黄土高原单播人工草地碳储量及其土壤速效养分特征研究

发布时间：2017-07-03 18:24

  本文关键词：黄土高原单播人工草地碳储量及其土壤速效养分特征研究

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【摘要】：为了阐明黄土高原不同单播人工草地碳储量及土壤速效养分的动态特征,以黄土高原主要栽培的紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、红豆草(Onobrychis viciaefolia Scop.)、冰草(Agropyron cristatum Gaertn.)、早熟禾(Poa crymophila Keng.)草地和撂荒地(对照)为研究对象。在农业部兰州黄土高原生态环境重点野外科学观测试验站通过长期定点监测实验,研究了生长1~5年的4种单播人工草地及撂荒地的植被碳密度、凋落物碳密度、0-100cm地下生物量碳密度、土壤碳密度、生态系统碳密度与不同单播人工草地的年固碳量,并对4种生长1~5年的单播人工草地及撂荒地的土壤速效氮、速效磷、速效钾与土壤有效铁、有效锰、有效铜和有效锌在0-100cm土层的养分特征进行了分析。该研究有助于揭示全球气候变化背景下的单播人工草地固碳机制,可为我国人工草地生态系统碳循环的研究提供基础数据,同时为阐明黄土高原单播人工草地土壤速效养分特征提供科学参考。主要研究结果如下:1.紫花苜蓿总生物量碳密度在4年龄最高,为18635.8kg C·hm-2。苜蓿草地生态系统碳密度在5年龄最高,为101.96t·hm-2,土壤碳密度占生态系统碳密度的80.6%~90.5%。随着生长年限的增加,紫花苜蓿草地的土壤速效氮含量增加、速效磷含量降低,在0~60cm的土壤速效钾和有效锌、0-20cm的土壤有效铁、0-30cm的土壤有效锰、0-70cm的土壤有效铜均随着紫花苜蓿生长年限的增加而显著降低(P0.05)。不同生长年限的紫花苜蓿草地土壤速效氮、速效磷、速效钾、0-50cm的有效铁、0-70cm的有效锰和有效铜及0-90cm的有效锌含量均随土层深度的增加而减少。2.红豆草草地总生物量碳密度在3年龄最高,为16454.5kg C·hm-2,其中,地上生物量碳密度占31.6%~56.3%。红豆草草地系统的碳密度也是在3年龄最高,为104.68t·hm-2,土壤碳密度占生态系统碳密度的84.3%~94.4%。红豆草草地在0-30cm的土壤速效氮、0-70cm土壤速效磷和土壤有效锰、0-50cm的土壤速效钾、0-40cm土壤有效铜和0-100cm的土壤有效锌含量均随土层深度的增加而减少。随着生长年限的增加,红豆草草地的速效氮含量在1年龄至4年龄增加,5年龄下降。土壤速效磷、速效钾含量随着红豆草生长年限的增加显著降低(P0.05)。土壤有效铁和有效锰含量在0-70cm、有效铜和有效锌含量在0-100cm均随着生长年限的增加而降低。3.冰草草地总生物量碳密度在4年龄最高,为7310.7 kg C·hm-2。4年龄冰草草地系统的碳66.18t·hm-288.1%~97.2%的冰草草地,在0-60cm的速效氮、0-100cm的速效磷、0-50cm的速效钾、0-50cm的有效铁、0-60cm的有效锰与有效铜、0-70cm的有效锌含量均随土层深度的增加而减少。随着冰草生长年限的增加,土壤速效氮含量减少,土壤速效磷含量在0-30cm增加,土壤速效钾先减少后增加。0-50cm的土壤有效铁、0-30cm土壤有效锰、0-60cm土壤有效铜及0-30cm土壤有效锌含量均随冰草生长年限的增加而降低。4.早熟禾草地在4年龄总生物量碳密度最高,为6553.0kg C·hm-2,地下生物量碳密度占总生物量碳密度的45.1%~62.0%。4年龄早熟禾草地生态系统的碳密为66.3t·hm-2,且与其它不同生长年限的差异显著(P0.05),土壤碳密度占生态系统碳密度的90.1%~98.5%。