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半干旱黄土高原不同植被恢复和土地利用方式下土壤有机碳、养分和水分的动态变化

作　者: 刘讯
导　师: 李凤民；孙国钧
学　校: 兰州大学
专　业: 生态学
关键词: 黄土高原土壤质量土壤有机碳轻组有机碳微生物体碳土壤水分土壤养分撂荒地柠条演替土地利用方式
分类号: S154.4
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

为了探讨半干旱区黄土高原不同植被恢复和土地利用方式对土壤质量的影响,探索可持续发展的生态修复模式,对两种植被恢复方式即撂荒地、人工种植年限的柠条林地,和不同土地利用类型,即常见的农田、天然草地、柽柳林地以及沙棘林地,进行了土壤有机碳、轻组有机碳、重组有机碳、微生物体碳、土壤氮素、磷素、土壤水分以及地上生物量进行了系统的研究。获得了以下主要结果：在1、3、5、6、11年限序列的撂荒地自然植被恢复过程中,土壤水分呈现先减少后增加的趋势。地上生物量随撂荒年限增加而降低(y=-214.17x+2361.1,R2=0.5475**,P<0.01)。表层土壤(0-20cm)土壤有机碳(SOC)随撂荒年限增加而增加,其积累速率为1.072Mg Cha-1yr-1。轻组有机碳(LFOC)、重组有机碳(HFOC)和微生物体碳(MBC)均随撂荒年限增加而增加。总氮(TN)、NH4-N随撂荒年限增加而显著增加。撂荒所有样地C/P随撂荒年限增加逐渐加大,速效磷(AP)逐渐降低。因此以撂荒方式进行自然植被恢复,能提高SOC含量,增加微生物活性,提高土壤养分,改善土壤质量。在生长序列为4、10、11、14、20年的人工柠条林地植被恢复过程中,200-500cm土壤水分随生长年限的增加表现出先降低后增加的趋势。柠条林地地上生物量随生长年限增加而增加(y=279.48x+1040,R2=0.5662,P=0.001)。表层土壤(0-20cm)SOC随生长年限增加而增加,其积累速率为0.16Mg Cha-1yr-1。LFOC、HFOC和MBC均随着生长年限的延长而增加。TN随年限增加而增加,铵态氮(NH4-N)随生长年限增加而降低。C/P随生长年限增加而加大,AP逐渐降低。农田、天然草地、多枝柽柳林地和沙棘林地4种不同土地利用方式下,天然草地、沙棘林地和多枝柽柳林地分别比农田SOC提高了13%,28%and35%,LFOC上沙棘林地>天然草地>多枝柽柳林地>农田,HFOC上多枝柽柳>沙棘林地>农田>天然草地,因此农田转化为天然草地和人工林地,将会提高SOC和LFOC。农田的TN、TP和AP显著高于其他三种土地利用类型,这是施用大量化学肥料导致的结果。在不同土地利用方式的MBC上,农田>天然草地>多枝柽柳>沙棘林地,且MBC与TN、销态氮和亚销态氮总和(NN)、AP有显著的正相关。因此,农田转化成灌丛林地或者天然草地,将有助于提高SOC吸收和土壤营养的固持。

全文目录

中文摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第一章引言  11-31
  1.1 研究区域背景  11-13
  1.2 土壤有机碳  13-17
    1.2.1 土壤有机碳对土壤质量和环境变化、调节的效应  13-15
    1.2.2 土壤有机碳物理分组  15-17
  1.3 植被恢复对土壤质量的影响  17-24
    1.3.1 自然恢复(农田撂荒)对土壤质量的影响  18-20
    1.3.2 人工柠条植被恢复对土壤质量的影响  20-24
      1.3.2.1 人工柠条植被恢复对土壤水分的影响  21-22
      1.3.2.2 人工柠条植被恢复对土壤理化性质的影响  22-24
  1.4 土地利用方式对土壤质量的影响  24-29
  1.5 研究内容设计  29-31
    1.5.1 研究内容与目标  29-30
    1.5.2 本研究的创新之处  30-31
第二章实验材料与方法  31-37
  2.1 实验地点  31
  2.2 实验设计  31-32
    2.2.1 撂荒地  31-32
    2.2.2 柠条人工林地  32
    2.2.3 不同利用方式土地  32
  2.3 样品采集与测定  32-36
    2.3.1 地上生物量  32-33
    2.3.2 土壤水分  33
    2.3.3 土壤容重  33
    2.3.4 土壤碳  33-35
      2.3.4.1 有机全碳  33
      2.3.4.2 轻组和重组有机碳  33-34
      2.3.4.3 微生物体碳  34-35
    2.3.5 土壤氮  35-36
    2.3.6 土壤磷  36
    2.3.7 土壤pH  36
  2.4 数据统计分析  36-37
第三章结果与讨论  37-61
  3.1 撂荒地演替过程土壤水分、养分、土壤有机碳与地上生物量动态  37-46
    3.1.1 结果分析  37-43
      3.1.1.1 土壤水分  37
      3.1.1.2 地上生物量  37
      3.1.1.3 土壤pH  37
      3.1.1.4 有机碳及其组分  37-39
      3.1.1.5 土壤N、P  39-41
      3.1.1.6 土壤有机碳、有机碳组分与土壤N、P之间的关系  41-43
    3.1.2 讨论  43-46
      3.1.2.1 土壤水分  43
      3.1.2.2 地上生物量  43-44
      3.1.2.3 SOC  44-45
      3.1.2.4 土壤N、P  45
      3.1.2.5 小结  45-46
  3.2 柠条林地演替过程中土壤水分、养分、有机碳与地上生物量的动态变化  46-57
    3.2.1 结果  46-53
      3.2.1.1 土壤水分  46
      3.2.1.2 地上生物量  46
      3.2.1.3 pH  46-48
      3.2.1.4 土壤有机碳  48-50
      3.2.1.5 土壤N、P  50-51
      3.2.1.6 土壤有机碳和土壤N、P之间关系  51-53
    3.2.2 讨论  53-57
      3.2.2.1 土壤水分  53-55
      3.2.2.2 有机碳及其组分  55-56
      3.2.2.3 土壤N、P  56
      3.2.2.4 小结  56-57
  3.3 不同利用方式的土壤有机碳和养分  57-61
    3.3.1 结果  57-59
      3.3.1.1 土壤有机碳及其分组  57
      3.3.1.2 土壤N、P  57-58
      3.3.1.3 有机碳、有机碳组分及其它养分之间的关系  58-59
    3.3.2 讨论  59-61
      3.3.2.1 土地利用对有机碳的效应  59
      3.3.2.2 土壤有机碳与土壤N、P  59-60
      3.3.2.3 小结  60-61
第四章主要结论  61-63
参考文献  63-77
攻读博士学位期间发表和将要发表的论文  77-78
致谢  78-80
附录  80

半干旱黄土高原不同植被恢复和土地利用方式下土壤有机碳、养分和水分的动态变化

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