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温性荒漠草原放牧利用退化草地生态系统营养动态研究

作　者: 焦婷
导　师: 刘荣堂；常根柱
学　校: 甘肃农业大学
专　业: 草业科学
关键词: 温性荒漠草原放牧强度季节动态土壤理化性质土壤酶微量元素植物群落氮素示踪
分类号: S812
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

对不同放牧强度下不同放牧季节温性荒漠草原土壤理化性质、土壤酶、牧草品质、土-草-畜体系微量元素进行了测定,并在以此为基础筛选的中牧区和重牧区进行了氮素示踪研究,结果表明:1土壤理化性质的季节动态随季节的推移各放牧区土壤含水量下降,除对照区外,各放牧区夏季土壤含水量最低;随土层深度的增加,各放牧区土壤含水量均有上升趋势。温性荒漠草原冬春季和秋季土壤pH值在8.32-9.15之间呈弱碱性,而夏季土壤pH则在7.9左右,接近中性。除个别土层外,各放牧区土壤容重具有累积效应,即随土层深度的增加而增加,且冬春季土壤容重随放牧强度的增大而增大,夏秋两季0-30cm土壤容重则LG<MG<CK<HG。土壤有机质含量除轻牧区随季节的推移而增加外,其他放牧区除个别土层外均随季节的推移而下降,所有放牧区没有变现出一定的土体层次性差异,且三季土壤有机质均表现轻牧区极显著高于其他放牧区（p<0.01）,重牧区则最低。各放牧区土壤全氮含量除个别土层外均夏季极显著高于冬春季高于秋季（p<0.01）,各层间没表现出一定的规律性;随放牧强度的增加,三季土壤全氮含量LG>MG>CK>HG（p<0.01）。重牧区20-30cm处出现最低值,仅为0.03%左右。各放牧区土壤速效氮含量没表现一定的季节变化规律,季节不同,放牧对土壤速效氮的影响不同,夏秋两季表层土壤速效氮含量高于20-30cm。除中牧区外,其他放牧区土壤速效磷的变化与速效氮相似。各放牧区三季土壤速效钾含量变化不同,中牧区和重牧区各层均为夏季极显著高于冬春季和秋季,且随土层加深其含量下降。0-30cm三季土壤C/N均随放牧强度的增加而下降,N/P则上升,C/P除夏季外,冬春季和秋季也随放牧强度的增加而上升。2土壤酶的季节动态各放牧区土壤脲酶活性夏季极显著高于冬春季和秋季（p<0.01）,且夏季随土层深度的加深土壤脲酶活性下降。随着放牧强度的增加,0-30cm夏季土壤脲酶活性MG>LG>CK>HG,秋季则LG>CK>MG>HG。各放牧区土壤碱性磷酸酶活性随着季节的推移先降低后升高,且随土层深度的加深其活性下降。冬春季和夏季土壤碱性磷酸酶活性均表现轻牧区高于其他放牧区。轻牧区、中牧区和10-30cm重牧区土壤过氧化氢酶活性夏季显著高于冬春季和秋季（p<0.01）,且随土层深度的增加其活性下降。相关分析表明土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性与主要肥力因子间相关显著或极显著,说明土壤酶可以用来表征土壤肥力状况。主成分分析同样得出三种酶与土壤肥力之间具有良好的相关性,可以用来指示草原退化与恢复状况。3群落特征的季节动态随放牧强度的增加,夏季温性荒漠草原植被总盖度和总密度LG>CK>MG>HG,秋季植被总盖度则随放牧强度的增加极显著下降（p<0.01）,总密度则为LG>MG>CK>HG;夏秋两季地上生物量均随放牧强度的增加直线下降。不同放牧强度下温性荒漠草原植物群落优势种不同,并随季节的变化而变化。随放牧强度的增加,各放牧区混合牧草营养价值没表现出明显规律,但却表现出一定的季节变化规律,即各放牧区混合牧草CP含量冬春季高于夏秋季,EE, CF, P, NFE则表现相反的变化趋势。4土-草-畜体系微量元素季节动态不同放牧强度下土-草-畜体系中微量元素含量随季节的变化而变化:4.1土壤中微量元素除对照外,轻牧、中牧和重牧区土壤Cu含量夏季极显著高于其他两季（p<0.01）,冬春季和秋季不放牧或轻牧区极显著高于中牧和重牧区（p<0.01）。除中牧区外,其他放牧区土壤Mn含量随季节的推移极显著下降（p<0.01）,夏季中牧区极显著高于其他放牧区,冬春季和秋季则轻牧区极显著高于其他放牧区（p<0.01）。重牧区土壤Fe含量冬春季显著（p<0.05）或极显著高于夏秋两季（p<0.01）,其他放牧区则均为夏季高于其他两季。除轻牧区外,土壤Zn含量冬春季显著（p<0.05）或极显著（p<0.01）高于其他两季,而各放牧季节不同放牧区间则无明显变化规律。土壤微量元素和土壤肥力因子以及土壤酶活性相关分析和主成分分析结果表明,土壤微量元素可以影响土壤肥力,但和土壤主要养分因子和土壤酶相比较,仅仅处于次要地位。4.2牧草和滩羊血清中微量元素各放牧区牧草中Cu、Mn、Fe和Zn（除中牧区）含量均冬春季显著或极显著高于夏秋两季,同一季节不同放牧区间则各有变化;重牧区滩羊血清中Cu、Fe和Zn含量随季节的不同其变化规律不同:即Cu夏季极显著高于秋季（p<0.01）,与冬春季差异不显著（p>0.05）; Fe秋季极显著高于夏季高于冬春季（p<0.01）; Zn则冬春季极显著高于夏秋两季（p<0.01）。5氮素示踪研究5.1氮素添加对植物地上生物量和土壤表层地下生物量影响较大,中度放牧草地地上生物量和0-10cm生物量明显高于重度放牧草地;5.2在温性荒漠草原,植物对标记氮素的回收率为3.84%-11.67%。随着氮素添加量的增加,地上和地下植物器官对标记氮素的回收量均显著提高,但回收率则逐渐减小,且重牧区植物地上器官的回收量明显低于中牧区。5.3植物在生长季内所吸收的氮素18.19%-48%来源于肥料,52%-81.81%来源于土壤,土壤氮仍然是植物吸收利用氮素的最主要的来源。5.4经过一个生长季以后,存留在土壤中的15N占添加的标记氮素的50.43%-84.41%,且较均匀地分配到0^-20cm土层。各土层存留的标记氮素量均随氮素添加量的增加而显著提高,10^-20cm土层存留的氮素略高于表层。5.5两种放牧强度草地不同施氮量处理间肥料氮的损失量和损失率均差异较大。且均随着氮素添加量的增加而增加。5.6损失/回收比分析表明,添加12.25 g N·m^-2的处理损失/回收比最低,其风险最低,收益最高,为该温性化荒漠草原的最经济施氮量,在草原生态系统的管理中可供参考。

