【摘要】： 本研究以我國(guó)內(nèi)蒙古錫林浩特地區(qū)典型草原的草原植物根系密集層、土壤微生物量大、微生物活躍程度高的0-10cm土壤為試驗(yàn)材料,經(jīng)過(guò)連續(xù)十一個(gè)月的模擬大氣氮沉降進(jìn)行人工施N和刈割處理,研究其對(duì)內(nèi)蒙古錫林浩特地區(qū)典型草原的土壤理化性狀: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的影響。此外,根據(jù)根層土壤微生物量和植物根系生物量的相關(guān)性,還測(cè)定了植物根系生物量。探討在大氣氮沉降的背景下,內(nèi)蒙古錫林浩特地區(qū)草原土壤理化性狀和微生物量的變化趨勢(shì),旨在為我國(guó)內(nèi)蒙古錫林浩特地區(qū)草原牧草的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)提供可靠的理論依據(jù)。 本試驗(yàn)共設(shè)置了4種不同處理方式: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),每種處理方式中又設(shè)置了6個(gè)施N水平:CK、T1、T3、T10、T20和T50,分別代表不同濃度的大氣氮沉降量:0、1、3、10、20、50 g N·m-2·a-1。每種處理方式設(shè)置3個(gè)重復(fù)。結(jié)果表明: 1.模擬大氣氮沉降人工施N和刈割處理能夠降低土壤含水量。對(duì)各個(gè)梯度施N處理中土壤含水量,降低幅度最大的不是施N量最大或最小的處理,而是該處理方式中草原植被生長(zhǎng)的需N臨界值。與未刈割的處理相比,刈割處理樣地草原植被生長(zhǎng)量小,需氮量小,需氮臨界值要提前刈割施N梯度。所以,在內(nèi)蒙古草原地區(qū),牧民應(yīng)該提高打草時(shí)的草茬高度,在減少因太陽(yáng)輻射而造成表層土壤水分過(guò)大蒸發(fā)量、造成土壤表層干旱的同時(shí),可以最大限度地利用大氣氮沉降所進(jìn)入土壤中的氮素,促進(jìn)牧草的生長(zhǎng),提高牧草的產(chǎn)量。 2.在FYAC處理方式中,土壤pH值在T3和T10兩個(gè)梯度施N處理中比對(duì)照稍高,其它梯度施N濃度處理中土壤pH值都比對(duì)照降低,而且最后的結(jié)果差異性也不顯著;其它3種處理方式中,土壤pH值都是在T1和T3氮濃度梯度下比對(duì)照增高,其它施N水平中都比對(duì)照降低,差異性顯著,說(shuō)明高濃度施氮條件下會(huì)造成土壤酸化。各個(gè)梯度施N處理中,隨著施N濃度的增加,土壤pH值變化趨勢(shì)明顯,先增大后減小,在減小到最小值以后又增大。所以,在大氣氮沉降量較大的地區(qū),應(yīng)該盡可能的增加地表植被覆蓋率,采取有效措施適度減少植被地上部生物量,促使植被根系最大限度的吸收進(jìn)入土壤中的氮素,轉(zhuǎn)移氮素,防止氮素在土壤中的過(guò)度積累而導(dǎo)致土壤pH值降低。 3. FMNC和FYNC兩種處理方式中,除了FMNC處理方式中T10土壤全碳的值比對(duì)照稍高以外,其它施氮水平土壤全C和全N的含量都比相應(yīng)的對(duì)照要低;FMAC和FYAC處理方式中,土壤全C和全N的含量變化規(guī)律不一致,總體來(lái)說(shuō),兩者要比對(duì)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,會(huì)影響到土壤C含量的變化,造成土壤中有效C含量的降低,因?yàn)閮?nèi)蒙古草原地區(qū)土壤C素的主要來(lái)源于地上部植被殘?bào)w的分解,過(guò)度的刈割造成植被殘?bào)w回土率降低,減少土壤中C素的含量,反而會(huì)影響到植被對(duì)N素的有效吸收,造成氮素的流失。所以,牧民在打草的同時(shí),應(yīng)該對(duì)草場(chǎng)有一定的植被殘?bào)w回土率,以保證土壤C素來(lái)源,平衡土壤C/N比率。 4.只有在FMNC處理方式中,T20土壤微生物生物量C、N比對(duì)照降低,其它施N水平土壤微生物生物量C、N都不同程度的比對(duì)照有所增加;在其它3種處理方式中,與對(duì)照相比,土壤微生物生物量C、N都為負(fù)增長(zhǎng)(FMAC處理方式下在T20的土壤微生物生物量N除外),結(jié)果證明大氣氮沉降和刈割對(duì)土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖具有抑制作用,其中以T20氮濃度梯度下對(duì)土壤微生物的抑制作用最明顯。 5. FYNC和FYAC兩種處理方式中,所有梯度施N水平根系生物量的值都比對(duì)照降低;在FMNC和FMAC兩種處理方式中,也只有在低N濃度下,根系生物量比對(duì)照微高,差異也不顯著。在4種處理方式中,根系生物量的變化趨勢(shì)與土壤pH值的變化趨勢(shì)相同。因?yàn)橹参锸且粋�(gè)協(xié)調(diào)生長(zhǎng)的整體,地上部植株的生長(zhǎng)和地下部根系的發(fā)育有著密切的相關(guān)關(guān)系,研究同時(shí)證明,低N條件有促進(jìn)植被根系生長(zhǎng)的可能,這就需要牧民采取有效措施降低土壤中的氮素,在不能減少大氣氮沉降量的前提條件下,就只能增加植被的生物量,利用植被根系轉(zhuǎn)移土壤中的氮素,所以,草原地區(qū)要控制草場(chǎng)打草的高度和頻次。
【學(xué)位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：S812.2
【圖文】：

