發(fā)布時(shí)間：2020-08-13 06:37

【摘要】：枯落物作為草地生態(tài)系統(tǒng)中聯(lián)結(jié)植物和土壤的重要載體,在草地植被恢復(fù)和土壤培育中不容忽視。隨著地上枯落物和植物根系的累積和分解,草地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)受到顯著的影響,土壤化學(xué)過(guò)程、生物學(xué)過(guò)程等均發(fā)生了一系列變化。研究草地枯落物的分解特征及其對(duì)土壤性質(zhì)的影響,對(duì)于退化草地的生態(tài)恢復(fù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本研究針對(duì)黃土丘陵區(qū)草地演替中長(zhǎng)芒草、鐵桿蒿、百里香枯落葉和植物根的分解過(guò)程,采用野外分解袋法,模擬單一植物枯落葉、混合枯落葉和植物根的分解過(guò)程,分析分解過(guò)程中枯落物殘余比例及基質(zhì)質(zhì)量(碳、氮、磷、木質(zhì)素、纖維素)變化規(guī)律、中微量元素(鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅)富集/釋放特征,研究枯落物分解對(duì)土壤有機(jī)碳、氮、磷、中微量元素、土壤酶活性和微生物群落的影響,探討枯落物分解進(jìn)程并利用Olson模型預(yù)測(cè)其周轉(zhuǎn)時(shí)間,闡明枯落物養(yǎng)分釋放規(guī)律和木質(zhì)素纖維素降解特征,探索枯落物分解對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的影響,明晰枯落物分解特征和土壤性質(zhì)變化的關(guān)聯(lián),揭示枯落葉和植物根在草地恢復(fù)中的生態(tài)涵養(yǎng)作用,為闡明草地生態(tài)系統(tǒng)中地球元素循環(huán)過(guò)程提供理論依據(jù)。主要的研究結(jié)論如下:(1)隨分解時(shí)間的推進(jìn),不同植物枯落葉、混合枯落葉以及植物根的分解進(jìn)程差異顯著。單一植物枯落葉表現(xiàn)為快速分解、緩慢分解、二次快速分解和保持平穩(wěn)四個(gè)階段;混合枯落葉表現(xiàn)為分解速率隨時(shí)間降低,植物根的分解表現(xiàn)為快速分解、緩慢分解和二次快速分解。三種單一植物枯落葉和根的分解速率均表現(xiàn)為鐵桿蒿長(zhǎng)芒草百里香,長(zhǎng)芒草枯落葉分別與鐵桿蒿枯落葉、百里香枯落葉混合均可以通過(guò)協(xié)同作用促進(jìn)枯落葉的分解進(jìn)程。應(yīng)用Olson模型對(duì)枯落物的分解過(guò)程進(jìn)行模擬,決定系數(shù)R~2以及顯著性檢驗(yàn)表明,Olson模型可以很好的表征該區(qū)草地枯落葉和植物根的分解過(guò)程。通過(guò)Olson模型模擬預(yù)測(cè),單一植物枯落葉分解95%需要11.0~18.0 a,混合枯落葉分解95%需要9.2~10.7 a,三種植物根分解95%需要15.9~23.3 a。(2)經(jīng)過(guò)1035 d的分解,單一枯落葉、混合枯落葉、植物根的全碳、全氮、全磷、纖維素以及木質(zhì)素均表現(xiàn)為釋放。枯落物全碳呈現(xiàn)波動(dòng)釋放的變化特征,釋放比例為64.3~85.1%;枯落物全氮呈快速釋放、小幅富集、波動(dòng)釋放的變化特征,釋放比例為45.7~67.7%;枯落物全磷呈現(xiàn)波動(dòng)釋放、快速富集、逐步釋放、趨于穩(wěn)定的變化過(guò)程,釋放比例為30.8~90.7%;枯落物纖維素表現(xiàn)為分解前期快速波動(dòng)釋放、后期緩慢釋放的降解特征,其降解率為72.3~93.6%;木質(zhì)素表現(xiàn)為富集、釋放、富集、釋放的變化特征,降解率為43.3~62.6%�？萋淙~和植物根的全碳釋放比例和木質(zhì)素降解率基本一致,枯落葉氮和磷釋放比例、纖維素降解率均高于植物根。