黄土高原苜蓿草地碳、氮变化特征研究

发布时间：2020-11-23 16:53

　　 随着人类对草地生态系统环境作用认识与利用的日益重视，研究草地碳、氮变化特征及其循环机制变得意义更加重大。本文以四个不同年限紫花苜蓿草地和六个不同生产能力的苜蓿品种为研究对象，以休闲地为对照，分析苜蓿草地土壤碳、氮库的变化特征及苜蓿生产性能与碳库组分的关系，主要研究结果如下: 1.黄土高原苜蓿草地以土壤固碳为主，并集中在0-80cm土壤，各年限苜蓿草地0-80cm土层土壤固碳量分别占到总固碳量的41.02%、39.43%、41.56%、39.59%；土壤生物固碳主要发生在0-20cm土层，分别占到地下生物总固碳量的45.74%、55.68%、53.12%和43.28%。苜蓿草地在整个生命周期中总固碳量随生长年限逐年增长，但增长速度不明显，各年限单位面积年总固碳量分别为12.69kg/m~2、13.49kg/m~2、13.31kg/m~2和14.83kg/m~2。 2.1a、3a、5a和10a苜蓿草地区域固碳量分别为13.32Tg、49.58Tg、48.92Tg和31.15Tg。3a和5a苜蓿草地区域固碳量较高，分别较1a和10a提高73.13%、37.17%和72.77%、36.32%。黄土高原苜蓿草地固碳总量约为142.97Tg。 3.不同生长年限苜蓿草地对土壤氮库的增加存在较大差异，以5a和10a苜蓿草地显著增加了0-300cm土壤全氮含量，较休闲地分别增加了66.87%和56.44%。在0-60cm土层，土壤全氮含量随生长年限的延长而增加；在60-180cm土层，以处于生长旺盛期的5a、3a苜蓿草地土壤氮素含量较高；180cm以下土层，苜蓿草地土壤氮素含量较对照休闲地的增加减少，且不同生长年限草地的土壤全氮含量差异减小，以5a和10a草地较高。1a苜蓿草地对土壤全氮的影响较小。5a、10a、3a苜蓿草地均显著提高了0-300cm土壤碱解氮含量，均显著高于1a与休闲地（P0.05）。5a苜蓿草地土壤碱解氮平均含量最高（27.08mg·kg~(-1)），较1a、3a、10a和休闲地分别高61.4%、6.1%、9.5%和59.5%，且在140cm以上土层提高土壤氮有效性的作用均较强。 4.在0-300cm土层，≧3a苜蓿草地土壤硝态氮含量都随着土层的加深有下降的趋势。1a苜蓿草地和休闲地在160-240cm土层出现了硝态氮大量累积，其他年限苜蓿草地硝态氮累积则消失。在0-20cm土层各年限苜蓿草地土壤硝态氮含量差异最大，以5a苜蓿草地土壤硝态氮含量最高（11.36mg·kg~(-1)），较休闲地高61.9%。这说明3a以上苜蓿对土壤硝态氮的利用率较高，能够减少农田形成的土壤深层硝态氮累积。3a以上苜蓿草地显著提高了60cm以下土层的铵态氮含量，以5a尤为明显。 5.在0-200cm土层，10年生六个不同持续生产力品种的苜蓿草地均增加了土壤碳库储量，不同生产性能品种之间存在差异，以持续生产力较高的巨人和牧歌最为显著，持续生产力低的新疆大叶则不明显。苜蓿草地在0-40cm土层对土壤可矿化碳和土壤微生物量碳有着显著地增加，以持续生产力较高的牧歌和巨人苜蓿草地的增加量最大，新疆大叶增加量最小。苜蓿草地对0-60cm土层土壤水溶性碳和易氧化碳有着不同程度地增加，且存在着差异以生产性能较强的牧歌和巨人最为显著，新疆大叶和超级13R则不明显。 6.综合分析苜蓿草地土壤碳、氮含量变化，当苜蓿生长5a以后，应进行轮作来维持土壤的碳氮平衡。持续生产能力高的苜蓿品种（巨人和牧歌）不仅产出能量和经济效益高，而且对土壤碳氮储量增加的环境效应效果更佳，在黄土高原苜蓿人工草地建设中更具推广意义。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：S812
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 立题背景
        1.1.1 人类活动对全球碳、氮循环与气候变化的影响
        1.1.2 草地生态系统碳、氮循环
        1.1.3 草地土壤碳、氮的影响因素
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 草地碳、氮循环研究现状
        1.2.2 草地对温室气体影响研究现状
        1.2.3 苜蓿草地碳、氮研究概况
    1.3 研究意义
    1.4 研究内容
第二章 材料与方法
    2.1 研究区自然概况
    2.2 供试材料及试验设计
    2.3 测定指标与方法
        2.3.1 样品的采集
        2.3.2 指标测定方法
    2.4 数据处理
第三章 不同年限苜蓿草地碳氮变化分析
    3.1 不同年限苜蓿草地生物固碳量
        3.1.1 不同年限苜蓿草地地上生物固碳量
        3.1.2 不同年限苜蓿草地地下生物固碳量
    3.2 不同年限苜蓿草地土壤固碳量
        3.2.1 不同生长年限苜蓿草地土壤有机碳垂直变化特征
        3.2.2 不同年限苜蓿草地土壤单位体积固碳量
    3.3 黄土高原区域内苜蓿草地固碳总量的估算
    3.4 不同生长年限苜蓿草地氮库变化特征
        3.4.1 不同年限苜蓿草地土壤全氮含量的垂直变化
        3.4.2 不同年限苜蓿草地土壤碱解氮的垂直变化
        3.4.3 不同年限苜蓿草地土壤硝态氮含量的变化
        3.4.4 不同年限苜蓿草地土壤铵态氮含量的变化
        3.4.5 不同年限苜蓿草地土壤有机碳与全氮含量相关分析
第四章 不同生产性能苜蓿草地土壤碳库组分
    4.1 苜蓿草地产量与土壤碳库组分的变化规律
        4.1.1 苜蓿草地土壤总有机碳（TOC）
        4.1.2 苜蓿草地土壤易氧化碳（EOC）
        4.1.3 苜蓿草地土壤可矿化有机碳（DOC）
        4.1.4 苜蓿草地土壤水溶性有机碳（WSOC）
        4.1.5 苜蓿草地土壤微生物量碳（SMBC）
    4.2 苜蓿草地土壤碳库组分相关性
        4.2.1 苜蓿草地生产性能与土壤碳库组分的相关分析
        4.2.2 小结
        4.2.3 苜蓿草地碳库组分与土壤总有机碳相关分析
        4.2.4 小结
第五章 结论与讨论
    5.1 主要结论
        5.1.1 黄土高原苜蓿草地碳库及固碳评价
        5.1.2 苜蓿草地土壤氮库
        5.1.3 苜蓿生产性能与碳库组分的变化特征
    5.2 讨论
参考文献
致谢
作者简介

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