本文關(guān)鍵詞：黃土丘陵區(qū)典型植物枯落物分解對土壤有機(jī)碳、氮轉(zhuǎn)化及微生物多樣性的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：枯落物是連接土壤-植物復(fù)合體的紐帶,是植物養(yǎng)分歸還于土壤的一個重要途徑,對土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)有重大影響。枯落物分解過程中土壤有機(jī)碳、氮及微生物的變化特征研究,旨在針對植被恢復(fù)過程中土壤有機(jī)碳、氮來源的數(shù)量、質(zhì)量,進(jìn)一步探索植被恢復(fù)過程中的有機(jī)碳截獲過程和氮轉(zhuǎn)化趨勢。本研究依托中國科學(xué)院水土保持研究所固原生態(tài)試驗站,選取該區(qū)典型植物枯落物作為實驗材料,在研究區(qū)內(nèi)采集百里香、長芒草、鐵桿蒿的地上和地下部分,采用野外分解袋法和室內(nèi)分解培養(yǎng)法相結(jié)合的方法模擬枯落物的分解過程,并在室內(nèi)培養(yǎng)中設(shè)置不同枯落物添加方式以更為細(xì)致的模擬枯落物的不同分解過程,分析枯落物分解過程中土壤有機(jī)碳、氮含量及微生物變化特征,探索枯落物分解過程中土壤有機(jī)碳、氮轉(zhuǎn)化機(jī)制及微生物變化特征,以期闡明枯落物分解過程中土壤微生物在有機(jī)碳-氮轉(zhuǎn)化過程的作用機(jī)理,為植被恢復(fù)中有機(jī)碳固定過程、生態(tài)服務(wù)功能提升的機(jī)理及植被后續(xù)管理提供科學(xué)依據(jù)。取得的主要結(jié)論如下:1.野外模擬枯落物分解過程中,土壤碳、氮因子受環(huán)境中水熱條件影響較大。植物枯落葉和根的分解可以顯著提高0-5 cm和5-15 cm土層土壤有機(jī)碳和硝態(tài)氮含量,對土壤全氮的提高僅表現(xiàn)在土壤表層,對銨態(tài)氮則無顯著性影響。分解741天后,長芒草、鐵桿蒿、百里香枯落葉覆蓋的表層土壤有機(jī)碳含量比無枯落葉覆蓋的表層土壤有機(jī)碳含量高1.00、6.61、1.11 g kg-1;長芒草、鐵桿蒿和百里香的根分解下的表層土壤有機(jī)碳含量和空白處理相比分別提高了1.02、1.35和6.60 g kg-1;覆蓋長芒草、鐵桿蒿和百里香枯落葉下土壤全氮含量分別高于空白土壤0.06、0.33、0.18 g kg-1;覆蓋長芒草、鐵桿蒿、百里香根的0-5 cm土層土壤全氮含量分別高于空白土壤0.20、0.12、0.12 g kg-1。枯落葉對土壤有機(jī)碳和全氮的影響均表現(xiàn)為:鐵桿蒿百里香長芒草,百里香根的分解對土壤有機(jī)碳的提高作用最高,長芒草根的分解則有助于提高土壤全氮含量。另外,枯落物分解過程中,分解前期表現(xiàn)為土壤氮素累積,分解后期則主要表現(xiàn)為有機(jī)碳累積。2.野外模擬三種植物枯落葉和根的分解均能顯著提高土壤微生物碳、氮含量和土壤蔗糖酶、脲酶及硝酸還原酶活性;除土壤蔗糖酶以外,和土壤碳、氮因子相比,其他土壤微生物學(xué)性質(zhì)對枯落物分解的響應(yīng)更為敏感�？萋湮飳ν寥郎飳W(xué)性質(zhì)的提高主要表現(xiàn)在土壤表層。不同植物枯落葉覆蓋下土壤微生物碳、氮的變化率均表現(xiàn)為:鐵桿蒿長芒草百里香;不同植物根之間則表現(xiàn)為:百里香長芒草鐵桿蒿。經(jīng)過741的分解,長芒草、鐵桿蒿、百里香枯落葉覆蓋下表層土壤微生物碳變化率分別為463.7%、659.7%、361.8%,長芒草、鐵桿蒿、百里香根覆蓋下表層土壤微生物碳變化率分別為519.0%、461.9%、676.7%。