土地利用方式对棕壤及其微团聚体中有机碳、氮、磷库的影响

论文摘要

土地利用方式的不同在很大程度上反映了人为对土地（土壤）利用和干预度的不同。在不同的人为干预条件下,土壤及其各组成部分的存在形态、基本特征必然产生变化,本文以同一地区不同利用方式的棕壤为试材,通过对土壤及其土壤中各级微团聚体内部有机碳、氮、磷数量、组分和基本特性的分析,目的在于探讨土地利用方式以及不同人为干预度条件下,土壤有机碳、氮、磷库的变化,为进一步合理利用和保护棕壤资源提供理论依据。研究结果表明:1.随着人为对土壤干预度的增强,即随着从林地到园地（柞树林地）和耕地的转变,土壤有机碳各组分含量（总有机碳、轻组、颗粒、易氧化、KMnO4活性有机碳）在表层均明显随之减少。但是有机碳各组分在土壤剖面中的分布特性却有所不同,耕地表层土壤有机碳各组分含量虽然下降最快,可是下层有机碳各组分含量耕地中下降的幅度却明显减少,说明随着人为干预度的增强,下层土壤中有机碳数量相对增加,土壤有效活化层加厚,土壤熟化度加大。2.土地开垦后,表层土壤中有机碳随之明显下降,有机碳活性却有所增加,但增加的趋势柞树林地高于耕地,主要是表层土壤活性有机碳库和慢性有机碳库占总有机碳的比例在林地开垦后都略有升高,而这两个碳库的平均周转期柞树林地与林地无差异,在耕地中显著增大,说明人为扰动土壤后会使表层有机碳稳定性减小,但人为干预度越大这种趋势越不明显。3.惰性有机碳含量无论在土壤剖面中还是表层各级微团聚体中在土地开垦后都有很大幅度的降低,尤其是耕地表层50～250μm粒级比林地低了75.4%,与传统的观念认为这部分碳库极稳定不同,说明非酸解碳也是易于受土壤管理措施变化的碳库,这可能与植物残体的性质及土壤扰动后改变了土体中微生物区系、温度、湿度、通气状况等因素有关。4.人为对土壤的扰动主要发生在表层,因而使土壤表层各级微团聚体中有机碳各组分含量与分布也发生了很大的变化。与有机碳输入优先向小粒级积累的层级理论（Hassink,1997）相反,本研究是土地开垦损失有机碳的过程,因此随着人为扰动的加强,土壤表层各级微团聚体中有机碳组分含量都显著降低,但是伴随大团聚体的破坏,有机碳组分优先在大粒级中损失,使其向小粒级中富集,而10～50μm粒级由于含量较高则是主要的有机碳组分的储库。5.从生态学的角度来看,随着人为干预度的增加,土壤有机碳库管理指数（CPMI）在土壤剖面及各级微团聚体中均随之显著降低,这是由于土地开垦减少了有机物的归还降低了对活性碳、非活性碳及总碳的形成。6.土壤有机氮各组分的含量在土壤剖面及各级微团聚体中在土地开垦利用后都有降低,但是表层土壤中氮素的活性却有所不同,主要表现为酸解总氮的比例在人为干预度轻的柞树林地中略有升高,而在耕地中降低,说明开垦利用的强度对土壤有机氮素的有效性有不同的影响。7.从环境学角度看,人为扰动土壤后增施化学氮肥会增大氮素环境污染风险,这是因为耕地土壤剖面中氮素矿化势占全氮、有机质的比例升高,说明土地开垦后在外来氮肥的作用下促进了有机氮的矿化,需要做好水土保持工作防止土壤侵蚀、径流的发生从而对环境造成危害。8.与土壤有机碳、氮组分含量受人为干预程度降低幅度较大不同,土壤有机磷总量在表层中降低的幅度很小,而表下层有机磷总量不受影响,主要促进了有机磷各组分之间的相互转化,说明参与养分循环的有机磷含量受土地利用程度的影响小,主要是改变有机磷的有效性。9.人为干预土壤也会增加磷素的环境污染风险,这是由于剖面中活性有机磷与中活性有机磷的分配比例升高,提高了有机磷素的有效性,说明土地开垦使土壤有机磷更多的参与到养分循环中,伴随着人为干预度的增大,土壤侵蚀与径流的可能性增大,从而对环境造成危害,也浪费了磷素资源,将不利于土壤的可持续发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 土壤有机碳组成及稳定性的研究现状
• 1.2.1 土壤有机碳研究的意义
• 1.2.2 土壤有机碳分组技术研究现状
• 1.2.3 土壤有机碳库稳定性的研究现状
• 1.3 土壤中有机氮组成及其有效性的研究现状
• 1.4 土壤中有机磷化学组成及有效性的研究现状
• 1.5 土地利用方式对土壤碳、氮、磷及团聚体的影响研究现状
• 1.5.1 土地利用方式对土壤碳、氮、磷的影响
• 1.5.2 土地利用方式对团聚体组成和数量的影响
• 1.6 研究目的和意义
• 第二章 研究内容与材料方法
• 2.1 供试材料
• 2.1.1 供试土壤的自然概况
• 2.1.2 供试土壤的利用特点
• 2.1.3 供试土壤的基本性质
