宁夏荒漠草原灌丛引入过程中土壤种子库、微生物矿化响应特征

发布时间：2020-04-17 15:32

【摘要】：本文采用野外定期观测、室内土壤种子库萌发法、野外水分梯度激发和土壤微生物野外原位矿化等方法,以宁夏东部荒漠草原不同年限柠条(Caragana Korshinskii)灌丛引入过程(14年封育草地/FY、放牧地/F、3年灌丛地/NT3、12年灌丛地/NT12、22年灌丛地/NT22)和不同间距灌丛引入过程(14年封育草地/FY、放牧地/F、间距40m/NT40、间距8m/NT8、间距2m/NT2灌木地)的植物群落、土壤碳氮、土壤呼吸、土壤种子库、土壤微生物等生物非生物因子观测为基础,开展植被多样性、土壤理化特性、土壤种子库多样性和土壤微生物随着灌丛引入的变化特征以及在此过程中土壤水分对土壤种子库、土壤微生物矿化影响研究,以期揭示宁夏荒漠草原灌丛引入过程中对植物群落特征、土壤种子库和土壤微生物活动的影响及其对土壤水分的响应特征,为干早半干旱荒漠草原区恢复可持续性提供理论依据和数据参考。主要获得以下结果与结论:1)随着荒漠草原灌丛引入年限及密度增加,加速了土壤水分深层土壤水分利用和消耗,0-200cm土壤含水量范围为4.44%-13.32%,显著低于FY、F土壤水分,NT22和NT2土壤水分达到最低;由于深层土壤水分的消耗,不同年限及间距引入灌丛地土壤水分在春季返潮上升期显著低于FY、F(P0.05);土壤有机碳随灌丛引入呈增加趋势,灌丛地土壤有机碳含量均高于FY、F,在0.5063-4.2293 g/kg之间;土壤全氮含量整体呈增加趋势,土壤全氮范围在0.0504-0.5080 g/kg之间。2)随着荒漠草原灌丛引入年限及密度增加,地上草本植物的多样性、丰富度等均呈下降趋势,FY植物群落盖度、生物量、多样性、丰富度和均匀度指数指数显著高于其他样地(P0.05);一年生草本密度显著高于其他多年生草本,密度高达83-429株/m3,占整个物种密度的92.3%,且灌丛地显著高于FY、F(P0.05),NT40为最高;物种种类仅为12种,菊科比例明显高于其他科属植物,且各样地群落优势种均为猪毛蒿(Artemisiascoparia);灌从地土壤种子库物种组成和土壤种子库密度呈现先增加后减少的趋势,NT22、NT12和NT3与F和FY之间存在显著性差异(P0.05);土壤种子库数量增加,不同年限、间距分别在6200-19400粒·m-2,6200-17700粒.m-2范围内,且都为一年生菊科的物种猪毛蒿;不同年限、间距灌丛引入过程萌发物种数量减少,分别在5-7种,2-7种范围内,主要是菊科植物猪毛蒿占优势;各样地土壤种子库植物特征与地上植被的相似性总体较低。3)随降雨量的增加,灌丛引入过程中土壤种子库萌发数量呈增加后减少的趋势,而对种子物种数量影响不显著,其中年降雨量在348 mm时,土壤物种数量及土壤种子库密度最高值,与其他降雨梯度有显著性差异(P005);其中菊科猪毛蒿适合于各个降雨梯度,较其他物种随着降雨梯度的增大显著增多;山苦荬(Lxeridium gracile)和沙生针茅(Stipa breviflora)在年降雨量为116 mm时可萌发,牛枝子(Lespedeza potaninii)在降水量为232 mm、348 mm时有萌发。4)在灌丛引入过程中土壤细菌数量大于真菌数量,随引入年限的增加细菌数量整体呈增加趋势,灌丛引入过程中处理NT3真菌数量最高的是含量为112.83×103个/g,处理FY含量最低为13.79个/g×103;灌丛引入过程中放线菌的含量高与其他处理,处理间差异不显著(P0.05);土壤呼吸强度在8月达到最大值,随着不同年限及间带的引入土壤呼吸强度呈现先增强后减弱的变化趋势,土壤呼吸强度的变化范围在0.016-0.544 C02/m2/h、0.016-0.506CO2/m2/h之间,且不同年限引入过程NT12具最高土壤呼吸值为0.544 CO2/m2/h,不同间距引入过程FY最高为0.506 CO2/m2/h;土壤呼吸与土壤水分、土壤微生物量碳/MBC、量氮/MBN呈正相关。5)不同年限、间距引入灌丛地MBC、MBN变化表现为夏季6月(原位培养矿化2个月)均为最高值,MBC变化范围分别为27.67-54.88 mg/kg、59.33-637.93 mg/kg,MBN变化范围为0.0045-0.1841 mg/kg、0.0045-0.1841 mg/kg;MBC、MBN 在原位矿化 2-4 个月随矿化时间增加而增大,矿化半年后,含量逐渐减少,表明在灌丛引入过程中,土壤碳处于积累过程中,而放牧草地中土壤微生物矿化大于土壤微生物量的积累。不同水分梯度处理下的不同年限、间距灌丛引入过程中的土壤NH4+-N与NO3--N在灌丛引入后均呈现出一个缓慢消耗的过程,净氨化速率分别为-0.26-0.03 mg/g/d、-0.19-0.05 mg/g/d,净硝化速率分别为-0.37-0.25 mg/g/d、-0.55-0.23 mg/g/d,以及净矿化速率分别为-0.41-0.22 mg/g/d、-0.29-0.1 mg/g/d,均呈较大程度变化,不同年限、间距灌丛引入后灌丛地净矿化速率高于FY与F。
【图文】：

盐池县,气温图,日变化

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分布图,盐池县,样地,采样点

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【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S812

【参考文献】