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黄土高原区不同类型植物残体碳氮分解转化特性研究

作　者: 陈兴丽
导　师: 周建斌
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 植物营养学
关键词: 黄土高原玉米秸秆植物残落物碳、氮矿化土壤微生物量碳、氮
分类号: S154.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

黄土高原地区是我国乃至世界上水土流失最严重的地区之一。近年来,在这一地区正在实施退耕还林还草,保护性耕作等方式,以减少水土流失,逐渐恢复自然植被,以改善黄土高原地区的生态环境条件。在植被恢复与重建过程中,植物残落物分解后向土壤释放的养分是植物维持自身生长所需养分的主要来源之一,与植被生态系统的养分循环及生产力关系密切。秸秆还田是处置大量秸秆的有效途径和提高土壤肥力、改善土壤理化性状的有效手段之一。近年来,不少研究者对不同秸秆和植物残落物对土壤微生物量及碳、氮含量的影响开展了一些研究,但这些研究更多的集中在不同类型的有机物料及植被恢复对黄土高原区土壤理化性质等的影响,关于不同施肥处理秸秆及不同类型植物残落物加入土壤后土壤碳、氮释放特性如何,对土壤微生物量碳、氮含量的影响怎样,尚少见报道。因此,本文以我们在黄土高原南部进行的长期定位试验不同施肥处理玉米秸秆以及黄土高原区几种典型植物的残落物为主要研究对象,采用室内培养试验研究了其碳、氮养分在土壤中的矿化特性以及对土壤微生物量碳、氮含量的影响,获得以下主要结论:1.与未施肥(CK)处理相比,施用化肥(NPK)或化肥与有机肥配施(MNPK)处理明显增加了玉米秸秆的氮素含量,降低了其C/N。MNPK处理的氮含量比CK处理增加了4.0 g·kg-1;施120 kg N·hm-2处理的C/N高达71.6,而MNPK处理的秸秆C/N仅为38.1。2.不同处理秸秆碳、氮矿化量和被微生物固持的碳、氮量因培养时期不同而异,NPK、MNPK和240 kg N·hm-2处理秸秆在培养期间碳的矿化率显著高于相应不施肥处理;60 d培养期结束后,NPK处理秸秆的有机碳矿化量最大,占加入总有机碳的13.24%。各施肥处理玉米秸秆施入土壤后引起的土壤矿质氮固持量均较不施肥秸秆低,其中MNPK处理最低。3.加入秸秆后显著增加了土壤微生物生物量碳、氮的含量和土壤微生物的代谢熵(qCO2),促进了土壤微生物的活性。培养期间MNPK和NPK处理秸秆土壤微生物量碳含量平均比CK高5%左右。60 d培养结束时,各处理的土壤微生物量氮的平均含量比对照土壤增加了42.15 g·kg-1,而qCO2平均比对照土壤高62.9%。4.采集的黄土高原地区10种不同植物残落物的化学养分不同,尤其是全氮、C/N比和木质素含量差异较大,其中紫花苜蓿的全氮含量达32.78 g·kg-1,而白羊草的仅为6.61 g·kg-1。由于不同植物体全氮含量的显著差异,导致其C/N比差异较大(变异系数达65.8%),其中白羊草的C/N比达65.49,而紫花苜蓿的为14.19。小叶杨的木质素含量(30.89%)最高,最低的为沙打旺(24.10%)。5.加入不同植物残落物均显著增加了培养期间土壤微生物量碳、氮的含量;不同植物种类相比,全氮含量越高、C/N比越小的植物残落物在培养结束时土壤微生物量碳、氮含量越高。相关分析也表明,土壤微生物量碳、氮与植物残落物的全氮含量间均呈显著的正相关关系,与其C/N比呈显著负相关。6.不同植物残落物施入土壤后,其所含的氮素在不同培养时期发生释放和(或)固持。培养结束时,3种乔木类植物残落物氮的平均固持率为39.67%;草本类的紫花苜蓿在整个培养期间都表现出有机氮的释放,培养结束后其氮累积矿化率为45.98%,而长芒草和白羊草在整个培养期间则表现出氮的固持,培养结束后其氮累积固持率分别为46.98%和50.56%。7.乔木和草本植物的有机碳的矿化率在整个培养期间的差异都达到了较显著水平。60 d培养结束后,草本植物残落物有机碳矿化率(33.14%,平均值)>灌木(27.80%)>乔木(23.23%)。相关分析表明,培养期间不同植物残落物的一级动力学常数k和CO2-C矿化率与木质素含量呈显著负相关。C/N比(15～16)相近的3种灌木(沙棘、柠条和山桃)处理有机碳的矿化差异没有其他几种植物残落物处理的显著。但土壤微生物量碳、氮含量及其所含氮矿化量和矿化率间存在明显的差异,说明除C/N比外,植物残落物的其他化学特性也会影响其施入土壤后的分解与转化。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章文献综述  12-19