2NH3和 NHO3，以及(NH4)2SO4和 NH4NO3粒子，還有吸附在其他粒子上的氮在含酸氣流的作用下直接到達(dá)地面；氮的濕沉降主要是 NH4+和 NO3--N，以及少量的可溶性有機(jī)氮通過(guò)降水遷移到地表[2]。大氣中的氮化合物來(lái)源是多方面的，除了雷電等自然因素之外，由于人類活動(dòng)所帶來(lái)的環(huán)境污染而產(chǎn)生的氮化合物主要來(lái)源有工業(yè)(NOX)、化石燃料的燃燒(NOX)、農(nóng)田化學(xué)肥料施用的增加和集約畜牧業(yè)(NHX)[3、4]。據(jù)估計(jì)，全球每年沉降到各類生物群系中的活性氮達(dá) 43.47t[5]。而且，全球氮沉降水平預(yù)計(jì)在未來(lái) 25 年內(nèi)還會(huì)加倍[6]。大氣氮沉降已經(jīng)演變成了一個(gè)全球化的問(wèn)題，而不僅僅是局限于某個(gè)國(guó)家或地區(qū)。早在 150 多年前，著名的英國(guó)洛桑試驗(yàn)站就已經(jīng)開(kāi)始著手收集雨水測(cè)定其含氮量，并展開(kāi)相關(guān)的試驗(yàn)[7]。從 20 世紀(jì)至今，隨著全球環(huán)境日益惡化，環(huán)境與人類生存之間的矛盾逐漸凸顯，人類對(duì)大氣氮沉降的研究開(kāi)始逐漸增多。從 1860 年到 2000年，全球人口數(shù)量、總活性氮、工業(yè)固氮、農(nóng)作物生產(chǎn)和化石燃料燃燒的量都在急速增加(圖 1)。標(biāo)志著人類系統(tǒng)、全面地研究大氣氮沉降的開(kāi)始的標(biāo)志性事件是歐共體的 NITREX (NITRogen saturation EXperiments, 氮飽和試驗(yàn)) 項(xiàng)目與 EXMAN(EXperimental MANipulation of forest Ecosystems in Europe, 歐洲森林生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)控制)項(xiàng)目和美國(guó)的大氣沉降網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(NADP/NTN)。

逐漸增加的趨勢(shì),平均為 956 mg·m·a。中國(guó)降水 NO3離子濃度（0.320-6mol·L-1）和沉降量（0.20×10-6mol·L-1）與美國(guó)、日本接近，NH4+離子濃度（310-6mol·L-1）則分別是美國(guó)和日本的 4 倍和 3.7 倍，我國(guó)氮沉降通量分別是美國(guó)本的 3 倍和 1.8 倍[15]，隨著我國(guó)居民生活水平的提高、工農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，大氣降量將進(jìn)一步增加。據(jù)研究，中國(guó)氮沉降臨界負(fù)荷在總體上呈現(xiàn)自西向東逐漸增格局，中國(guó)氮沉降臨界負(fù)荷最低（<1.0 g·m-2·a-1)的地區(qū)分布在青藏高原西部拉善高原，而臨界負(fù)荷最高（>4.0 g·m-2·a-1）的地區(qū)則包括東北平原 、華北、長(zhǎng)江中下游平原以及四川盆地等[16]。與較低的氮沉降臨界負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的則是過(guò)大氣氮沉降通量，浙江金華地區(qū)降水帶入土壤的氮素為 17.2~21.3 kg·hm-2·a-1[1土高原每年因降水帶入農(nóng)田的氮素在 4.52～10.60 kg·hm-2·a-1[18]，江西分宜縣氮輸入甚至可達(dá) 60.6 和 57.0 kg·hm-2·a-1[19]， 廣東省廣州市降水氮沉降量達(dá)到5.6 kg·hm-2·a-1[20]，這還只是濕沉降，僅僅是大氣氮沉降的一部分，據(jù)研究，通沉降(氣體和固態(tài)顆粒)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的氮量通常較降水中的氮量多[7]。繼歐洲和之后，我國(guó)已經(jīng)成為全球三大氮沉降集中區(qū)之一[21、22](如圖 2 所示)。持續(xù)增加的氮沉降改變了陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的影響[23]，增壤中 NH4的硝化和 NO3的淋失，加速土壤的酸化，影響生態(tài)系統(tǒng)的物種組成和的多樣性，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的危害[24-31]。

3 結(jié)果與分析3.1 大氣氮沉降和刈割對(duì)土壤水分含量的影響3.1.1 一年兩次施 N 但不刈割處理（FYNC）對(duì)土壤水分含量的影響如圖 3 所示，對(duì)于 FYNC 處理方式中的各個(gè)梯度施 N 處理來(lái)說(shuō)，施 N 處理對(duì)土壤含水量的影響效果不顯著，各個(gè)梯度施 N 處理之間的土壤含水量也沒(méi)有差異，但是除對(duì)照之外，隨著各個(gè)梯度施 N 處理濃度的增加，土壤含水量具有先增大，在 T10處理中達(dá)到最大值；后減小，在 T20處理中降低至最低值；最后在 T50處理中又增大的趨勢(shì)。與對(duì)照相比，試驗(yàn)中各個(gè)梯度施 N 處理中的土壤含水量均有所降低，其中 T20處理降低的幅度最大，降低了15.84%；然后是T1、T3和T50，分別比對(duì)照降低了14.60%、12.72%和 11.93%；降低幅度最小的 T10處理，比對(duì)照降低了 7.29%。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2755578