生物固氮对冰川退缩区裸地土壤环境及植被发育的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 王小芳 |
| 答辩日期 | 2020 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吴艳宏 |
| 关键词 | 生物固氮 冰川退缩区 固氮植物 土壤改善 植被发育 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 其他题名 | Effects of Biological Nitrogen Fixation on Soil Environment and Vegetation Development in Bare Land of Glacier Retreat |
| 英文摘要 | 生物固氮是生物在固氮酶的作用下，将大气中分子态氮转变为铵态氮的过程。原生演替初期，氮素养分尤为缺乏，生物固氮是其最主要的氮源。我国川西高海拔地区具有独特的气候、地质和生态环境，在此条件下工程活动、地质灾害以及冰川退缩等造成大量的裸地出露，如何科学管理这些受损的生态系统，实现裸地快速而稳定的生态恢复是目前需要解决的重要问题。在裸地自然植被发育过程中研究生物固氮的生态环境效应，可以在生境改善、养分周转和群落演替轨迹等方面为裸地生态恢复提供指导，快速建立起符合原生演替规律的稳定群落，为有效进行裸地的生态恢复提供理论支持。本研究选取贡嘎山海螺沟冰川退缩区，根据土壤年龄（0、9和39年）采集土壤、结皮、凋落物和植物样品。采用野外原位生物固氮实验、实验室理化性质分析、室内控制实验和统计分析等方法，研究冰川退缩区演替早期生物固氮的时空分布特征及影响因素，阐明生态系统构建早期生物固氮对土壤环境及后期演替的影响。主要结果和结论如下： （1）退缩区三种固氮基质（土壤、生物结皮、凋落物）固氮酶活性呈现5月 > 11月 > 7月的季节变化趋势。各固氮基质之间固氮酶活性在5、7和11月分别表现为：黄芪根际/非根际土壤 > 沙棘凋落物 > 生物结皮 > 其他土壤；沙棘凋落物 > 黄芪根际土 > 生物结皮 > 其他土壤；生物结皮 > 黄芪根际土 > 沙棘凋落物 > 其他土壤。随着演替进行，生物固氮呈先增加后减小的变化，固氮酶活性在9年样地出现最大值（1.04±0.09 nmol∙g-1∙h-1），0年固氮酶活性最小。这可能是由于0年样点仅存在自由固氮作用，自由固氮固氮量小、固氮效率低；9年样点固氮植物和固氮微生物中占有优势地位，固氮量大；而30年样点由于植被作用，有机质及土壤氮累积增加，此时生物固氮已不具有竞争优势，固氮酶活性减弱。固氮酶活性DOC、DON、MBC、MBN、NH4+-N、P以及Bio-P显著正相关（p < 0.05）。多元回归分析结果表明，DOC、P含量以及含水量是固氮酶活性的限制因子。（2）室内控制培养试验结果表明，在温度控制培养条件下，固氮酶活性表现为5℃ < 15 < 25℃，固氮酶活性均随温度升高而极显著升高（p < 0.01）。光照培养条件下，除了39年点处A、C层土壤，其余固氮基质显示出随光照强度增加，固氮酶活性先增加后减小的趋势。这是由于黑暗条件下不能合成碳水化合物，进行固氮作用所需能量被抑制，从而导致生物固氮作用减弱。而在强光照条件下，光合作用极强，消耗大量ATP和还原物以及释放大量氧气，使得生物体内大量能量被消耗以及固氮酶遇氧发生不可逆失活。N、P、Mo养分及其组合添加实验结果表明，0年冰碛物加入养分培养后固氮酶活性均未达到仪器检测限。9年样点的多数样品在经过P添加以及P+Mo添加处理后，固氮酶活性显著增加，而N添加及其组合均对退缩区9年点样品无影响或产生抑制作用。这说明9年样点，不存在N限制，但存在P和Mo+P限制。对于39年样点，添加N、P、Mo及其组合添加均对固氮酶活性无影响或产生抑制作用。原因可能是39年样点土壤中的养分元素已满足生物生长发育需求，生物不需要进行生物固氮过程（高成本）获取氮素，直接选择从土壤中获取氮素（低成本）。（3）生物固氮显著改善土壤结构和营养，包括土壤含水量、质地、土壤pH、以及C、N、P养分等。土壤结构变化和养分元素增加使土壤微生物酶活性增强，而微生物活性增强反过来又促进土壤养分增加。固氮植物黄芪显著改善了表层和根际土壤性质和养分有效性，而另一固氮植物沙棘对表层和根际土壤性质和养分有效性影响较小，与非固氮植物无显著差别。黄芪显著改善了与其伴生的非固氮植物体内的养分状况，增加与其伴生的非固氮植物株高、冠层面积，对非固氮植被发育起到显著促进作用。沙棘对伴生的非固氮植物影响不显著。黄芪在亚高山区裸地生态恢复中具有较高的应用潜力。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 111 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/54993]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王小芳. 生物固氮对冰川退缩区裸地土壤环境及植被发育的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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