  1.1 引言  12
  1.2 秸秆还田在农业生产中的作用  12-14
    1.2.1 秸秆还田对土壤肥力的影响  13
    1.2.2 秸秆还田的增产效益  13
    1.2.3 秸秆中碳、氮的分解与转化  13-14
  1.3 植物残落物在生态系统中的作用  14-16
    1.3.1 植物残落物的生态功能  14
    1.3.2 植物残落物的分解研究  14-15
    1.3.3 影响植物残落物分解的因素  15
    1.3.4 植物残落物分解过程中碳、氮的矿化情况  15-16
  1.4 土壤微生物量碳、氮在养分转化中的作用  16-18
    1.4.1 土壤微生物量碳在养分转化中的作用  16-17
    1.4.2 土壤微生物量碳在养分转化中的作用  17
    1.4.3 土壤微生物量碳、氮的测定方法  17-18
  1.5 结语  18-19
第二章不同施肥处理对玉米秸秆碳氮比及其矿化特性的影响  19-26
  2.1 材料与方法  19-21
    2.1.1 试验材料  19-20
    2.1.2 氮素矿化培养试验  20
    2.1.3 碳素矿化培养试验  20
    2.1.4 测定项目和方法  20-21
    2.1.5 统计分析  21
  2.2 结果与分析  21-25
    2.2.1 不同施肥处理对玉米秸秆碳氮含量的影响  21-22
    2.2.2 不同处理玉米秸秆有机碳的矿化特性  22
    2.2.3 不同处理玉米秸秆氮的矿化特性  22-23
    2.2.4 不同处理土壤代谢熵（qC02）的变化  23
    2.2.5 不同处理土壤微生物量碳、氮含量的变化  23-25
  2.3 结论  25-26
第三章黄土高原区不同植物残落物氮素释放特性及对土壤微生物量碳氮的影响  26-34
  3.1 材料与方法  27-28
    3.1.1 试验材料  27
    3.1.2 培养试验  27
    3.1.3 测定及计算方法  27
    3.1.4 统计分析  27-28
  3.2 结果与分析  28-32
    3.2.1 不同植物残落物化学成分的差异  28
    3.2.2 不同处理土壤矿质态氮含量的变化  28-29
    3.2.3 不同处理土壤微生物量碳含量的变化  29-30
    3.2.4 不同处理土壤微生物量氮含量的变化  30-31
    3.2.5 土壤矿化氮、微生物量碳、氮与植物残落物化学成分间的关系  31-32
  3.3 结论  32-34
第四章黄土高原区不同植物残落物有机碳、氮矿化特性研究  34-40
  4.1 材料与方法  35-36
    4.1.1 试验材料  35
    4.1.2 氮素矿化培养实验  35
    4.1.3 碳素矿化培养实验  35-36
    4.1.4 测定及计算方法  36
    4.1.5 统计分析  36
  4.2 结果与分析  36-39
    4.2.1 不同植物残落物有机碳的矿化特性  36-37
    4.2.2 不同处理植物残落物氮的矿化特性  37-38
    4.2.3 植物残落物化学成分与其碳、氮矿化之间的相关性  38-39
  4.3 结论  39-40
第五章讨论与结论  40-45
  5.1 讨论  40-43
    5.1.1 不同施肥处理玉米秸秆在土壤中碳、氮矿化特性的差异  40
    5.1.2 不同施肥处理玉米秸秆对土壤微生物量碳、氮含量影响的差异  40-41
    5.1.3 黄土高原区不同植物残落物对土壤微生物量碳、氮含量及残落物氮矿化的影响  41-42
    5.1.4 C/ N 比和木质素含量不同的植物残落物有机碳的矿化  42-43
  5.2 结论  43-45
参考文献  45-51
致谢  51-52
作者简介  52

黄土高原区不同类型植物残体碳氮分解转化特性研究

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