中亚热带丘陵红壤区森林演替典型阶段土壤氮矿化及其有效性

论文摘要

土壤氮素（N）转化是生态系统关键生态学过程之一,且土壤N有效性与群落演替间存在着反馈关系。本文以中亚热带丘陵红壤区森林演替的4个典型阶段,即灌丛林、马尾松林、针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,采用了室外定点连续监测、原位定点培养和实验室模拟培养相结合的方法,较系统地开展了土壤有效N、N矿化、N有效性及其影响因素的研究。旨在揭示植被类型与土壤氮库的动态耦合关系,为植被恢复、森林生态系统管理及其可持续发展提供了科学依据。主要结论如下:（1）用PVC顶盖埋管法和离子交换树脂袋法分别研究了森林演替4个典型阶段土壤矿化速率及其有效性,结果均表现为:灌丛林＜马尾松林＜针阔混交林＜常绿阔叶林（P＜0.05,以下同）。（2）森林演替各阶段土壤有效N和N矿化速率均表现出明显的季节变化;其中土壤NH4+-N为春、夏季高于秋冬季,NO3--N为春、夏季低于秋、冬季,矿质N为冬季最高;氨化速率为春季最高,硝化速率春季最低,而净矿化速率因演替阶段不同季节波动规律不一致。（3）森林演替的初级阶段土壤NH4+-N和氨化速率分别为矿质N和矿化速率的主体,而高级期阶段NO3--N和硝化速率分别占绝对优势。（4）采用3因素3水平3次完全重复的实验室模拟实验,结果表明:土壤氨化速率和净矿化速率随着温度的升高而逐渐增大,而温度对硝化速率的影响不显著;水分为半饱和状态时,氨化、硝化和净矿化速率均最大,自然水和饱和水状态时差异不显著;土壤氨化、硝化和净矿化速率均随着演替的进展而增大。总之,顺行演替有利于提高土壤的供N能力和N有效性;全球变暖有利于增强中亚热带森林土壤供N能力;季节性干旱和强降雨将降低土壤供N能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 森林群落的演替与机理
• 1.3 森林演替过程中土壤与植被的关系
• 1.4 N转化及其有效性的影响因素
• 1.4.1 环境因子
• 1.4.2 凋落物状况
• 1.4.3 土壤动物和微生物
• 1.5 土壤N有效性的研究方法
• 1.5.1 实验室培养法
• 1.5.2 野外培养法
• 1.6 森林土壤N素研究的热点问题
• 1.6.1 土壤氮矿化速率与土地生产力的关系
• 1.6.2 土壤N有效性与生物多样性
• 1.6.3 森林土壤氮矿化与环境污染、气候变化
• 1.6.4 土壤N有效性与水及C、P、K等元素的耦合作用
• 1.6.5 植被对有机N的吸收
• 1.7 研究目的和意义
• 1.7.1 研究目的
• 1.7.2 研究意义
• 1.8 新颖之处
• 第2章 研究材料与方法
• 2.1 研究地区概况
• 2.1.1 气候特征
• 2.1.2 土壤理化性质
• 2.1.3 植被状况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 气候特征
• 2.2.2 林分特征调查
• 2.2.3 林分土壤基本理化性质
• 2.2.4 土壤有效N动态
• 2.2.5 土壤矿化速率动态
• 4⁺-N、NO₃^--N和矿质N动态'>2.2.6 上壤相对NH₄⁺-N、NO₃^--N和矿质N动态
• 2.2.7 上壤温度、水分对N矿化速率的影响
• 2.3 技术路线
• 2.4 数据处理与统计方法
• 第3章 土壤有效N动态
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 研究材料
• 3.2.2 实验设计与研究方法
• 3.2.3 数据处理
• 3.3 结果
• 4⁺-N'>3.3.1 土壤NH₄⁺-N
• 3^--N'>3.3.2 土壤NO₃^--N
• 3.3.3 土壤矿质N
• 3.4 讨论
• 3.4.1 土壤有效N及其组分的季节动态变化
• 3.4.2 不同演替阶段对土壤矿质N的影响
• 3.4.3 中亚热带森林演替土壤中有效N组成特点
• 3.5 小结
• 第4章 土壤氨化、硝化和净矿化速率动态
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 研究材料
• 4.2.2 实验设计与研究方法
• 4.2.3 数据分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 氨化速率
• 4.3.2 硝化速率
• 4.3.3 净矿化速率
• 4.4 讨论
• 4.4.1 土壤氨化，硝化和净矿化速率的季节动态
• 4.4.2 群落演替对N矿化的影响
• 4.4.3 中亚热带森林演替土壤中N矿化过程的主体
• 4.5 小结
• 第5章 土壤相对铵态氮，硝态氮和矿质氮
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 研究材料
• 5.2.2 实验设计与研究方法
• 5.2.3 数据分析
• 5.3 结果
• 5.4 讨论
• 5.5 小结
• 第6章 温度和水分对土壤N矿化影响的模拟研究
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 研究材料
• 6.2.2 实验方法
• 6.2.3 数据统计
• 6.3 结果
• 6.3.1 氨化速率
• 6.3.2 硝化速率
• 6.3.3 净矿化速率
• 6.4 讨论
• 6.4.1 温度对N矿化过程的影响
• 6.4.2 水分对N矿化作用的影响
• 6.4.3 森林演替对N矿化过程的影响
• 6.5 小结
• 第7章 讨论
• 7.1 评价N有效性的各个指标的相关分析
• 7.2 土壤特性对N转化与有效性的影响
• 7.3 PVC埋管法与树脂法的方法比较
• 7.4 森林演替N的矿化速率及其有效性对植被恢复和森林管理的启示
• 第8章 结论和展望
• 8.1 结论
• 8.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果