不同生长年限的早熟禾草地速效氮含量在0-60cm、速效磷含量在0-70cm、速效钾含量在0-50cm、有效铁含量在0-100cm、有效锰在0-70cm、有效铜和有效锌在0-60cm均随土层深度的增加而减少。随着早熟禾生长年限的增加,在0-60cm的土壤速效氮、0-50cm的速效磷和速效钾含量均增加,而在0-30cm的有效铁、0-40cm的有效锰、0-100cm有效铜和有效锌含量均随着生长年限的增加而降低。5.撂荒地1年龄总生物量碳密度最高,为969.4kg C·hm-2。撂荒地生态系统碳密度在5年龄为49.0t·hm-2,且与其它不同年限生态系统碳密度差异显著(P0.05)。撂荒地土壤碳密度占生态系统碳密度的92.3%~98.3%。不同生长年限的撂荒地土壤速效氮、速效磷、速效钾、有效铁和有效锰的含量随着土层深度的增加而减少。在0-40cm的各个土层,有效铜含量与有效锌含量均随土壤深度的增加而有规律的下降。土壤速效氮和速效钾在0-50cm、速效磷在0-30cm、有效铁和有效锌含量在0-30cm、有效锰和有效铜含量在0-50cm的土层均随撂荒年限的增加而增加。6.不同单播人工草地生态系统5年的平均固碳速率从高到低依次为:苜蓿草地(13.04t·hm-2·a-1)红豆草草地(10.87t·hm-2·a-1)早熟禾草地(5.17t·hm-2·a-1)冰草草地(4.79t·hm-2·a-1)撂荒地(2.46t·hm-2·a-1)。不同单播人工草地的土壤速效氮含量均显著高于撂荒地。其中,苜蓿和红豆草草地1年龄至5年龄的土壤速效氮含量显著高于冰草和早熟禾草地(P0.05)。随着生长年限的增加,冰草草地、早熟禾草地和撂荒地的土壤速效磷、速效钾含量增加,红豆草和苜蓿草地的土壤速效磷、速效钾含量降低。随着生长年限的增加,不同单播人工草地的土壤有效铁、有效锰、有效铜、有效锌含量降低,其中,豆科牧草紫花苜蓿和红豆草草地降低的幅度均大于禾本科牧草冰草草地和早熟禾草地。撂荒地的土壤有效铁、有效锰、有效铜、有效锌含量随着撂荒年限的增加缓慢升高,但撂荒地土壤速效养分的绝对增加量比较小。本研究为我国黄土高原草地碳储量的计算、固碳机制的研究提供基础数据,同时也为我国黄土高原人工草地的可持续发展和生态环境建设提供理论支持。
【关键词】：人工草地 碳密度 土壤有机碳 土壤速效养分 黄土高原
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S812
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 文献综述12-30
• 1 研究背景12-15
• 2 国内外草地碳储量研究进展15-20
• 2.1 植被碳含量研究15-16
• 2.2 植被碳储量研究16-17
• 2.3 凋落物碳储量17-18
• 2.4 地下部分碳储量18-19
• 2.5 草地土壤碳储量19-20
• 3 草地土壤速效氮、磷、钾研究现状20-22
• 3.1 土壤速效氮20-21
• 3.2 土壤速效磷21
• 3.3 土壤速效钾21-22
• 4 草地土壤有效铁、锰、铜、锌微量元素研究现状22-26
• 4.1 土壤有效铁22-23
• 4.2 土壤有效锰23-24
• 4.3 土壤有效铜24-25
• 4.4 土壤有效锌25-26
• 5 人工草地碳储量及速效养分特征研究现状26-30
• 5.1 人工草地碳储量研究27
• 5.2 人工草地速效养分特征研究27-28
• 5.3 碳储量与土壤速效养分相关性研究28-30
• 第二章 试验方案30-40
• 1 研究的目的意义30-31
• 2 研究内容31-32
• 3 技术路线32-33
• 4 试验材料与设计33-34
• 4.1 试验地概况33
