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园林绿地生态系统养分动态及其利用效率研究

作　者: 张凯
导　师: 徐小牛
学　校: 安徽农业大学
专　业: 森林培育
关键词: 城市土壤氮矿化作用养分利用效率氮磷化学计量养分动态城市绿地生态系统
分类号: S718.5
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

城市生态环境由于受到人为活动较大强度的干扰,其空气、水分、热量、土壤条件都具有不同于森林生态系统的特性,特别是绿地土壤的特性更是园林树木能否良好生长的重要影响因素。本研究选取生长于合肥市城市环境中的主要园林树木,通过分析其养分季节动态变化、养分利用效率、养分再吸收比例和氮磷比等指标以及园林树木树冠下土壤部分化学性质和碳氮转化特点的研究,试图为园林树木的养护管理提供可行的管理措施和理论依据。合肥城市绿地土壤受到较大的人为扰动,特别是建筑垃圾等的污染严重。土壤缺乏自然发育层次,紧实、容重高,大多数土壤偏碱性。土壤具有明显的缺氮特征。磷的分布极不规律,不同地点差异极大。不同绿地的表层0-10 cm土壤,其pH (H20)的平均值为7.70、pH(KCl)的平均值为6.80,电导率(EC)的均值为147.6μS·cm-1。全氮含量变动在0.70-2.30 g·kg-1；全磷含量变动在64.18-3144.54 mg·kg-1;速效磷含量在1.05-130.30 mg·kg-1;钾含量为5.12-11.02 g·kg-1；钠含量为2.49-5.35 g·kg-1；钙含量为6.22-131.80 g·kg-1；镁含量为4.99-12.16 g·kg-1。表层0-10 cm土壤中,蜀山森林公园枫香林下可溶性有机碳(DOC)含量最高(234.48 mg·kg-1),而校园绿地枫香林DOC含量最低(96.66 mg-kg-1);表层10-30 cm土层中,蜀山马尾松林下DOC含量最高(105.91 mg·kg-1),而环城公园雪松林下的最低(75.35 mg·kg-1)。表层0-10cm土壤中,蜀山森林公园马尾松林铵态氮含量最高(14.28 mg·kg-1),而环城公园雪松林最低(4.51 mg·kg-1);表层10-30 cm土层中,蜀山森林公园马尾松铵态氮含量最高(13.27 mg·kg-1),而环城公园雪松林最低(3.05 mg·kg-1)。表层0-10cm土壤中,校园绿地雪松林硝态氮含量最高(15.80 mg·kg-1),而蜀山森林公园马尾松枫香混交林最低(7.42 mg·kg-1);表层10-30 cm土层中,校园绿地雪松林硝态氮含量最高(14.63 mg·kg-1),而蜀山森林公园马尾松枫香混交林最低(6.37mg·kg-1).现场培养结果显示,校园绿地雪松林(UCC)0-10 cm土壤DOC转化速率为269.75μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为-323.11μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,校园绿地雪松林下0-10 cm土壤移植于蜀山马尾松林(SPM)和环城公园雪松林(HPC)下培养的土壤DOC转化速率分别为420.75μg·kg-1·d-1和195.54μg·kg-1·d-1,而10-30 cm土壤则分别为-236.19μg·kg-1·d-1和-169.58μg·kg-1·d-1。环城公园雪松林0-10 cm土壤DOC转化速率为20.61μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为-16.34μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,环城公园雪松林0-10 cm土壤移植于校园绿地雪松林和蜀山马尾松林下培养的土壤DOC转化速率分别为70.29μg·kg-1·d-1和93.92μg·kg-1·d-1,而10-30 cm土壤则分别为51.64μg·kg-1·d-1和-123.54μg·kg-1·d-1。蜀山马尾松林0-10 cm土壤DOC转化速率为285.42μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为-213.18μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,蜀山马尾松林0-10 cm土壤移植于校园绿地雪松林和环城公园雪松林下培养的土壤DOC转化速率分别为525.35μg·kg-1·d-1和689.79μg·kg-1·d-1,而10-30 cm土壤则分别为-182.76μg·kg-1·d-1和-211.71μg·kg-1·d-1。校园绿地枫香林(UCL)0-10 cm土壤DOC转化速率为8.17μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为-254.82μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,校园绿地枫香林下0-10 cm土壤移植于蜀山枫香林(SPL)下培养的土壤DOC转化速率为49.93μg·kg-1·d-1,而10-30cm土壤为-337.91μg·kg-1·d-1。蜀山枫香林0-10 cm土壤DOC转化速率为-168.35μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为290.21μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,蜀山枫香林0-10 cm土壤移植于校园绿地枫香林培养的土壤DOC转化速率为-21.33μg·kg-1·d-1,而10-30 cm土壤为270.93μg·kg-1·d-1。校园绿地雪松林0-10 cm土壤的氨化速率、硝化速率和矿化速率分别为-21.32μg·kg-1·d-1,50.86μg·kg-1·d-1和4.09μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-51.20μg·kg-1·d-1,39.14μg·kg-1·d-1和13.40μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,校园绿地雪松林下0-10 cm土壤移植于蜀山马尾松林和环城公园雪松林下培养的土壤的净氨化速率分别为1.78μg·kg-1·d-1和-21.35μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-48.81μg·kg-1·d-1和-56.27μg·kg-1·d-1;0-10 cm土壤净硝化速率分别为61.53μg·kg-1·d-1和47.95μg·kg-1·d-1,10-30cm土壤分别为20.19μg·kg-1·d-1和64.78μg·kg-1·d-1; 0-10 cm土壤净矿化速率分别为6.07μg·kg-1·d-1和9.59μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为28.62μg·kg-1·d-1 and 25.53μg·kg-1·d-1。