枯落葉的混合在其養(yǎng)分釋放中產(chǎn)生了不同的非加和效應(yīng),長(zhǎng)芒草和鐵桿蒿、長(zhǎng)芒草和百里香葉的混合對(duì)枯落葉碳釋放、纖維素降解表現(xiàn)出促進(jìn)作用,在分解前期對(duì)枯落葉氮和磷表現(xiàn)出抑制,在分解中后期表現(xiàn)為促進(jìn)作用;長(zhǎng)芒草百里香葉的混合抑制了木質(zhì)素的降解,長(zhǎng)芒草鐵桿蒿枯落葉的混合促進(jìn)了木質(zhì)素的降解。(3)除長(zhǎng)芒草葉銅和鋅,經(jīng)過(guò)1035 d的分解,單一枯落葉、混合枯落葉、植物根的鈣、鎂、鐵、錳、銅和鋅絕對(duì)量均表現(xiàn)為釋放�？萋淙~的中微量元素釋放率表現(xiàn)為鎂鈣銅鐵錳鋅,植物根的中微量元素釋放率表現(xiàn)為鈣鐵鎂鋅錳銅。隨著分解進(jìn)程的推進(jìn),枯落物鈣、鎂、銅的絕對(duì)量表現(xiàn)為淋溶、富集、釋放的變化特征,其釋放率分別為62.0~79.1%、58.4~77.8%、0.4~64.9%;枯落物鐵、錳、鋅隨分解進(jìn)程的推移表現(xiàn)為富集、波動(dòng)釋放的變化特征;其釋放率分別為21.8~71.7%、10.4~50.8%和12.3~60.0%。不同類(lèi)型枯落物中微量元素釋放特征表現(xiàn)不一,單一植物枯落葉、混合枯落葉、植物根的鈣和鎂的變化特征及釋放率基本一致;長(zhǎng)芒草、鐵桿蒿、百里香枯落葉的鐵、錳、鋅釋放率均小于植物根,百里香和鐵桿蒿枯落葉的銅釋放率大于植物根。長(zhǎng)芒草和鐵桿蒿、長(zhǎng)芒草和百里香枯落葉的混合抑制枯落葉鈣的釋放,促進(jìn)了枯落葉銅、鎂、鋅的釋放;枯落葉的混合在分解前期抑制了鐵和錳的釋放,在后期則促進(jìn)了鐵和錳的釋放。(4)枯落葉和植物根的分解對(duì)土壤有機(jī)碳、化學(xué)養(yǎng)分以及土壤的中微量元素均產(chǎn)生了顯著的影響。隨著枯落物分解的推進(jìn),單一枯落葉、混合枯落葉和植物根分解中土壤有機(jī)碳呈現(xiàn)波動(dòng)下降和快速上升交替的波動(dòng)變化特征,土壤全氮為上升、穩(wěn)定、下降交替的變化特征,土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷均表現(xiàn)為上升和下降交替的變化特征�？萋湮锏姆纸饩梢燥@著提高土壤有機(jī)碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效磷,枯落葉的分解可以提高土壤全氮,植物根對(duì)土壤全氮無(wú)顯著影響。分解末期(1035 d),和空白處理相比,枯落物處理土壤有機(jī)碳高出0.50~1.15 g/kg,硝態(tài)氮高出0.91~6.85 mg/kg,銨態(tài)氮高出0.47~2.87 mg/kg,速效磷高出0.49~2.62 mg/kg�？萋淙~和植物根的分解可以增加土壤中鈣和鎂含量,且表現(xiàn)為枯落葉植物根�？萋淙~和植物根的分解對(duì)土壤鐵、錳、銅、鋅的影響存在差異,在分解中期枯落物的分解可以增加土壤鐵、錳、銅含量,分解末期枯落物對(duì)鐵、錳、銅的影響較小;除長(zhǎng)芒草葉和混合枯落葉,其他枯落葉和植物根的分解降低了土壤鋅含量�；旌峡萋淙~分解對(duì)土壤化學(xué)養(yǎng)分和中微量元素的影響均表現(xiàn)出不同的非加和作用。(5)整個(gè)分解期間,單一枯落葉、混合枯落葉和植物根均明顯提高了土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性,在分解中后期枯落物的分解可提高土壤脲酶活性。分解末期(1035d),和空白處理相比,單一枯落葉、混合枯落葉和植物根土壤蔗糖酶分別高出3.38~7.10mg glucose/g/24h、0.95~5.48 mg glucose/g/24h、1.04~2.82 mg glucose/g/24h;土壤堿性磷酸酶分別高出0.62~1.25 mg phonol/g/24h、0.49~1.01 mg phonol/g/24h、0.21~0.51 mg phonol/g/24h。