安徽大别山海拔梯度上森林土壤碳氮动态研究

发布时间：2020-04-08 05:54

【摘要】：土壤活性有机碳、氮是土壤碳、氮库的重要组成部分,主要包括可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)、微生物量碳(MBC)和氮(MBN)。基于DOC、DON、MBC和MBN的活跃性及其在森林生态系统物质循环中的重要作用,土壤活性有机碳、氮已成为全球碳、氮循环研究的热点之一。本研究立足于北亚热带森林植被,选择在气候变化极为敏感的大别山鹞落坪自然保护区内建立500～1720m的完整海拔样带,系统研究了海拔梯度上对应的典型森林植被类型：常绿阔叶林(EBF)、常绿落叶阔叶混交林(EDBF)、落叶阔叶林(DBF)、针阔叶混交林(CDBF)和针叶林(CF)的土壤活性有机碳、氮特征及其凋落物分解对碳氮循环的影响。旨在阐明海拔梯度上森林土壤对区域和气候变化的响应,为进一步了解该地区碳、氮循环过程机制提供数据支撑。论文重点研究内容如下：1)海拔,梯度上森林土壤活性有机碳氮库的差异；2)海拔梯度上森林土壤可溶性有机碳氮季节动态；3)海拔梯度上森林土壤氮素矿化特征；4)海拔梯度上森林土壤微生物特征及其对碳氮转化的影响；5)海拔梯度上森林凋落物分解对土壤碳、氮循环过程的影响。主要的研究结果如下： (1)海拔梯度上群落组成、土壤理化性质和养分分析的结果表明,海拔范围在500-700m、800-1000m、1100-1300m、1400-1500m和1600～1700m所对应的5种典型森林植被类型依次为EBF、EDBF、DBF、CDBF和CF。土壤有机碳(SOC)、DOC、DON、MBC和MBN含量均随海拔的升高而增加,而土壤全氮含量随海拔的升高先逐渐增加后又减少。主成分分析可得,土壤SOC、土壤湿度、pH值和容重是土壤活性有机碳氮含量的主要影响因子,4个因子的累积贡献率达到95.5%。 (2)5种典型森林植被土壤DOC和DON的含量存在明显的季节波动,均表现为秋、冬高,春、夏低。植被EBF、EDBF、DBF、CDBF和CF的土壤DOC含量在0～40cm土层的变化范围依次为16.79～93.69mg·kg-1,20.01～103.77mg-kg-1、30.91～117.29mg·kg-1、20.11～110.23mg·kg-1和18.11～125.11mg-kg-1;土壤DON含量在0～40cm土层的变化范围依次为15.82～65.13mg·kg-1(EBF)、21.06-58.98mg-kg-1(EDBF)、23.78-80.01mg·kg-1(DBF).14.82～50.11mg·kg-1(CDBF)和11.12～40.88mg·kg-1(CF).5种森林植被土壤可溶性有机物的吸光值的顺序为：CF CDBF DBF EDBF EBF;土壤DON组分中氨基酸含量均表现为秋、冬两季较高,而在春、夏两季差异不显著(P0.05),这与在秋、冬季不同植被的凋落物产量相对较多有关。 (3)5种典型森林植被土壤占优势的矿质氮种类不同,即植被EBF、EDBF和DBF土壤NH4+-N含量低于N03--N的含量,而植被CDBF和CF土壤NH4+_N含量高于NO3--N。土壤氮素矿化速率随植被类型、季节和土层的不同均存在极显著的差异(P0.001),且5种植被土壤的氮素净氨化、硝化和净矿化速率的季节变化规律具有一致性。土壤氮素的氨化、硝化、矿化速率在秋季均表现出不同程度的负值,表明5种森林植被在此季节的土壤无机氮正向有机氮转化,系统净消耗无机氮。 (4)对海拔梯度上5种典型森林植被土壤呼吸速率进行一年的研究表明,0-20cm土层,植被EDBF土壤呼吸速率在全年中均显著高于其他4种植被类型,且在夏季达到最高(187.13μg·C·kg-1h-1),分别比植被EBF、DBF、CDBF和CF高出31.56%、43.18%、51.58%和53.98%。0-20cm土层,植被CF在土壤呼吸速率值在全年中最低,为34.05μg·C·kg-1h-1(冬季)。20～40cm土层,不同植被类型间土壤呼吸速率的变化规律不明显。 (5)5种典型森林植被土壤MBC、MBN以及土壤C、N转化差异显著(P0.05)。5种森林植被土壤MBC含量在0-40cm土层的变化范围为92.04～1225.01mg·kg-1,均表现为夏季最高,秋季次之,冬季最低。表明夏季有利于微生物的固持,即同化作用占主导地位。MBN含量在0-40cm土层的变化范围为15.04～145.02mg·kg-1,植被CF和CDBF的土壤MBN含量均表现为冬季最高,夏季最低,而土壤碳、氮的转化速率却表现为夏季最高。不同森林植被土壤中三大微生物均以细菌数量占绝对优势,放线菌数量次之,真菌最少,且土壤微生物总数与细菌数量的季节变化趋势相一致,均表现为春、夏较高,冬季最少。植被EBF的pH值最高,土壤C/N比较低导致其林内土壤真菌数量显著低于其他4种植被类型的。表明不同森林植被自身凋落物组分差异所引起的土壤化学性质和微生物特征发生改变,进而影响土壤碳、氮的转化速率。 (6)海拔梯度上5种典型森林植被类型凋落物叶的分解速率依次为：EDBF DBF EBF CDBF CF。5种森林植被凋落物分解速率均与凋落物中C、P含量、C/N比值呈反比,与N/P比值呈正比。可见,不同森林植被对凋落物分解的影响不仅受凋落物基质质量差异的影响,而且受不同森林植被的内环境条件差异的影响。
【图文】：