环城公园雪松林0-10 cm土壤的氨化速率、硝化速率和矿化速率分别为-33.81μg·kg-1·d-1,75.09μg·kg-1·d-1和41.29μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-21.06μg·kg-1·d-1,65.97μg·kg-1·d-1和44.91μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,环城公园雪松林下0-10 cm土壤移植于校园绿地雪松林和蜀山马尾松林下培养的土壤的净氨化速率分别为-34.75μg·kg-1·d-1和-32.91μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-23.24μg·kg-1·d-1和-2.47μg·kg-1·d-1; 0-10 cm土壤净硝化速率分别为51.92μg·kg-1·d-1和83.08μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为75.69μg·kg-1·d-1和57.10μg·kg-1·d-1; 0-10cm土壤净矿化速率分别为17.17μg·kg-1·d-1和50.18μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为26.22μg·kg-1·d-1 and 27.31μg·kg-1·d-1。蜀山马尾松林0-10 cm土壤的氨化速率、硝化速率和矿化速率分别为-124.14μg·kg-1·d-1,81.92μg·kg-1·d-1和-42.23μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-121.17μg·kg-1·d-1,39.51μg·kg-1·d-1和-40.83μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,蜀山马尾松林下0-10 cm土壤移植于校园绿地雪松林和环城公园雪松林下培养的土壤的净氨化速率分别为-141.17μg·kg-1·d-1和-149.14μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-127.18μg·kg-1·d-1和-124.12μg·kg-1·d-1; 0-10 cm土壤净硝化速率分别为139.01μg·kg-1·d-1和132.23μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为90.82μg·kg-1·d-1和75.74μg·kg-1·d-1; 0-10cm土壤净矿化速率分别为-2.16μg·kg-1·d-1和-16.91μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-18.18μg·kg-1·d-1和-48.38μg·kg-1·d-1。校园绿地枫香林0-10 cm土壤的氨化速率、硝化速率和矿化速率分别为13.66μg·kg-1·d-1,155.66μg·kg-1·d-1和169.32μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-18.13μg·kg-1·d-1,137.24μg·kg-1·d-1和119.11μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,校园绿地枫香林0-10 cm土壤移植于蜀山枫香林下培养的土壤的净氨化速率为-32.54μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为-32.81μg·kg-1·d-1; 0-10 cm土壤净硝化速率为116.24μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为45.55μg·kg-1·d-1; 0-10 cm土壤净矿化速率为83.69μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为12.74μg·kg-1·d-1。蜀山枫香林0-10 cm土壤的氨化速率、硝化速率和矿化速率分别为-31.53μg·kg-1·d-1,13.45μg·kg-1·d-1和-18.08μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤分别为-46.97μg·kg-1·d-1,5.97μg·kg-1·d-1和-41.00μg·kg-1·d-1。移位交换培养试验显示,蜀山枫香林0-10 cm土壤移植于校园绿地枫香林下培养的土壤的净氨化速率为-35.16μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为-27.90μg·kg-1·d-1; 0-10 cm土壤净硝化速率为0.10μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为69.21μg·kg-1·d-1; 0-10 cm土壤净矿化速率为-35.06μg·kg-1·d-1,10-30 cm土壤为41.31μg·kg-1·d-1。不同林分表层土壤移位培养,氮素矿化速率发生明显变化,表明土壤氮素矿化作用不仅受控于基质特性,而且受到环境条件,特别是温度的强烈影响。表层0-10 cm土壤中,校园绿地枫香林土壤微生物量氮含量高达104.94 mg·kg-1,而校园绿地雪松林仅12.00 mg·kg-1; 10-30 cm土层中,蜀山公园马尾松枫香混交林的土壤微生物量氮含量最高,达80.28 mg·kg-1,而校园绿地雪松林最低(15.13 mg·kg-1)。不同林分土壤微生物量氮差异明显,但是,各林分的0-10 cm与10-30 cm土层之间没有显著差异。针叶树种的磷利用效率显著高于其他养分元素,钙利用效率最低。常见针叶树的NUEN变动范围为59.88-149.48 g·g-1; NUEP为460.83-4545.45 g·g-1; NUEK为152.67-877.19 g·g-1；NUENa为283.29-467.29 g·g-1；NUECa为39.56-262.47 g·g-1；NUEMg为196.46-316.46 g·g-1。落叶阔叶树种的NUEN变动范围为47.53-175.44 g·g-1；NUEP为303.95-4617.59 g·g-1；NUEK为50.94-297.97 g·g-1；NUENa为211.69-970.87 g·g-1；NUECa为39.87-189.04 g·g-1；NUEMg为109.60-353.61 g·g-1。常绿阔叶树种的NUEN变动范围为35.69-172.41 g·g-1；NUEP为521.71-4000.00g·g-1;NUEK为76.76-559.28 g·g-1；NUENa为219.88-574.71 g·g-1；NUECa为41.53-117.65g·g-1；NUEMg变为158.23-365.50 g·g-1。针叶树种中N：P比最高的为雪松,达27.52,最低的为铺地柏(8.26)。落叶阔叶树种N：P比波动在6.21(银杏)-19.95(麻栎)之间,常绿阔叶树种N：P比最大的为合作化路的香樟,达17.37,最低的为校园绿地小叶黄杨(10.15)。总体来看,所调查的树种中,N：P比小于14的有22种,占总数的46.8%；N：P比介于14-16之间的有15种,占总数的31.9%；N：P比大于16的有10种,占到总数的21.3%。

