土壤極化（由于人工純林樹種生物生態(tài)學特性的單一性、對物質吸收利用的選擇性和對環(huán)境效應的特殊性，在其長期經營過程中，土壤性質往往呈現(xiàn)偏離原平衡態(tài)并朝正向或負向極端化發(fā)展的趨勢）是導致人工純林連栽障礙的一個重要原因。然而，土壤性質極化只是人工純林長期生長所導致的土壤性質變化結果，為了從實踐中對土壤極化進行有效的調控，防止土壤負向或破壞性極化的發(fā)生，就必須對林地土壤極化的成因和風險進行研究。為此，本研究選擇黃土高原典型人工喬灌純林為研究對象，通過枯落物混土分解培養(yǎng)試驗和林地養(yǎng)分循環(huán)測算，研究林木生長過程中枯落物分解的單一性和養(yǎng)分循環(huán)利用的選擇性對土壤產生的特殊環(huán)境效應，進而分析其所導致的土壤極化風險，以探明引起人工純林土壤性質極化的原因，旨在為防治森林土壤退化和連栽障礙提供有價值的科學理論依據(jù)。 調查研究中以黃土高原（由北向南包括荒漠風沙區(qū)、黃土丘陵區(qū)和黃土殘塬溝壑區(qū)）典型喬木樹種（包括油松、側柏、落葉松、樟子松、小葉楊、遼東櫟、刺槐、白樺、旱柳等）和灌木樹種（包括沙棘、檸條、紫穗槐）人工純林為研究對象，采集林地腐殖質層土壤和枯落物（當年枯落葉及細根），分別設“土壤＋枯落葉”、“土壤＋根系”、“土壤＋枯落葉＋根系”和土壤不與任何枯落物混合（對照）4種處理方式，進行室內混合培養(yǎng)試驗。在培養(yǎng)結束后，計算不同枯落物混土培養(yǎng)后土壤性質較對照的變化，據(jù)此分析不同樹種枯落葉和根系分解對土壤生物學性質和化學性質極化影響。同時，利用主成分分析法針對不同樹種枯落葉和根系分解對土壤極化影響進行綜合判斷。研究中對人工純林林木生物量、年生產力和養(yǎng)分循環(huán)平衡特征進行分析，通過養(yǎng)分循環(huán)測算，利用土壤養(yǎng)分年虧損率來表征養(yǎng)分循環(huán)對土壤養(yǎng)分性質極化的影響，探討由于養(yǎng)分循環(huán)引起的土壤養(yǎng)分性質極化風險。并在以上基礎上，嘗試提出了基于養(yǎng)分循環(huán)的人工純林土壤養(yǎng)分極化動態(tài)理論模型。具體結論如下： （1）陜北風沙區(qū)3種典型人工闊葉純林枯落葉和根系單獨分解引起的土壤性質極化順序依次為：旱柳枯落葉（2.260，土壤性質較對照提高率的主成分分析F值，下同）＞旱柳根系（0.519）＞刺槐枯落葉（0.489）＞刺槐根系（-0.213）＞小葉楊枯落葉（-0.943）＞小葉楊根系（-2.112）。說明旱柳枯落物分解較其他2種樹木更有益于土壤性質的改善，小葉楊枯落物分解會導致土壤性質惡化。在小葉楊和旱柳林地，枯落葉和根系同時與土壤混合分解較二者單獨分解對土壤性質的影響總體表現(xiàn)為促進作用；在刺槐林地，表現(xiàn)為抑制作用。經過養(yǎng)分循環(huán)測算，與旱柳和刺槐純林相比，小葉楊純林土壤有效養(yǎng)分和全量養(yǎng)分年虧損率都較大，說明小葉楊純林土壤養(yǎng)分性質更容易發(fā)生負向極化。2種典型人工針葉純林枯落葉和根系單獨分解引起的土壤性質極化順序為：油松根系（1.702）＞油松枯落葉（0.252）＞樟子松根系（-0.834）＞樟子松枯落葉（-1.120）。從枯落物分解對土壤性質改善程度分析，油松比樟子松更適合長期栽種。同時，樟子松純林養(yǎng)分年虧損率大于油松純林，土壤養(yǎng)分發(fā)生負向極化可能性更大。3種典型人工灌木純林落葉和根系單獨分解引起的土壤性質極化順序為：紫穗槐枯落葉（2.985）＞紫穗槐根系（0.710）＞檸條枯落葉（0.010）＞檸條根系（-0.664）＞沙棘枯落葉（-0.913）＞沙棘根系（-2.066）。說明紫穗槐枯落物分解較其他2種灌木林更有益于土壤性質的改善，而沙棘枯落物分解導致土壤性質向負向極化方向發(fā)展。在紫穗槐和檸條林地，枯落葉和根系的混合分解較二者單獨分解對土壤性質的影響總體表現(xiàn)為相互促進作用；在沙棘林地，總體表現(xiàn)為相互抑制作用。3種灌木純林中，紫穗槐純林土壤中N和P虧損率較大，較易向負向極化發(fā)展；沙棘純林土壤K較易出現(xiàn)虧損，向負向極化發(fā)展。 （2）黃土丘陵區(qū)3種典型人工闊葉純林枯落葉和根系單獨分解引起的土壤性質極化順序如下：刺槐根系（1.815）＞遼東櫟根系（0.302）＞刺槐枯落葉（0.248）＞小葉楊枯落葉（-0.213）＞遼東櫟枯落葉（-0.809）＞小葉楊根系（-1.346）。在小葉楊林地土壤中，枯落葉和根系的混合分解較二者單獨分解對土壤性質的影響總體表現(xiàn)為相互促進作用；在刺槐和遼東櫟林地，總體表現(xiàn)為相互抑制作用。從養(yǎng)分循環(huán)角度分析，小葉楊純林在3種闊葉純林中土壤有效養(yǎng)分和全量養(yǎng)分年虧損率都最大，發(fā)生土壤性質負向極化的風險最大。3種典型人工針葉純林枯落葉、根系單獨分解對土壤性質極化影響大小順序依次為：油松枯落葉（2.086）＞油松根系（0.694）＞落葉松根系（-0.106）＞落葉松枯落葉（-0.487）＞側柏枯落葉（-0.776）＞側柏根系（-1.411）。在油松林地土壤中，枯落葉和根系的混合分解較二者單獨分解對土壤性質的影響總體表現(xiàn)為促進作用；而在側柏和落葉松林地，總體表現(xiàn)為抑制作用。總體而言，油松林地枯落物分解可較好改善土壤性質，側柏林地枯落物分解會導致土壤性質負向極化發(fā)展。從養(yǎng)分循環(huán)角度分析，側柏純林中有效P、全K，落葉松純林中全N、有效N，油松純林中的全P、有效K發(fā)生負向極化的可能性最大。 （3）黃土殘塬溝壑區(qū)2種典型人工闊葉純林枯落葉、根系單獨分解對土壤性質極化影響的大小順序為：刺槐枯落葉（3.046）＞刺槐根系（1.085）＞白樺枯落葉（-1.430）＞白樺根系（-2.701）。與白樺相比，刺槐枯落物分解更有利于土壤性質的改善。2種典型人工針葉純林枯落葉、根系單獨分解對土壤性質極化影響的大小順序依次為：油松枯落葉（2.164）＞油松根系（0.352）＞側柏枯落葉（-0.535）＞側柏根系（-1.981）。與側柏相比，油松枯落物分解更能改善土壤性質，使土壤性質向正向極化發(fā)展。分析4種林地枯落物混合培養(yǎng)實測值相對于理論值提高率的F值，得出以下結論：油松、刺槐枯落葉和根系混合分解相對于二者單獨分解對土壤性質的影響總體表現(xiàn)為相互促進作用；白樺、側柏總體表現(xiàn)為相互抑制作用。從養(yǎng)分循環(huán)角度分析，黃土溝壑區(qū)4種典型人工純林中，油松純林全N虧速率最大，較其他3種林分發(fā)生負向極化的可能性較大；白樺純林全P、全K以及3種有效養(yǎng)分的年虧損率最大，說明以上養(yǎng)分元素較易發(fā)生負向極化。 （4）人工林土壤養(yǎng)分極化受林木對養(yǎng)分的選擇吸收利用、枯落物分解等的綜合影響，本研究從人工林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)規(guī)律的角度，通過實驗室分解法和野外調查建立土壤極化動態(tài)理論模型，并初步確定各個模型參數(shù)，用于深入認識土壤極化成因和預測土壤極化趨勢。
【學位單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2014
【中圖分類】：S714