鹞落坪自然保护区,大别山

霍山和英山）交界处的安徽省西南部的岳西县包家乡境内30°40’一31°06^N，116°03'—116°33'E (图2-1)。自然保护区总面积为123 km2，其中实验区所占面积为73.4km2，缓冲区为28.4km2，核心区为21.2km2 (鲍方印等，2012)，是大别山主峰分水岭的主段，以南归入大别山的南坡，以北归入北坡。保护区内总的地势大致呈南高北低,境内有72座山峰、1000m以上的高山60余座，，84条溪流（徐康

可溶性有机碳,森林土壤,土层,氮含量

因土层深度沿海拔梯度变异较大，本研宄仅分析了 0?40cm深度的土壤活性有机碳、氮分布状况。由图3-1可知，土壤DOC含量随海拔梯度的升高而增加，其变化范围在20.11?126.96 mg-kg"' , 0?20cm 土层中，海拔梯度为1600-1700m的土壤DOC含量显著大于其他海拔梯度范围（P<0.05 ) , 20?40 cm土层中，海拔为500?600m、700?800m、900?1400m和1500?1700m梯度间存在显著的差异（P<0.05)。土壤DON含量的变化范围在3.42?21.26 mg*kg—1，并随海拔梯度的升高呈逐渐递增。?P 140「0O-2Ocni _ 20-40cm , , u^120 - be i 1 i I i“ i i 11 il}鐰i ； Miliiiiiiiii.i.# 矛。^ op。'、# 夕、#、於海拔（m)_ 25「 S 0-20cm ■ 20-40cmPiiiliiitlliii卢；/" f ^ ^ ^ ^ ^ -f 、於於,,^ ^海拔（m)图3-1海拔梯度上不同土层森林土壤可溶性有机碳和氮含量的变化注：0~20cm 土层间的差异用小写字母表示，20?40cm 土层间的差异用大写字母表示。Fig. 3-1 Variaton of dissolved organic carbon
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S714.2

【参考文献】