枯落物分解對土壤脲酶和硝酸還原酶的提高主要出現(xiàn)在分解后期,土壤硝酸還原酶的變化率相對較高,三種枯落葉和根表層土壤硝酸還原酶活性的變化率均高于800%�？萋湮锓纸膺^程中土壤酶活性因植物種類的不同存在顯著差異。土壤蔗糖酶為百里香枯落葉高于其他兩種植物枯落葉,鐵桿蒿和百里香根高于長芒草根;土壤脲酶為百里香枯落葉高于其他兩種植物枯落葉,不同植物根的分解對脲酶活性的影響無顯著性差異;土壤硝酸還原酶則為鐵桿蒿和長芒草枯落葉高于百里香葉,百里香根高于鐵桿蒿和長芒草根。另外,枯落物分解過程中土壤微生物量和酶活性的動態(tài)變化表明,土壤酶活性對枯落物響應(yīng)敏感,卻“滯后”于微生物量的變化。3.三種枯落葉添加方式下土壤碳、氮呈不同變化特征。表面覆蓋方式下土壤有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮和空白處理無顯著差異,培養(yǎng)后期,覆蓋三種枯落葉可顯著增加土壤銨態(tài)氮含量,表現(xiàn)為百里香鐵桿蒿長芒草。原狀混合方式鐵桿蒿和百里香枯落葉的添加可以顯著增加土壤有機(jī)碳,變化率分別為37.9%和9.0%,在培養(yǎng)過程中呈現(xiàn)先增加后減小、二次增加的變化特征。三種植物枯落葉的添加均可以顯著增加土壤全氮含量,長芒草、鐵桿蒿、百里香處理土壤全氮變化率分別為12.4%、28.0%、12.5%,鐵桿蒿和長芒草處理土壤全氮呈先增加后減小、再二次增加的變化趨勢,百里香處理呈先減小后增加的變化趨勢。將枯落葉粉碎后混合于土壤中進(jìn)行培養(yǎng),土壤有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮得到了很大程度的提高,土壤有機(jī)碳增加了9.0-50.1%,土壤全氮增加了50.1-62.6%,土壤硝態(tài)氮增加了238.0-377.9%,土壤銨態(tài)氮含量在培養(yǎng)過程中受到抑制,呈波浪式減小的變化趨勢,培養(yǎng)112天時和空白處理基本相同。4.室內(nèi)培養(yǎng)中覆蓋枯落葉僅在培養(yǎng)中期對土壤微生物碳存在小幅提高,對土壤蔗糖酶和脲酶無顯著影響,僅可以顯著提高土壤硝酸還原酶活性,其變化率均高于200%。添加原狀枯落葉于土壤中進(jìn)行培養(yǎng),對土壤中微生物碳含量的提高作用顯著,三種枯落葉處理之間表現(xiàn)為:鐵桿蒿長芒草百里香。而將原狀枯落葉和土壤混合后培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),土壤脲酶活性和空白處理無顯著差異,土壤蔗糖酶活性和硝酸還原酶活性顯著提高,分解112天時,長芒草、鐵桿蒿、百里香處理下土壤蔗糖酶分別高于空白處理22.3、23.0、49.3 mg g-1 24h-1,土壤硝酸還原酶分別高于空白處理2.36、1.90、1.13μg g-1 24h-1。將枯落葉粉碎后混合到土壤中進(jìn)行培養(yǎng),土壤微生物碳呈逐漸降低的變化趨勢,分解112天時,土壤微生物碳含量均顯著高于空白處理430%以上,鐵桿蒿處理高于其他兩種枯落葉處理。添加粉碎后三種枯落葉對土壤蔗糖酶無提高作用,甚至添加粉碎后百里香和鐵桿蒿枯落葉處理土壤蔗糖酶活性低于空白處理;添加三種枯落葉均可以顯著提高土壤硝酸還原酶活性;添加粉碎后百里香枯落葉可以顯著提高土壤脲酶,而鐵桿蒿和長芒草枯落葉的添加抑制了土壤脲酶的活性,這可能與枯落葉分解過程中產(chǎn)生的銨態(tài)氮含量受到抑制存在相關(guān)。5.室內(nèi)培養(yǎng)中三種枯落物的添加方式下土壤微生物群落呈現(xiàn)不同的變化特征。