济南南部山区水源涵养林土壤氮矿化特征研究

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森林生态系统的重要生源元素之一便是氮元素,其主要是以有机态的形式存在,且有90%以上的氮素存在于森林土壤中,有机态氮向无机态氮转化,这一过程不仅决定着森林生态系统的结构与功能,同时也在影响森林生态系统氮保持与淋失过程中起着关键作用。济南南部山区石灰岩山地土层很薄,水土流失严重,造成石灰岩山地成土比较困难,且又容易流失,该区域主要植被为人工侧柏纯林。本文以南部山区石灰岩山地不同人工恢复年限的侧柏纯林为研究对象,开展在枯水期和丰水期土壤氮矿化能力变化及其影响因素的研究,为探明石灰岩山地侧柏纯林枯水期和丰水期的土壤氮矿化能力,于2011年11月1日~2012年2月1日以及2012年5月31日~2012年8月27日,本文通过采用PVC管原位培养法,对济南南部山区石灰岩山地人工恢复不同年限的侧柏纯林(5年、10年、25年)林下土壤8个月期间的氮矿化能力进行了研究。研究结果表明:在枯水期,3种不同恢复年限侧柏纯林NO3--N含量先升高后降低然后再有所升高,NH4+-N含量变化没有明显的规律性。其净硝化速率和净氮矿化速率均在11月份达到最大值,分别为0.07±0.04,0.11±0.01,0.15±0.02mg(/kg·d)和0.15±0.04,0.29±0.02,0.33±0.03mg/(kg·d)。石灰岩山地侧柏纯林土壤的净氮矿化速率与土壤湿度表现为二次函数关系(r=0.589, p=0.018),但随湿度增加,土壤净氮矿化能力降低。土壤净氮矿化速率与土壤pH值呈显著负相关(r=-0.452, p=0.018),与土壤有机碳含量、微生物量碳含量和C/N比均成正相关关系,但相关性不显著(r=0.076, p=0.707; r=0.374, p=0.055; r=0.337, p=0.086)。在枯水期,石灰岩山地侧柏纯林土壤也存在较强的氮转化能力,气温变化所导致的土壤环境因素对氮矿化有显著影响。在丰水期,3种不同恢复年限侧柏纯林NO3--N含量和NH4+-N含量的变化趋势基本一致,且NO3--N含量和NH4+-N含量与枯水期相比明显升高,这表明丰水期植物处于茂盛生长期,土壤微生物活动剧烈,土壤矿化作用明显增强。其净硝化速率和净矿化速率均在7月份达到最大值,分别为0.351±0.051,0.382±0.028,0.587±0.095mg/(kg·d)和0.358±0.060,0.476±0.027,0.613±0.109mg/(kg·d)。且在丰水期和枯水期,土壤净氮矿化速率与土壤典型特征因子的相关性不尽相同。土壤含水量与土壤净氮矿化速率相关性基本一致,也呈二次函数关系(r=0.891, p=0.011),且随湿度增加,土壤净氮矿化能力降低;然而,土壤pH值对土壤净氮矿化速率几乎没有影响;且土壤净氮矿化率与土壤有机碳含量和C/N比均呈负相关关系(r=-0.176, p=0.651; r=-0.326, p=0.392)。这表明石灰岩山地这一特殊生境决定了其土壤氮矿化能力在丰水期和枯水期有着明显的区别。本文通过对南部山区石灰岩山地不同人工恢复年限的侧柏纯林的土壤氮矿化能力变化及其影响因素的研究,旨在探讨石灰岩山地植被恢复过程中土壤的氮素含量变化,以及土壤净氮矿化速率与土壤典型特征因子的相关性分析,从而为石灰岩山地植被恢复与氮素管理提供基础理论依据。
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