重庆石灰岩地区石漠化过程中水分与氮素对土壤—构树系统氮、磷元素营养的影响

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为了有效合理地治理喀斯特石漠化问题,找出适合本地石漠化恢复的树种,以及探讨石漠化恢复树种的生理适应机制,本文进行了野外调查实验,并结合野外实验结果,设计了主要土壤因子(水分和氮素)的胁迫模拟实验,水分处理分为四个水平:W1(田间持水量的90%)、W2(田问持水量的70%)、W3(田间持水量的50%)和W4(田间持水量的30%);氮素分为N1(0mgN/kg土)、N2(75mgN/kg土)、N3(150mgN/kg土)和N4(300mgN/kg土)四个氮素水平,对适生树种(构树)的生物量、氮磷吸收、氮磷积累量和氮磷利用效率、土壤氮磷含量及其氮磷组分间的转化进行了研究,主要结论如下:1通过野外植被调查发现,构树为该地区演替系列中出现最早的木本植物,从草本阶段到草灌丛阶段均有出现,且构树为喀斯特地区的先锋树种,经济价值高,因此,构树可以作为该地区植被恢复的树种。2随着演替的进行,群落物种生长型趋于多样化,草本植物逐渐减少,灌木和乔木种类不断增加。群落结构趋于稳定,生态功能增强。不同演替阶段群落内各层次物种多样性表现为灌木层>草本层>乔木层。群落物种多样性指数与土壤有机质、土壤氮含量以及土壤含水量显著相关,说明这几个因素能明显影响该地区的植被恢复。3以构树作为实验材料的室内模拟实验结果表明,水分与氮素对构树生物量有显著影响,且二者交互对整株生物量的作用明显,但对相对生长速率的作用不明显。构树生物量在土壤含水量为田间持水量的70%时最高,并显著高于其它水分处理;根冠比随水分的变化规律则相反,相对生长速率随着土壤水分的减少而下降。构树生物量和相对生长速率随着施氮量的增加先增加后下降,当施氮150mg/kg时构树生物量最大,氮肥用量超过该值时,生物量反而下降。4水分与氮素对构树的养分吸收利用具有明显的交互作用。在水分胁迫和不同的氮素供应水平下,氮磷在叶片的含量最高,其次为根系,茎中氮磷含量较低。氮磷含量及积累量随着土壤含水量的增加而增加,而当土壤含水量为田间持水量的90%时,氮磷含量及氮磷积累量反而下降;氮磷含量及氮积累量随施氮量的增加呈现先增加后下降的趋势,临界值为施氮150mg/kg。磷积累量随施氮量的增加而增加,以施氮300mg/kg时最高,和施氮150mg/kg时没有差异。构树的净氮磷吸收速率随着土壤水分含量的升高先上升后下降,随着施氮量的增加而增加。构树氮磷利用效率基本表现为随土壤供水水平的增加而增加;氮利用效率随供氮水平的升高而下降,磷利用效率随氮素施用量的增加而增加。5水分与氮素对土壤全氮、无机氮和有机氮各组分的影响极显著,二者间的交互作用对土壤全氮、无机氮和有机氮各组分的影响也达到极显著水平。土壤中全氮和有机氮各组分的含量随着土壤含水量的降低而降低,无机氮含量随着含水量的升高先下降后升高。施肥后,土壤中氮的含量显著增加。酸解性氮各组分在土壤中的含量顺序为氨基酸态氮>酸解未知氮>酸解氨态氮>氨基糖态氮。各有机氮组分的变异程度为非酸解氮>酸解性氮;氨基糖态氮>酸解未知氮>非酸解氮>酸解氨态氮>氨基酸态氮。6水分对土壤全磷、有效磷和有机磷的影响显著,氮素对土壤全磷、有效磷影响显著,对有机磷的影响不显著,同时水分与氮素的交互作用对土壤全磷、有效磷和有机磷的影响也不显著。土壤中的全磷随着土壤含水量的增加而增加,有机磷随着含水量的增加而下降,有效磷随含水量的增加先下降后增加。土壤中的全磷、有效磷和有机磷含量随着施氮量的增加而增加。随着施氮量的增加,土壤全磷和有效磷含量显著增加,有机磷增加不显著。水分对土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P、缓效磷源和潜在磷源的影响显著,氮素对Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和缓效磷源的影响显著,水分与氮素的交互作用对无机磷组分影响不显著。土壤中的Ca2-P和缓效磷源含量随着土壤含水量的增加而增加,潜在磷源则减少。土壤无机磷含量随着施氮量的增加而增加,但无机磷中潜在磷源的相对含量下降。土壤中各形态无机磷的分布规律均为Ca10-P>O-P>Fe-P>Ca8-P>Al-P>Ca2-P,O-P和Ca10-P两种形态的无机磷占土壤无机磷总量的80%以上,土壤磷的有效性非常低。7综合以上研究,构树可以作为该地区石漠化治理的恢复树种,且构树的生物量和吸收积累量;以及土壤氮磷养分供应状况随着土壤水分和氮素状况的改善而增加,在土壤含水量为田间持水量的70%和施氮150mg/kg时达到最大。南方喀斯特地区气候适宜,雨水充足,虽然土壤水分亏缺发生频率高,但持续时间短,这可能是在退化喀斯特土地上出现构树的原因所在。
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