表面覆蓋枯落葉對土壤細(xì)菌和真菌的增加是階段性的,主要在培養(yǎng)前中期,即28-56天之間土壤微生物處于不斷調(diào)整的階段,此時段枯落葉的覆蓋可以改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu),土壤真菌和革蘭氏陽性細(xì)菌的繁殖,促使土壤群落結(jié)構(gòu)得以改變,增加了土壤微生物群落多樣性。原狀混合條件下長芒草處理土壤在培養(yǎng)前期(7到28天)表現(xiàn)出革蘭氏陽性細(xì)菌、放線菌和真菌的生長;鐵桿蒿和百里香處理土壤均表現(xiàn)為在培養(yǎng)28天后土壤細(xì)菌大量繁殖,56天后真菌得到大量增加,鐵桿蒿處理在培養(yǎng)后期土壤中真菌和細(xì)菌大幅增加,形成結(jié)構(gòu)簡單的微生物群落,而百里香處理則形成了相對量少但多樣性較高的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。粉碎后混合條件下土壤革蘭氏陽性細(xì)菌、真菌含量均顯著高于其他兩種添加方式,微生物量表現(xiàn)為百里香鐵桿蒿長芒草,鐵桿蒿和百里香的微生物群落結(jié)構(gòu)較相近。粉碎后混合條件下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了實質(zhì)性的變化,土壤真菌發(fā)揮著更為重要的作用。三種植物枯落葉處理土壤總PLFAs、細(xì)菌PLFAs、革蘭氏陽性細(xì)菌PLFAs、革蘭氏陰性細(xì)菌PLFAs均依次呈現(xiàn)減小、增加、再減小的變化趨勢;真菌則呈現(xiàn)隨培養(yǎng)時間的延長而減小的變化趨勢。6.野外模擬過程中枯落物-土壤之間碳、氮轉(zhuǎn)化過程證實了植被恢復(fù)過程中土壤有機(jī)碳和氮的增加源于枯落物的分解。主成分分析結(jié)果進(jìn)一步表明,野外模擬過程中枯落葉和根的分解均可以對土壤產(chǎn)生顯著的影響,尤其是從土壤中微生物量和硝態(tài)氮的增加可以對不同植物枯落葉和根進(jìn)行排序,不同植物枯落葉表現(xiàn)為鐵桿蒿百里香長芒草,不同植物根則表現(xiàn)為百里香長芒草鐵桿蒿。室內(nèi)培養(yǎng)過程中,三種枯落葉添加方式下土壤呈現(xiàn)不同的變化特征。表面覆蓋方式下枯落葉的分解對土壤的影響最小,僅表現(xiàn)為在分解前期土壤中微生物的增長;原狀混合枯落葉方式下,土壤微生物對枯落葉分解的響應(yīng)最為敏感,主要為革蘭氏陽性細(xì)菌的作用,三種枯落葉之間表現(xiàn)為:鐵桿蒿百里香長芒草;粉碎后混合方式下鐵桿蒿和百里香枯落葉的添加對土壤的影響較大,長芒草枯落葉的添加對土壤的影響相對較小。本研究表明,草地枯落葉和根的分解均可以促進(jìn)土壤有機(jī)碳的積累,但需要較長時間,對土壤全氮的提高相對較小,可以顯著增加土壤硝態(tài)氮含量,但硝態(tài)氮的增加是否會引起氮素淋失還需要繼續(xù)研究�？萋湮锏姆纸鈱ν寥牢⑸锪亢兔富钚缘娘@著提高證明了其在維持土壤生態(tài)功能中發(fā)揮著重要的作用。因此,在草地植被恢復(fù)的后續(xù)管理中,應(yīng)盡量減少人為因素的干擾,加強(qiáng)對草地生態(tài)系統(tǒng)中枯落物層的保護(hù),確�？萋湮飳拥姆�(wěn)定性,可以促進(jìn)有機(jī)碳的積累和保持良好的土壤生態(tài)環(huán)境。
【關(guān)鍵詞】：草地 枯落物 有機(jī)碳、氮轉(zhuǎn)化 微生物群落結(jié)構(gòu) 添加方式
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S153.6;S154.3
【目錄】：

• 摘要6-9
• 英文摘要9-16
