小,需氮量小,需氮临界值要提前刈割施N梯度。所以,在内蒙古草原地区,牧民应该提高打草时的草茬高度,在减少因太阳辐射而造成表层土壤水分过大蒸发量、造成土壤表层干旱的同时,可以最大限度地利用大气氮沉降所进入土壤中的氮素,促进牧草的生长,提高牧草的产量。 2.在FYAC处理方式中,土壤pH值在T3和T10两个梯度施N处理中比对照稍高,其它梯度施N浓度处理中土壤pH值都比对照降低,而且最后的结果差异性也不显著;其它3种处理方式中,土壤pH值都是在T1和T3氮浓度梯度下比对照增高,其它施N水平中都比对照降低,差异性显著,说明高浓度施氮条件下会造成土壤酸化。各个梯度施N处理中,随着施N浓度的增加,土壤pH值变化趋势明显,先增大后减小,在减小到最小值以后又增大。所以,在大气氮沉降量较大的地区,应该尽可能的增加地表植被覆盖率,采取有效措施适度减少植被地上部生物量,促使植被根系最大限度的吸收进入土壤中的氮素,转移氮素,防止氮素在土壤中的过度积累而导致土壤pH值降低。 3. FMNC和FYNC两种处理方式中,除了FMNC处理方式中T10土壤全碳的值比对照稍高以外,其它施氮水平土壤全C和全N的含量都比相应的对照要低;FMAC和FYAC处理方式中,土壤全C和全N的含量变化规律不一致,总体来说,两者要比对照中的土壤全C和全N含量降低。土壤中有一定的C/N比,土壤中N含量增加,会影响到土壤C含量的变化,造成土壤中有效C含量的降低,因为内蒙古草原地区土壤C素的主要来源于地上部植被残体的分解,过度的刈割造成植被残体回土率降低,减少土壤中C素的含量,反而会影响到植被对N素的有效吸收,造成氮素的流失。所以,牧民在打草的同时,应该对草场有一定的植被残体回土率,以保证土壤C素来源,平衡土壤C/N比率。 4.只有在FMNC处理方式中,T20土壤微生物生物量C、N比对照降低,其它施N水平土壤微生物生物量C、N都不同程度的比对照有所增加;在其它3种处理方式中,与对照相比,土壤微生物生物量C、N都为负增长(FMAC处理方式下在T20的土壤微生物生物量N除外),结果证明大气氮沉降和刈割对土壤微生物的生长和繁殖具有抑制作用,其中以T20氮浓度梯度下对土壤微生物的抑制作用最明显。 5. FYNC和FYAC两种处理方式中,所有梯度施N水平根系生物量的值都比对照降低;在FMNC和FMAC两种处理方式中,也只有在低N浓度下,根系生物量比对照微高,差异也不显著。在4种处理方式中,根系生物量的变化趋势与土壤pH值的变化趋势相同。因为植物是一个协调生长的整体,地上部植株的生长和地下部根系的发育有着密切的相关关系,研究同时证明,低N条件有促进植被根系生长的可能,这就需要牧民采取有效措施降低土壤中的氮素,在不能减少大气氮沉降量的前提条件下,就只能增加植被的生物量,利用植被根系转移土壤中的氮素,所以,草原地区要控制草场打草的高度和频次。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S812.2
【图文】：