隨枯落物分解時(shí)間的推移,土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶基本表現(xiàn)為升高降低交替出現(xiàn)的波動(dòng)特征,土壤脲酶表現(xiàn)出先波動(dòng)上升后逐步下降的變化特征。不同枯落物類(lèi)型對(duì)土壤蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶活性的影響均表現(xiàn)出枯落葉植物根�；旌峡萋淙~對(duì)三種土壤酶活性均表現(xiàn)出非加和效應(yīng),長(zhǎng)芒草百里香枯落葉的混合對(duì)土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶的影響表現(xiàn)為抑制作用,長(zhǎng)芒草鐵桿蒿枯落葉的混合則表現(xiàn)為促進(jìn)作用;枯落葉的混合對(duì)土壤脲酶的影響在345 d前為促進(jìn)作用,在345 d后為抑制作用。(6)枯落葉和植物根的分解改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和真菌群落結(jié)構(gòu)。土壤細(xì)菌群落主要由放線(xiàn)菌Actinobacteria(38~45%)、變形菌Proteobacteria(16~21%)、綠彎菌Chloroflexi(13~17%)、酸桿菌Acidobacteria(9~18%)、藍(lán)細(xì)菌Cyanobacteria(1~12%)組成,真菌群落主要以子囊菌Ascomycota(46~70%)、球囊菌Glomeromycota(11~24%)和擔(dān)子菌Basidiomycota(13~40%)為主。枯落葉和植物根的分解改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu),枯落物分解增加了土壤酸桿菌門(mén)和綠彎菌門(mén)的相對(duì)豐度,增加了土壤球囊菌門(mén)的相對(duì)豐度,降低了土壤擔(dān)子菌門(mén)的相對(duì)豐度,長(zhǎng)芒草葉和長(zhǎng)芒草-百里香混合葉的分解增加了土壤子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度�？萋湮锓纸庠黾恿送寥兰�(xì)菌多樣性、真菌多樣性及豐富度,不同枯落物類(lèi)型土壤細(xì)菌群落多樣性和豐富度均無(wú)顯著差異,不同枯落物類(lèi)型土壤真菌群落豐富度表現(xiàn)為植物根單一枯落葉混合枯落葉,真菌群落多樣性則表現(xiàn)為植物根枯落葉。(7)通過(guò)對(duì)枯落物分解特征和土壤性質(zhì)變化進(jìn)行相關(guān)分析和冗余分析,可知枯落葉和土壤間的氮、鈣、鎂、鐵、銅存在明顯的遷移過(guò)程,植物根與土壤之間存在氮、磷、鈣、鎂、鐵的遷移過(guò)程�？萋淙~和植物根的分解對(duì)土壤酶活性的影響和土壤有效養(yǎng)分的影響基本一致,受枯落物分解進(jìn)程和分解特征顯著影響�？萋湮锓纸庵型ㄟ^(guò)自身基質(zhì)質(zhì)量的變化影響土壤有機(jī)碳、化學(xué)養(yǎng)分等,進(jìn)而間接影響土壤微生物群落�？萋湮锓纸庋芯勘砻�,長(zhǎng)芒草、鐵桿蒿和百里香枯落葉和植物根表現(xiàn)出不同的分解進(jìn)程和元素釋放特征,其分解特征受枯落物基質(zhì)質(zhì)量和中微量元素共同控制�？萋淙~和植物根的分解對(duì)草地土壤的生態(tài)涵養(yǎng)是持續(xù)進(jìn)行的,其分解對(duì)土壤有機(jī)碳、有效養(yǎng)分、中微量元素、酶活性等均有顯著的影響,改變了土壤微生物群落,增加了土壤細(xì)菌和真菌多樣性和豐富度�？萋湮锓纸鈱�(duì)土壤微生物的影響主要是通過(guò)改變土壤養(yǎng)分等,進(jìn)而間接改變微生物群落結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S812.2
【圖文】：