• 2.2 研究内容
• 2.3 分析项目及测定方法
• 2.4 数据处理与分析
• 2.4.1 富集系数的计算
• 2.4.2 贡献率
• 2.4.3 土壤轻租有机碳和颗粒有机碳的计算
• 2.4.4 统计分析
• 第三章 不同土地利用方式对棕壤及其各级微团聚体中有机碳储量、组分、动态的影响
• 3.1 不同土地利用方式对土壤总有机碳的影响
• 3.1.1 不同土地利用方式对土壤剖面中总有机碳的含量及储量的影响
• 3.1.2 不同土地利用方式对表层土壤各级微团聚体中总有机碳的含量影响
• 3.1.3 讨论
• 3.2 不同土地利用方式对土壤剖面轻组有机碳、颗粒有机碳和重组有机碳的影响
• 3.2.1 不同土地利用方式对土壤剖面轻组有机碳和重组有机碳的影响
• 3.2.2 不同土地利用方式对土壤剖面颗粒有机碳的影响
• 3.2.3 不同土地利用方式对非保护性有机碳分配比例的影响
• 3.2.4 不同土地利用方式对土壤剖面重组中有机碳结合形态的影响
• 3.2.5 讨论
• 3.3 不同土地利用方式对土壤剖面及表层各级微团聚体中易氧化有机碳的影响
• 3.3.1 不同土地利用方式对土壤剖面易氧化有机碳的影响
• 3.3.2 不同土地利用方式对土壤表层各级微团聚体中易氧化有机碳的影响
• 3.3.3 不同土地利用方式对易氧化有机碳占总有机碳比例的影响
• 3.3.4 不同土地利用方式对土壤剖面及表层各级微团聚体氧化稳定系数（Kos）的影响
• 3.3.5 讨论
• 3.4 不同土地利用方式对土壤高锰酸钾活性有机碳的影响
• 3.4.1 不同土地利用方式对土壤剖面中高锰酸钾活性有机碳的影响
• 3.4.2 不同土地利用方式对土壤表层各级微团聚体中活性有机碳的影响
• 3.4.3 不同土地利用方式对土壤剖面及表层各级微团聚体活性有机碳占总有机碳比例的影响
• 3.4.4 讨论
• 3.5 不同土地利用方式对土壤碳库管理指数的影响
• 3.5.1 不同土地利用方式对土壤剖面中碳库管理指数（CPMI）的影响
• 3.5.2 不同土地利用方式对土壤表层各级微团聚体中碳库管理指数（CPMI）的影响
• 3.5.3 易氧化有机碳作为土壤碳库管理指数计算的可行性
• 3.5.4 讨论
• 3.6 不同土地利用方式对土壤剖面及表层各级微团聚体中不同有机碳库分解动态的影响
• 3.6.1 不同土地利用方式对土壤剖面中矿化有机碳的影响
• 3.6.2 不同土地利用方式对土壤表层各级微团聚体中矿化有机碳的影响
• 3.6.3 不同土地利用方式对土壤剖面中不同有机碳碳库的影响
• 3.6.4 不同土地利用方式对土壤表层各级微团聚体中有机碳库的影响
• 3.6.5 讨论
• 3.7 土壤不同有机碳素之间的关系
• 3.8 本章小结
• 第四章 土地利用方式对棕壤剖面及表层各级微团聚体中有机氮组成及矿化特征的影响
• 4.1 土地利用方式对棕壤剖面中全氮、酸解总氮的储量及有机氮各组分分布的影响
• 4.1.1 全氮及酸解性总氮的储量
• 4.1.2 有机氮各组分的分布
• 4.1.3 非酸解性氮
• 4.1.4 讨论
• 4.2 土地利用方式对棕壤表层各级微团聚体中有机氮各组分分布的影响
• 4.2.1 酸解性总氮及其各组分
• 4.2.2 非酸解性氮
• 4.2.3 不同利用方式对各级微团聚体中有机氮组分的富集系数及贡献率的影响
• 4.2.4 讨论
• 4.3 土地利用方式对土壤剖面及表层各级微团聚体中N矿化特征的影响
• 4.3.1 土壤剖面及表层各级微团聚体中累积的矿化氮量
• 4.3.2 不同土地利用方式对土壤剖面及表层各级微团聚体氮素矿化一级反应动力学参数的影响
• 4.3.3 土壤剖面及表层各级微团聚体中可矿化有机氮的半衰期（T1/2）
• 4.3.4 土壤矿化氮占全氮、有机质的比率
• 4.3.5 矿化氮与有机氮各组分之间的关系
• 4.3.6 讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 土地利用方式对棕壤剖面及表层各级微团聚体中有机磷组成的影响
• 5.1 不同土地利用方式对棕壤剖面中全磷、有机磷储量及组分的影响
• 5.2 不同土地利用方式对棕壤表层各级微团聚体中有机磷组分的影响
• 5.3 土地利用方式对土壤剖面及表层各级微团聚体中全碳/全磷与有机碳/有机磷的影响
• 5.4 不同有机磷组分及有机磷组分占全磷的比例之间的相关关系
• 5.5 讨论
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文