全文目录

摘要  4-6
SUMMARY  6-12
引言  12-13
第一章文献综述  13-27
  1 放牧对土壤的影响  13-18
    1.1 对土壤物理性质的影响  13
    1.2 对土壤化学性质的影响  13-15
    1.3 对土壤有机质的影响  15-16
    1.4 对土壤酶活性的影响  16-18
  2 放牧对植被的影响  18-20
    2.1 对植物群落特征的影响  18-19
    2.2 放牧对草原植被生物多样性的影响  19
    2.3 放牧对牧草品质的影响  19-20
  3 土-草-畜体系中微量元素研究进展  20-21
  4 稳定性同位素15N 在农业生态系统中的应用  21-27
    4.1 在土壤肥料研究中的应用  22-23
    4.2 应用15N 示踪技术在生物固氮方面的研究  23
    4.3 15N 示踪技术在氮素吸收利用和运输上的应用  23-27
第二章温性荒漠草原放牧利用退化草地土壤理化性质动态研究  27-40
  1 研究方法  27-28
    1.1 样地概况  27
    1.2 试验设计  27
    1.3 采样方法  27-28
    1.4 分析方法  28
    1.5 统计分析  28
  2 结果与分析  28-37
    2.1 土壤含水量的变化  28-29
    2.2 土壤pH 变化  29-30
    2.3 土壤容重的变化  30-31
    2.4 土壤有机质的变化  31-32
    2.5 土壤全氮的变化  32-33
    2.6 土壤速效氮的变化  33-34
    2.7 土壤速效磷的变化  34-35
    2.8 土壤速效钾的变化  35-36
    2.9 0-30cm 土壤C/N、C/P、N/P 的变化  36-37
  3 讨论  37-40
    3.1 放牧对土壤理化性质的影响  37-39
    3.2 放牧对0-30cm 土壤C/N、C/P、N/P 的影响  39-40
第三章温性荒漠草原放牧利用退化草地土壤酶活性动态研究  40-53
  1 研究方法  40-42
    1.1 样地概况  40
    1.2 试验设计  40
    1.3 采样方法  40
    1.4 土壤酶的测定原理和方法  40-42
    1.5 统计分析  42
  2 结果与分析  42-50
    2.1 土壤脲酶的变化  42-43
    2.2 土壤碱性磷酸酶的变化  43-44
    2.3 不同放牧强度下土壤过氧化氢酶的时空动态  44-45
    2.4 土壤酶活性与土壤肥力因子的关系  45-50
  3 讨论  50-53
    3.1 放牧强度对不同季节土壤脲酶活性的影响  50-51
    3.2 放牧强度对不同季节土壤碱性磷酸酶活性的影响  51
    3.3 放牧强度对不同季节土壤过氧化氢酶的影响  51-52
    3.4 土壤酶活性与土壤肥力(养分)因子的关系  52-53
第四章温性荒漠草原放牧利用退化草地植物群落特征和牧草品质动态研究  53-66
  1 研究方法  53
    1.1 样地概况  53
    1.2 试验设计  53
    1.3 采样方法  53
    1.4 统计分析  53
  2 结果与分析  53-62
    2.1 不同放牧强度下草地优势植物及其高度值与频度值的季节动态  53-54
    2.2 不同放牧强度下温性荒漠草原草地植被盖度值、密度值和地上生物量季节动态  54-55
    2.3 总盖度、总密度、地上生物量和放牧强度的关系  55
    2.4 植物群落特征与主要土壤因子的关系  55-58
    2.5 群落地上生物量与土壤主要因子的关系  58-60
    2.6 温性荒漠草原不同放牧强度下牧草品质动态  60-62
