温带半干旱草原生态系统氮素生物地球化学特征研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨小红 |
| 答辩日期 | 2005-07 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 董云社 |
| 关键词 | 温带半干旱草原 矿质氮 净氮矿化 全氮 N2O 土壤有机碳 农垦 放牧 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 温带草原是我国草原的主体，脆弱的生态环境和频繁的人类活动使其对气候和环境变化十分敏感，对温带草原碳、氮元素生物地球化学循环的研究是全球变化研究的重要内容。本论文以我国内蒙古锡林河流域温带半干旱草原生态系统为主要研究对象，通过对生长季期间不同类型草地土壤矿质氮含量与组成的测定，分析和研究了沿海拔梯度不同类型草地土壤矿质氮的季节变化动态；分析了春融期间羊草草原土壤矿质氮的变化规律，探讨了春融期间N2O气体的产生机理；并结合土壤温度、湿度和微生物等环境因素的变化情况，对典型草原土壤矿质氮含量与N2O排放通量之间的关系进行了初步探讨；同时，研究中还采用树脂芯方法对自然条件下三种不同类型草原土壤的净氮矿化进行了测定，分析了土壤净氮矿化率与土壤湿度的相关性；最后，利用近两年积累的大量土壤有机碳和全氮实验数据，统计分析了割草、农垦和自由放牧等人类活动对草原表层土壤碳氮分布的影响。主要研究结论如下：1.2004年生长季期间，沿海拔梯度四种主要草地类型土壤矿质氮的季节变化的特征表现为：在表层0-30cm土壤中，0-10cm土壤矿质氮含量最高、季节变化最明显；草原土壤矿质氮含量一般随深度增加而降低；在4月下旬春融期间、6月下旬生长季期间和9月下旬生长季末期，各类型草地土壤矿质氮含量都相对较高，出现峰值；气温、降水以及植被生长状况等对土壤矿质氮含量与组成有明显影响。随海拔降低，气温逐渐上升，降水逐渐减少，草原土壤矿质氮含量与大气温度、土壤湿度的相关性也逐渐降低，土壤矿质氮中NO3--N所占的比例逐渐升高。2.2004年春融期间，除羊草草原围栏样地0-10cm土壤水分明显下降外，羊草草原围栏样地10-30cm土壤含水量和羊草草原自由放牧地0-30cm土壤含水量分别在15%和14%左右波动，变化幅度较小。春融期间羊草草原土壤中的NO3--N含量较高并非冬季积累的结果，而是在气温逐渐回升，表层土壤含水量下降，土壤通气性改善的情况下硝化作用的结果。冬季土壤冻结期间土壤矿质氮含量的显著升高决定了春融期间土壤较高的矿质氮含量。春融期间羊草草原较高的土壤湿度和NO3--N含量为反硝化细菌提供了适宜的条件，反硝化作用应当是春融期间N2O产生的主要机制。3.研究表明，在2004年生长季期间羊草草原-暗栗钙土和大针茅草原-典型栗钙土表层0-10cm土壤的矿质氮含量与土壤N2O排放通量没有明显相关性，土壤温度和湿度是影响N2O排放通量的主要环境因子。典型草原土壤N2O排放通量峰值的出现总是伴随着持续干旱后降雨引起的土壤水分显著变化。持续干旱不仅造成土壤水分明显偏低，还导致植物萎蔫、部分土壤微生物死亡以及土壤结构改变。干旱后的降雨使土壤有机质矿化分解加快，表层土壤中矿质氮含量显著升高。雨后，适宜的土壤温度、湿度和较高的矿质氮含量是典型草原土壤N2O排放通量出现峰值的主要原因。自由放牧不仅降低了典型草原土壤中矿质氮的含量，土壤N2O排放通量也相对较低，矿质氮含量较低是放牧草地土壤N2O排放通量相对偏低的原因之一。4.采用树脂芯方法对自然条件下贝加尔针茅草原、羊草草原和大针茅草原土壤的净氮矿化进行了测定，结果表明：2004年7月20日至8月26日雨季期间，三种草地土壤的净氮矿化量分别为1.31KgN.ha-1、4.44KgN.ha-1和4.63KgN.ha-1，平均日净氮矿化率分别为0.035KgN.ha-1.d-1、0.120KgN.ha-1.d-1和0.125KgN.ha-1.d-1。贝加尔针茅草原土壤的净氮矿化率偏低与其长期不合理的打草利用有关，表明该草地土壤已经出现退化趋势。研究期间气温变化较小，土壤湿度是影响氮素矿化的主要环境因素，贝加尔针茅草原、羊草草原和大针茅草原土壤净氮矿化率与土壤含水量变化均为正相关关系，相关系数分别为0.23、0.67和0.59，均没有达到0.05的显著性水平。采用树脂芯方法进行净氮矿化测定对土壤的干扰较小，是自然条件下研究温带草原土壤净氮矿化的有效手段。5.研究区域内有机碳和全氮在不同类型草地土壤中积累的顺序是：贝加尔针茅草原-黑钙土＞羊草草原-暗栗钙土＞大针茅草原-典型栗钙土＞克氏针茅草原-淡栗钙土。气候和植被类型的综合影响是制约锡林河流域土壤有机质和全氮分布的主要机制。长期不合理的打草利用已使贝加尔针茅草原0-10cm土壤有机质含量明显下降。自由放牧对羊草草原和大针茅草原土壤碳氮分布产生了不同的影响：羊草草原自由放牧地0-30cm土壤中有机碳和全氮含量与围栏样地相比无明显变化；大针茅草原自由放牧地0-10cm和10-20cm土壤中有机碳和全氮含量明显下降，土壤有机碳分别下降了15.6%和15.0%，全氮分别下降了11.0%和5.9%。农垦使草地土壤有机碳和全氮含量明显降低，与贝加尔针茅草原打草场相比1972年开垦的草甸农田0-20cm土壤有机碳含量偏低18.1%～21.3%，全氮含量偏低17.4%～18.2%；1961年开垦的草甸农田0-30cm土壤有机碳含量偏低25.1%～36.6%，全氮含量偏低27.3%～34.8%。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 页码 | 117 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/336]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨小红. 温带半干旱草原生态系统氮素生物地球化学特征研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院研究生院. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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