相关图,全球人口增长,有效氮,单位

2NH3和 NHO3，以及(NH4)2SO4和 NH4NO3粒子，还有吸附在其他粒子上的氮在含酸气流的作用下直接到达地面；氮的湿沉降主要是 NH4+和 NO3--N，以及少量的可溶性有机氮通过降水迁移到地表[2]。大气中的氮化合物来源是多方面的，除了雷电等自然因素之外，由于人类活动所带来的环境污染而产生的氮化合物主要来源有工业(NOX)、化石燃料的燃烧(NOX)、农田化学肥料施用的增加和集约畜牧业(NHX)[3、4]。据估计，全球每年沉降到各类生物群系中的活性氮达 43.47t[5]。而且，全球氮沉降水平预计在未来 25 年内还会加倍[6]。大气氮沉降已经演变成了一个全球化的问题，而不仅仅是局限于某个国家或地区。早在 150 多年前，著名的英国洛桑试验站就已经开始着手收集雨水测定其含氮量，并展开相关的试验[7]。从 20 世纪至今，随着全球环境日益恶化，环境与人类生存之间的矛盾逐渐凸显，人类对大气氮沉降的研究开始逐渐增多。从 1860 年到 2000年，全球人口数量、总活性氮、工业固氮、农作物生产和化石燃料燃烧的量都在急速增加(图 1)。标志着人类系统、全面地研究大气氮沉降的开始的标志性事件是欧共体的 NITREX (NITRogen saturation EXperiments, 氮饱和试验) 项目与 EXMAN(EXperimental MANipulation of forest Ecosystems in Europe, 欧洲森林生态系统实验控制)项目和美国的大气沉降网络计划(NADP/NTN)。

氮沉降,无机态,全球,单位

逐渐增加的趋势,平均为 956 mg·m·a。中国降水 NO3离子浓度（0.320-6mol·L-1）和沉降量（0.20×10-6mol·L-1）与美国、日本接近，NH4+离子浓度（310-6mol·L-1）则分别是美国和日本的 4 倍和 3.7 倍，我国氮沉降通量分别是美国本的 3 倍和 1.8 倍[15]，随着我国居民生活水平的提高、工农业的持续发展，大气降量将进一步增加。据研究，中国氮沉降临界负荷在总体上呈现自西向东逐渐增格局，中国氮沉降临界负荷最低（<1.0 g·m-2·a-1)的地区分布在青藏高原西部拉善高原，而临界负荷最高（>4.0 g·m-2·a-1）的地区则包括东北平原、华北、长江中下游平原以及四川盆地等[16]。与较低的氮沉降临界负荷相对应的则是过大气氮沉降通量，浙江金华地区降水带入土壤的氮素为 17.2~21.3 kg·hm-2·a-1[1土高原每年因降水带入农田的氮素在 4.52～10.60 kg·hm-2·a-1[18]，江西分宜县氮输入甚至可达 60.6 和 57.0 kg·hm-2·a-1[19]，广东省广州市降水氮沉降量达到5.6 kg·hm-2·a-1[20]，这还只是湿沉降，仅仅是大气氮沉降的一部分，据研究，通沉降(气体和固态颗粒)进入生态系统的氮量通常较降水中的氮量多[7]。继欧洲和之后，我国已经成为全球三大氮沉降集中区之一[21、22](如图 2 所示)。持续增加的氮沉降改变了陆地生态系统的结构和功能,对生态环境带来了严重的影响[23]，增壤中 NH4的硝化和 NO3的淋失，加速土壤的酸化，影响生态系统的物种组成和的多样性，对生态系统造成了严重的危害[24-31]。

刈割,样地,沉降,土壤含水量

3 结果与分析3.1 大气氮沉降和刈割对土壤水分含量的影响3.1.1 一年两次施 N 但不刈割处理（FYNC）对土壤水分含量的影响如图 3 所示，对于 FYNC 处理方式中的各个梯度施 N 处理来说，施 N 处理对土壤含水量的影响效果不显著，各个梯度施 N 处理之间的土壤含水量也没有差异，但是除对照之外，随着各个梯度施 N 处理浓度的增加，土壤含水量具有先增大，在 T10处理中达到最大值；后减小，在 T20处理中降低至最低值；最后在 T50处理中又增大的趋势。与对照相比，试验中各个梯度施 N 处理中的土壤含水量均有所降低，其中 T20处理降低的幅度最大，降低了15.84%；然后是T1、T3和T50，分别比对照降低了14.60%、12.72%和 11.93%；降低幅度最小的 T10处理，比对照降低了 7.29%。

【参考文献】