• 第一章 緒論16-25
• 1.1 選題的目的和意義16
• 1.2 選題依據(jù)16-18
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3.1 草地枯落物的概念18
• 1.3.2 枯落物的研究方法18-19
• 1.3.3 枯落物分解對土壤有機(jī)碳的影響19-20
• 1.3.4 枯落物分解對土壤氮素的影響20-21
• 1.3.5 枯落物分解對土壤微生物的影響21-23
• 1.4 存在的主要科學(xué)問題23-25
• 第二章 研究區(qū)概況、研究內(nèi)容及方法25-36
• 2.1 研究區(qū)概況25-26
• 2.2 研究內(nèi)容26-28
• 2.3 技術(shù)路線28
• 2.4 研究方法28-36
• 2.4.1 野外模擬枯落物的分解28-31
• 2.4.2 室內(nèi)培養(yǎng)試驗設(shè)計31-32
• 2.4.3 項目測定方法32-34
• 2.4.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計34-36
• 第三章 枯落物分解過程中土壤碳、氮動態(tài)變化36-54
• 3.1 結(jié)果與分析36-49
• 3.1.1 野外模擬枯落物分解對土壤有機(jī)碳的影響36-39
• 3.1.2 野外模擬枯落物分解對土壤全氮的影響39-40
• 3.1.3 野外模擬枯落物分解對土壤銨態(tài)氮的影響40-42
• 3.1.4 野外模擬枯落物分解對土壤硝態(tài)氮的影響42-43
• 3.1.5 野外枯落物分解過程中土壤碳氮比變化趨勢43-44
• 3.1.6 土壤碳、氮變化率以及土壤硝化率和氨化率44-47
• 3.1.7 野外模擬枯落物分解中土壤碳氮變化因子的相關(guān)分析47-49
• 3.2 討論49-53
• 3.2.1 土壤有機(jī)碳對枯落物分解的響應(yīng)49-50
• 3.2.2 土壤全氮對枯落物分解的響應(yīng)50-51
• 3.2.3 枯落物分解過程中土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮變化特征51-52
• 3.2.4 枯落物分解過程中土壤碳、氮變化特征52-53
• 3.3 小結(jié)53-54
• 第四章 枯落物分解過程土壤微生物量和酶活性動態(tài)變化54-71
• 4.1 結(jié)果與分析54-65
• 4.1.1 野外枯落物分解過程中土壤微生物量碳變化特征54-56
• 4.1.2 野外枯落物分解過程中土壤微生物量氮變化特征56-57
• 4.1.3 野外枯落物分解過程中土壤蔗糖酶活性變化特征57-59
• 4.1.4 野外枯落物分解過程中土壤脲酶活性變化特征59-60
• 4.1.5 野外枯落物分解過程中土壤硝酸還原酶活性變化特征60-62
• 4.1.6 野外模擬枯落物分解下土壤微生物量和酶活性的變化率62-64
• 4.1.7 野外模擬枯落物分解中土壤微生物量、酶活性變化因子分析64-65
• 4.2 討論65-69
• 4.2.1 枯落物分解對土壤微生物量的影響65-67
• 4.2.2 枯落物分解對土壤酶活性的影響67-68
• 4.2.3 土壤生物學(xué)性質(zhì)的變化特征68-69
• 4.3 小結(jié)69-71
• 第五章 枯落葉添加方式對土壤有機(jī)碳、氮的影響71-86
• 5.1 結(jié)果與分析71-80
• 5.1.1 空白處理土壤碳氮因子變化特征71-72
• 5.1.2 表面覆蓋條件下土壤碳、氮因子變化特征72-74
• 5.1.3 原狀混合條件下土壤碳、氮因子變化特征74-76