  3 讨论  62-66
    3.1 不同放牧强度下草地植被群落特征季节动态  62-63
    3.2 不同放牧强度下温性荒漠草原草地植被盖度值、密度值和地上生物量季节动态  63
    3.3 植物群落特征与土壤主要因子的关系  63-64
    3.4 群落生物量与土壤主要因子的关系  64
    3.5 温性荒漠草原不同放牧强度下牧草品质动态  64-66
第五章温性荒漠草原土-草-畜放牧生态体系微量元素动态研究  66-82
  1 研究方法  66-67
    1.1 样地概况  66
    1.2 试验设计  66
    1.3 采样方法  66
    1.4 测定方法  66-67
    1.5 统计方法  67
  2 结果与分析  67-78
    2.1 不同放牧强度下Cu 在土-草-畜体系中的季节变化  67
    2.2 不同放牧强度下Mn 在土-草-畜体系中的季节变化  67-68
    2.3 不同放牧强度下Fe 在土-草-畜体系中的季节变化  68
    2.4 不同放牧强度下Zn 在土-草-畜体系中的季节变化  68-69
    2.5 土壤中四种微量元素（Cu，Mn，Fe，Zn）间的关系  69
    2.6 土壤矿物元素与土壤理化性质和土壤酶的关系  69-78
  3 讨论  78-82
    3.1 不同放牧强度下Cu 在土-草-畜体系中的季节变化及盈缺分析  78-79
    3.2 不同放牧强度下Mn 在土-草-畜体系中的季节变化及盈缺分析  79-80
    3.3 不同放牧强度下温性荒漠草原土壤有效铁含量的季节动态及盈缺分析  80-81
    3.4 不同放牧强度下Zn 在土-草-畜体系中的季节变化及盈缺分析  81
    3.5 土壤微量元素与土壤肥力(养分)因子及土壤酶活性间的关系  81-82
第六章温性荒漠草原放牧利用退化草地氮素示踪研究  82-91
  1 研究方法  82-84
    1.1 样地概况  82
    1.2 试验设计  82-83
    1.3 样品采集与处理  83
    1.4 盆内外样品的测定  83
    1.5 15N 样品的分析与计算方法  83
    1.6 数据处理与统计分析方法  83-84
  2 结果与分析  84-88
    2.1 添加氮素对温性荒漠草原草地生物量的影响  84
    2.2 添加氮素对植物和土壤全氮含量的影响  84-85
    2.3 不同施氮量对氮素平衡的影响  85-87
    2.4 标记氮素在土壤中的存留量和存留率  87
    2.5 植物对不同来源氮素的吸收  87-88
    2.6 草地的经济施肥量  88
  3 讨论  88-91
    3.1 添加氮素对温性荒漠草原植物生物量以及植物和土壤全氮量的影响  88-89
    3.2 不同施氮量对氮素平衡的影响  89
    3.3 标记氮素在土壤中的存留量和存留率  89-90
    3.4 植物对不同来源氮素的吸收  90
    3.5 温性荒漠草原的经济施肥量  90-91
第七章结论  91-93
  1 不同放牧强度对草地退化有不同程度的影响，且具有季节动态  91
  2 放牧强度影响土壤酶活性，且具有季节动态  91
  3 放牧强度影响植被群落及牧草品质，且具有季节动态  91
  4 放牧强度影响土-草-畜体系中的微量元素含量，且具有季节动态  91
  5 退化草地对氮肥的利用效率下降。  91-93
致谢  93-94
参考文献  94-107
个人简介  107
期间发表论文  107-108
导师简介  108

温性荒漠草原放牧利用退化草地生态系统营养动态研究

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