全文目录

摘要  5-9
Abstract  9-17
插图和附表清单  17-23
主要符号表  23-24
1 文献综述  24-32
  1.1 土壤氮素矿化的国内外研究动态  24-26
    1.1.1 土壤氮素矿化的研究方法  24
    1.1.2 影响氮素矿化的因素  24-26
      1.1.2.1 影响氮素矿化的生物因素  25
      1.1.2.2 影响氮素矿化的非生物因素  25-26
  1.2 土壤微生物量氮的国内外研究进展  26-27
    1.2.1 土壤微生物量氮的含量及其影响因素  26
    1.2.2 土壤微生物量氮的研究方法  26-27
  1.3 植物养分利用效率的国内外研究进展  27-29
    1.3.1 养分利用效率的描述参数  27-29
    1.3.2 影响养分利用效率的因素  29
  1.4 氮磷化学计量研究进展  29-32
    1.4.1 生态化学计量学的概念  29-30
    1.4.2 生态化学计量学研究历史  30
    1.4.3 影响N:P化学计量的因素  30-31
    1.4.4 氮磷化学计量的生物学意义  31-32
2 研究目的与意义  32-34
3 研究方法  34-39
  3.1 实验地概况及试验材料  34-36
    3.1.1 实验地概况  34
    3.1.2 试验材料  34-36
      3.1.2.1 植物材料  34
      3.1.2.2 土壤材料  34-36
  3.2 技术路线  36
  3.3 研究方法  36-39
    3.3.1 样本采集  36
    3.3.2 样品处理  36-37
    3.3.3 化学分析  37-38
    3.3.4 数据处理  38
      3.3.4.1 植物养分利用效率的计算  38
      3.3.4.2 植物养分再吸收比例的计算  38
      3.3.4.3 植物养分氮磷比的计算  38
      3.3.4.4 土壤可溶性有机碳(DOC)转化速率的计算  38
      3.3.4.5 氮素矿化速率的计算  38
    3.3.5 数据分析  38-39
4 园林绿地土壤化学特性  39-47
  4.1 立地土壤化学特性  39-45
  4.2 结论与讨论  45-47
5 园林绿地土壤氮素矿化特征  47-77
  5.1 立地土壤理化特点  47-49
  5.2 绿地土壤可溶性有机碳(DOC)含量及转化速率  49-53
  5.3 绿地土壤铵态氮含量及氨化速率  53-57
  5.4 绿地土壤硝态氮含量及硝化速率  57-62
  5.5 绿地土壤氮净矿化速率  62-68
  5.6 室内培养法土壤氮素矿化特点  68-70
  5.7 土壤微生物量氮  70-71
  5.8 结论与讨论  71-77
    5.8.1 土壤特性  71-72
    5.8.2 土壤可溶性有机碳  72-73
    5.8.3 土壤氮素转化  73-74
    5.8.4 土壤微生物量氮  74-77
6 园林绿地生态系统树木养分利用特点  77-104
  6.1 不同树种叶养分含量及年动态变化  77-91
  6.2 不同树种叶养分利用效率和养分再吸收比例特点  91-99
  6.3 不同立地条件对树木养分利用的影响  99-100
  6.4 结论与讨论  100-104
    6.4.1 树木的养分及养分季节动态变化  100
    6.4.2 树木的养分利用效率  100-101
    6.4.3 树木的养分利用效率与再吸收比例之间的关系  101-104
7 园林树木氮磷生态化学计量  104-108
  7.1 主要园林树木氮磷生态化学计量特点  104-106
  7.2 结论与讨论  106-108
8 综合讨论与结论  108-112
  8.1 树木的养分利用效率及其与土壤养分之间的关系  108
  8.2 树木的养分再吸收比例及其与土壤养分之间的关系  108-109
  8.3 树木的养分含量、氮磷比与土壤矿化速率之间的关系  109-110
  8.4 小结  110-112
参考文献  112-124
致谢  124-125
作者简介  125
在读期间发表的论文  125-126

园林绿地生态系统养分动态及其利用效率研究

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