圖 2-1 中國(guó)科學(xué)院固原生態(tài)試驗(yàn)站的地理位置Fig. 2-1 Location of the Guyuan station on the Loess Plateau落物的分解研究區(qū)內(nèi)草地演替中的三種主要植物作為研究對(duì)象 Trin., St.B）、鐵桿蒿（Artemisia sacrorun Ledeb., Ar.S）., Th.Q）。將三種植物的葉（Leaf，地上部分）和根（。2013 年 9 月末，在研究區(qū)內(nèi)分別采集長(zhǎng)芒草、鐵桿

用破壞式采樣法，15 次采樣，共 330 個(gè)分解小格。表 2-1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)中枯落物處理設(shè)置Table 2-1 The litter setting of treatment處理 Treatment 枯落物設(shè)置 Litte枯落葉 1 mixed litter 1 長(zhǎng)芒草葉(55 %)+百里枯落葉 2 mixed litter 2 長(zhǎng)芒草葉(55 %)+鐵桿枯落葉 3 mixed litter 3 長(zhǎng)芒草葉(75 %)+百里枯落葉 4 mixed litter 4 長(zhǎng)芒草葉(75 %)+鐵桿草葉 St.B leaf litter 長(zhǎng)芒草葉(100蒿葉 Ar.S leaf litter 鐵桿蒿葉(100香葉 Th.Q leaf litter 百里香葉(100芒草根 St.B root 長(zhǎng)芒草根(100桿蒿根 Ar.S root 鐵桿蒿根(100里香根 Th.Q root 百里香根(100空白 CK 無(wú)枯落物

黃土丘陵區(qū)草地枯落物分解特征及其對(duì)土壤性質(zhì)的影響4.1.8 枯落物基質(zhì)質(zhì)量與殘余比例之間的相關(guān)性分析枯落葉質(zhì)量殘余比例與枯落葉基質(zhì)質(zhì)量之間的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果如圖4-16所示。由圖可知，枯落葉質(zhì)量殘余比例與枯落葉全碳、纖維性、纖維素/N、木質(zhì)素/N 之間存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.84、0.80、0.76 和 0.30；與枯落葉全磷、木質(zhì)素含量顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.20 和 0.21；與枯落葉全氮含量的相關(guān)性不顯著（P>0.05）�？萋淙~全碳含量與纖維素含量、纖維素/N 之間存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.71 和 0.057；與木質(zhì)素含量之間存在顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.20；與木質(zhì)素/N 相關(guān)性不顯著（P>0.05）�？萋淙~全氮含量與纖維素/N、木質(zhì)素/N 存在極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.34 和-0.60；而與其它基質(zhì)質(zhì)量間相關(guān)性均不顯著（P>0.05）。枯落葉全磷含量與木質(zhì)素含量、木質(zhì)素/N 存在極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.42 和-0.31；而與纖維素、纖維素/N 相關(guān)性不顯著（P>0.05）�？萋淙~纖維素與纖維素/N 存在極顯著正相關(guān)

【參考文獻(xiàn)】

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3 李學(xué)斌;陳林;吳秀玲;宋乃平;李昕;;荒漠草原4種典型植物群落枯落物分解速率及影響因素[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2015年12期

4 宋影;辜夕容;嚴(yán)海元;毛文韜;吳雪蓮;萬(wàn)宇軒;;中亞熱帶馬尾松林凋落物分解過(guò)程中的微生物與酶活性動(dòng)態(tài)[J];環(huán)境科學(xué);2014年03期

5 李強(qiáng);周道瑋;陳笑瑩;;地上枯落物的累積、分解及其在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的作用[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2014年14期

6 卜濤;張水奎;宋新章;江洪;;幾個(gè)環(huán)境因子對(duì)凋落物分解的影響[J];浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào);2013年05期

7 吳艷芹;程積民;白于;朱仁斌;陳奧;魏琳;;坡向?qū)υ旗F山典型草原枯落物分解特性的影響[J];草地學(xué)報(bào);2013年03期

8 胡霞;吳寧;尹鵬;吳彥;;川西高原季節(jié)性雪被覆蓋下凋落物輸入對(duì)土壤微生物數(shù)量及生物量的影響[J];生態(tài)科學(xué);2013年03期

9 歐陽(yáng)林梅;王純;王維奇;仝川;;互花米草與短葉茳芏枯落物分解過(guò)程中碳氮磷化學(xué)計(jì)量學(xué)特征[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2013年02期

10 李玉進(jìn);王百群;;施用柳枝稷莖和葉對(duì)土壤有機(jī)碳與微生物量碳的影響及其分解特征[J];水土保持研究;2012年05期

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本文編號(hào)：2791659