【參考文獻】

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1 高群;孟憲志;于洪飛;;連作障礙原因分析及防治途徑研究[J];山東農業(yè)科學;2006年03期

2 陳志新;;杉木混交林生產力和土壤肥力研究[J];安徽農學通報;2007年12期

3 張貴UE;;杉木混交林生長與生物量研究[J];安徽農學通報(上半月刊);2009年21期

4 劉圳;白昌軍;虞道耿;;牧草間作對桉樹人工林下土壤酶活性的影響[J];安徽農業(yè)科學;2009年12期

5 王彥輝;隴東黃土地區(qū)刺槐林水土保持效益的定量研究[J];北京林業(yè)大學學報;1986年01期

6 劉增文;段而軍;劉卓瑪姐;馮順煜;;陜北半干旱風沙區(qū)人工純林土壤性質極化研究[J];北京林業(yè)大學學報;2009年02期

7 韓建國,韓永偉,孫鐵軍,王小山;農牧交錯帶退耕還草對土壤有機質和氮的影響[J];草業(yè)學報;2004年04期

8 吳鳳芝,趙鳳艷;根系分泌物與連作障礙[J];東北農業(yè)大學學報;2003年01期

9 鄒莉,李國江,鄭國強;水曲柳落葉松純林與混交林土壤微生物主要生理類群[J];東北林業(yè)大學學報;2000年02期

10 潘建平,王華章,楊秀琴;落葉松人工林地力衰退研究現(xiàn)狀與進展[J];東北林業(yè)大學學報;1997年02期

本文編號：2811855