• 4.2 试验材料33
• 4.3 试验设计33-34
• 5 测定方法34-39
• 5.1 生物量测定34-36
• 5.2 容重测定及土壤样品取样36
• 5.3 植物及土壤样品分析方法36-37
• 5.4 植被和土壤碳储量计算方法37-39
• 6 数据统计与分析方法39-40
• 第三章 紫花苜蓿人工草地碳储量年际变化及土壤速效养分特征40-63
• 1 紫花苜蓿人工草地碳储量年际变化40-51
• 1.1 植被碳密度年际变化40-42
• 1.2 凋落物碳密度年际变化42-43
• 1.3 地上生物量碳密度年际变化43-44
• 1.4 地下部分生物量碳储量年际变化44-46
• 1.5 总生物量碳储量年际变化46-47
• 1.6 土壤碳储量年际变化47-50
• 1.7 紫花苜蓿草地生态系统碳储量年际变化50-51
• 2 紫花苜蓿人工草地土壤速效氮、磷、钾年际变化特征51-56
• 2.1 土壤速效氮年际变化特征51-55
• 2.2 土壤速效磷年际变化特征55
• 2.3 土壤速效钾年际变化特征55-56
• 3 紫花苜蓿人工草地土壤有效铁、锰、铜、锌年际变化特征56-59
• 3.1 土壤有效铁年际变化特征56-57
• 3.2 土壤有效锰年际变化特征57
• 3.3 土壤有效铜年际变化特征57-58
• 3.4 土壤有效锌年际变化特征58-59
• 4 讨论59-61
• 5 小结61-63
• 第四章 红豆草人工草地碳储量年际变化及土壤速效养分特征63-77
• 1 红豆草人工草地碳储量年际变化63-69
• 1.1 植被碳密度年际变化63-64
• 1.2 凋落物碳密度年际变化64-65
• 1.3 地上生物量碳密度年际变化65-66
• 1.4 地下部分生物量碳储量年际变化66-67
• 1.5 总生物量碳储量年际变化67-68
• 1.6 土壤碳储量年际变化68-69
• 1.7 红豆草草地生态系统碳储量年际变化69
• 2 红豆草人工草地土壤速效氮、磷、钾年际变化特征69-71
• 2.1 土壤速效氮年际变化特征69-70
• 2.2 土壤速效磷年际变化特征70-71
• 2.3 土壤速效钾年际变化特征71
• 3 红豆草人工草地土壤有效铁、锰、铜、锌年际变化特征71-74
• 3.1 土壤有效铁年际变化特征71-72
• 3.2 土壤有效锰年际变化特征72-73
• 3.3 土壤有效铜年际变化特征73
• 3.4 土壤有效锌年际变化特征73-74
• 4 讨论74-75
• 5 小结75-77
• 第五章 冰草人工草地碳储量年际变化及土壤速效养分特征77-91
• 1 冰草人工草地碳储量年际变化77-84
• 1.1 植被碳密度年际变化77-78
• 1.2 凋落物碳密度年际变化78-79
• 1.3 地上生物量碳密度年际变化79-80
• 1.4 地下部分生物量碳储量年际变化80-81
• 1.5 总生物量碳储量年际变化81-82
• 1.6 土壤碳储量年际变化82-83
• 1.7 冰草草地生态系统碳储量年际变化83-84
• 2 冰草人工草地土壤速效氮、磷、钾年际变化特征84-85
• 2.1 土壤速效氮年际变化特征84
• 2.2 土壤速效磷年际变化特征84-85
• 2.3 土壤速效钾年际变化特征85
• 3 冰草人工草地土壤有效铁、锰、铜、锌年际变化特征85-87
• 3.1 土壤有效铁年际变化特征85-86
• 3.2 土壤有效锰年际变化特征86
• 3.3 土壤有效铜年际变化特征86-87
• 3.4 土壤有效锌年际变化特征87
• 4 讨论87-89
• 5 小结89-91
• 第六章 早熟禾人工草地碳储量年际变化及土壤速效养分特征91-105
• 1 早熟禾人工草地碳储量年际变化91-97
• 1.1 植被碳密度年际变化91-92
• 1.2 凋落物碳密度年际变化92-93