• 5.1.4 粉碎后混合條件下土壤碳、氮因子變化特征76-77
• 5.1.5 室內(nèi)培養(yǎng)枯落物分解對土壤碳氮比的影響77-78
• 5.1.6 室內(nèi)分解下土壤有機(jī)碳、全氮及硝銨態(tài)氮的變化率78-79
• 5.1.7 室內(nèi)分解下土壤碳、氮的相關(guān)分析79-80
• 5.2 討論80-84
• 5.2.1 表面覆蓋條件三種枯落葉處理下土壤碳、氮變化特征81-82
• 5.2.2 原狀混合條件下不同枯落葉處理土壤碳、氮變化特征82-83
• 5.2.3 粉碎后混合條件下土壤碳、氮變化特征83-84
• 5.3 小結(jié)84-86
• 第六章 枯落葉添加方式對土壤微生物量和酶活性的影響86-96
• 6.1 結(jié)果與分析86-92
• 6.1.1 空白處理土壤微生物量和酶活性變化特征86-87
• 6.1.2 表面覆蓋條件下土壤微生物量和酶活性變化特征87-88
• 6.1.3 原狀混合條件下土壤微生物量和酶活性變化特征88-89
• 6.1.4 粉碎后混合條件下土壤微生物量和酶活性變化特征89-90
• 6.1.5 室內(nèi)分解下土壤微生物碳和酶活性的的變化率90-91
• 6.1.6 室內(nèi)分解過程中土壤微生物學(xué)性質(zhì)的相關(guān)分析91-92
• 6.2 討論92-95
• 6.2.1 表面覆蓋條件下土壤微生物量和酶活性變化特征92-93
• 6.2.2 原狀混合條件下土壤微生物量和酶活性變化特征93-94
• 6.2.3 粉碎后混合條件下土壤微生物量和酶活性變化特征94-95
• 6.3 小結(jié)95-96
• 第七章 枯落葉添加方式對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響96-116
• 7.1 結(jié)果與分析96-110
• 7.1.1 室內(nèi)植物枯落葉分解對土壤各磷脂脂肪酸含量96-102
• 7.1.2 室內(nèi)空白處理土壤微生物群落及多樣性指標(biāo)102
• 7.1.3 表面覆蓋條件土壤微生物群落及多樣性指標(biāo)變化特征102-105
• 7.1.4 原狀混合條件土壤微生物群落及多樣性指標(biāo)變化特征105-107
• 7.1.5 粉碎后混合條件土壤微生物群落及多樣性指標(biāo)變化特征107-110
• 7.2 討論110-114
• 7.2.1 表面覆蓋條件下土壤微生物群落變化特征110-111
• 7.2.2 原狀混合條件下土壤微生物群落變化特征111-113
• 7.2.3 粉碎后混合條件下土壤微生物群落變化特征113-114
• 7.3 小結(jié)114-116
• 第八章 枯落物和土壤之間的碳、氮轉(zhuǎn)化及枯落物分解 對土壤的綜合影響116-126
• 8.1 結(jié)果與分析116-125
• 8.1.1 野外模擬枯落物和土壤之間的碳、氮轉(zhuǎn)化116-120
• 8.1.2 野外模擬枯落物分解對土壤碳氮及微生物的綜合影響120-122
• 8.1.3 室內(nèi)培養(yǎng)枯落葉分解對土壤碳、氮及微生物的綜合影響122-125
• 8.2 小結(jié)125-126
• 第九章 結(jié)論及有待進(jìn)一步研究的問題126-130
• 9.1 主要結(jié)論126-128
• 9.2 主要創(chuàng)新點128
• 9.3 本研究的局限及有待進(jìn)一步研究的問題128-130
• 參考文獻(xiàn)130-141
• 致謝141-143
• 作者簡介143-144

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：315124