黃土丘陵區(qū)人工林土壤氮素積累、轉(zhuǎn)化對(duì)土壤碳庫(kù)的影響.pdf

1、明確退耕還林下土壤氮庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化特征以及與土壤碳庫(kù)的關(guān)系對(duì)于認(rèn)知植被恢復(fù)下土壤氮素固存、提升土壤質(zhì)量以及改良生態(tài)環(huán)境效應(yīng)有重要意義。本研究在退耕還林工程背景下，以黃土丘陵區(qū)主要人工林和不同退耕年限刺槐、檸條和荒草作為研究對(duì)象，采用時(shí)空替代法，通過(guò)野外試驗(yàn)與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法研究了不同人工林土壤氮組分積累、轉(zhuǎn)化特征以及隨退耕年限的演變規(guī)律，并結(jié)合室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，分析了凋落物種類、水分和溫度對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響，通過(guò)比較不同人工林以及不同退

2、耕年限下刺槐、檸條和荒草土壤碳庫(kù)，明確了土壤氮素積累、轉(zhuǎn)化與土壤碳庫(kù)的關(guān)系。取得以下主要結(jié)論:
　　(1)退耕植被恢復(fù)對(duì)于不同人工林0-200cm土層氮組分含量、儲(chǔ)量和積累量有著明顯影響。不同人工林土壤全氮、硝態(tài)氮和無(wú)機(jī)氮含量隨土層深度的變化規(guī)律基本相似，淺層(0-40cm)變化大于深層(40-200cm);銨態(tài)氮、可溶性全氮和可溶性有機(jī)氮含量隨土層深度的變化不明顯。與耕地相比，側(cè)柏和刺槐+側(cè)柏土壤硝態(tài)氮、無(wú)機(jī)氮、可溶性全氮和可溶

3、性有機(jī)氮儲(chǔ)量明顯下降，但檸條全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無(wú)機(jī)氮、可溶性全氮和可溶性有機(jī)氮儲(chǔ)量明顯提高，0-200cm土層氮組分儲(chǔ)量分別比耕地高2.24Mg/ha、8.49kg/ha、15.00kg/ha、23.54kg/ha、429.63kg/ha和406.44kg/ha，氮組分積累效果顯著。說(shuō)明植被恢復(fù)是影響土壤氮素積累的重要因素，不同人工林土壤氮組分積累效應(yīng)差異較大。
　　(2)不同退耕年限刺槐、檸條和荒草土壤氮組分儲(chǔ)量和積累量不同

4、，深層土壤占據(jù)重要地位。不同退耕年限刺槐、檸條和荒草土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、無(wú)機(jī)氮、可溶性全氮和可溶性有機(jī)氮儲(chǔ)量隨退耕年限的變化規(guī)律不一致，且表層與深層土壤隨退耕年限的變化也不同。不同土層氮組分儲(chǔ)量分布比例差異顯著，深層土壤占據(jù)很大比例;100-200cm土層氮組分儲(chǔ)量分布比例最大，為34.18％-57.47％;40-100cm土層分布比例為20.11％-37.03％。大部分情況下，不同退耕年限刺槐、檸條和荒草土壤全氮和硝態(tài)氮積累量隨

5、土層0-10cm、10-40cm、40-100cm和100-200cm呈下降趨勢(shì)，而銨態(tài)氮積累量呈升高趨勢(shì)。
　　(3)凋落物種類和溫度是影響土壤氮素轉(zhuǎn)化的主要因素，對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化起重要作用。不同凋落物處理下土壤硝態(tài)氮含量、硝化速率、礦化氮含量和礦化速率差異顯著，均表現(xiàn)為檸條凋落物處理最高，其次是刺槐、9∶1刺槐+山桃凋落物處理和對(duì)照，荒草和1∶1刺槐+側(cè)柏凋落物處理最低。不同田間持水量處理下土壤銨態(tài)氮含量、氨化速率、硝態(tài)氮含量、

6、硝化速率、礦化氮含量和礦化速率差異不顯著。不同溫度處理下土壤銨態(tài)氮含量、硝態(tài)氮含量和礦化氮含量有顯著差異;38℃處理下土壤銨態(tài)氮含量均值為5.87mg/kg，顯著高于12℃和25℃處理;38℃處理下土壤硝態(tài)氮和礦化氮含量分別比12℃和25℃處理高11.87mg/kg和2.67mg/kg(硝態(tài)氮)、11.35mg/kg和7.57mg/kg(礦化氮)。在同一溫度和田間持水量條件下不同凋落物處理土壤硝態(tài)氮含量和礦化氮含量差異達(dá)極顯著水平。在培

7、養(yǎng)過(guò)程中，不同凋落物處理土壤硝態(tài)氮和礦化氮含量最高的處理是在25℃60％田間持水量條件下檸條凋落物處理，其他凋落物處理最高值出現(xiàn)在38℃60％田間持水量條件下。
　　(4)植被類型、退耕年限以及土層深度是影響土壤碳庫(kù)的主要因素，三者共同調(diào)控土壤碳庫(kù)變化。不同人工林土壤有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、可溶性無(wú)機(jī)碳和可溶性總碳庫(kù)存在極顯著差異。檸條0-10cm、0-40cm、0-100cm和0-200cm土層有機(jī)碳庫(kù)最高，分別比耕地高2.41M

8、g/ha、2.64Mg/ha、3.12Mg/ha和5.99Mg/ha;荒草土壤可溶性有機(jī)碳、可溶性無(wú)機(jī)碳和可溶性總碳庫(kù)最高，0-200cm土層碳庫(kù)分別比耕地高10.20％、8.34％和8.62％。不同退耕年限刺槐、檸條和荒草土壤碳庫(kù)隨退耕年限的變化趨勢(shì)各不相同。
　　(5)植被類型、退耕年限和土層深度是影響土壤氮素積累、轉(zhuǎn)化與土壤碳庫(kù)關(guān)系的重要因素，共同調(diào)控土壤碳氮關(guān)系。不同人工林各土層氮組分積累量對(duì)土壤碳庫(kù)的影響具有相似性，即0

9、-10cm和0-40cm土層表現(xiàn)較為一致，0-100cm和0-200cm土層較為一致，但不同土層氮組分轉(zhuǎn)化速率對(duì)土壤碳庫(kù)的影響差異較大;所有人工林各土層全氮積累、轉(zhuǎn)化對(duì)土壤有機(jī)碳影響均為最敏感。不同退耕年限刺槐、檸條和荒草各土層氮組分積累量對(duì)土壤碳庫(kù)的影響差異較大。不同退耕年限刺槐土壤可溶性有機(jī)氮和可溶性全氮積累量對(duì)土壤可溶性有機(jī)碳和可溶性總碳庫(kù)影響較敏感，可溶性有機(jī)氮和可溶性全氮轉(zhuǎn)化速率對(duì)土壤可溶性總碳庫(kù)影響較大。不同退耕年限檸條0-