• 1.3 地上生物量碳密度年际变化93-94
• 1.4 地下部分生物量碳储量年际变化94-95
• 1.5 总生物量碳储量年际变化95-96
• 1.6 土壤碳储量年际变化96
• 1.7 早熟禾草地生态系统碳储量年际变化96-97
• 2 早熟禾人工草地土壤速效氮、磷、钾年际变化特征97-99
• 2.1 土壤速效氮年际变化特征97-98
• 2.2 土壤速效磷年际变化特征98
• 2.3 土壤速效钾年际变化特征98-99
• 3 早熟禾人工草地土壤有效铁、锰、铜、锌年际变化特征99-101
• 3.1 土壤有效铁年际变化特征99
• 3.2 土壤有效锰年际变化特征99-100
• 3.3 土壤有效铜年际变化特征100-101
• 3.4 土壤有效锌年际变化特征101
• 4 讨论101-103
• 5 小结103-105
• 第七章 撂荒地碳储量年际变化及土壤速效养分特征105-118
• 1 撂荒地碳储量年际变化105-112
• 1.1 植被碳密度年际变化105-107
• 1.2 凋落物碳密度年际变化107-108
• 1.3 地上生物量碳密度年际变化108-109
• 1.4 地下部分生物量碳储量年际变化109-110
• 1.5 总生物量碳储量年际变化110-111
• 1.6 土壤碳储量年际变化111
• 1.7 撂荒地生态系统碳储量年际变化111-112
• 2 撂荒地土壤速效氮、磷、钾年际变化特征112-113
• 2.1 土壤速效氮年际变化特征112
• 2.2 土壤速效磷年际变化特征112-113
• 2.3 土壤速效钾年际变化特征113
• 3 撂荒地土壤有效铁、锰、铜、锌年际变化特征113-116
• 3.1 土壤有效铁年际变化特征113-114
• 3.2 土壤有效锰年际变化特征114-115
• 3.3 土壤有效铜年际变化特征115
• 3.4 土壤有效锌年际变化特征115-116
• 4 讨论116-117
• 5 小结117-118
• 第八章 不同单播人工草地碳储量年际变化及土壤养分特征118-130
• 1 不同单播人工草地碳储量年际变化119-122
• 1.1 总生物量碳储量年际变化119-120
• 1.2 土壤碳储量年际变化120
• 1.3 不同单播人工草地生态系统碳储量年际变化120-121
• 1.4 不同单播人工草地生态系统年固碳量121-122
• 2 不同单播人工草地土壤速效氮、磷、钾年际变化特征122-124
• 2.1 土壤速效氮年际变化特征122-123
• 2.2 土壤速效磷年际变化特征123
• 2.3 土壤速效钾年际变化特征123-124
• 3 不同单播人工草地土壤微量元素年际变化特征124-126
• 3.1 土壤有效铁年际变化特征124
• 3.2 土壤有效锰年际变化特征124-125
• 3.3 土壤有效铜年际变化特征125
• 3.4 土壤有效锌年际变化特征125-126
• 4 讨论126-128
• 5 小结128-130
• 第九章 讨论与结论130-137
• 1 讨论130-134
• 1.1 不同单播人工草地碳储量特征130-133
• 1.2 不同单播人工草地土壤速效养分特征133-134
• 2 主要结论134-135
• 3 创新点135
• 4 存在问题135-136
• 5 展望136-137
• 参考文献137-170
• 导师简介170-172
• 个人简介172
• 博士期间发表的论文和出版专著172-173
• 致谢173-174

【参考文献】

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  本文关键词：黄土高原单播人工草地碳储量及其土壤速效养分特征研究

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