黄土区林草地土壤腐殖质化对气候温湿变化的响应

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yebailin
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土壤腐殖质化是土壤肥力形成的重要标志,林草地枯落物腐殖质化对土壤肥力的维持至关重要。随着全球气候异常变化频繁出现,温度和湿度的交替变化必然会对林草地土壤腐殖质化过程产生影响。为此,本文以黄土区的典型人工林草地枯落物(其中包括阔叶乔木林:小叶杨(Populus simonii)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、辽东栎(Quercus liaotungensis)、白榆(Ulmus pumila);针叶乔木林:油松(Pinus tabuliformis)、落叶松(Larix principis-rupprechtii)、云杉(Picea asperata)、侧柏(Platycladus orientalis);灌木林:沙棘(Hippophae rhamnoides)、柠条(Caragana microphylla)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、酸枣(Ziziphus jujuba)以及牧草地:苜蓿(Medicago sativa)、草木樨(Melilotus officinalis)、小冠花(Coronilla varia)、毛苕子(Vicia villosa))为研究对象。通过采集当年枯落物和荒地土壤,将枯落物粉碎样品与土壤过筛样品按照干重比3:100充分混合(混合样干重2 kg)后放入塑料培养钵中,在保持土壤湿度分别为20%WHC(田间持水量)(干)、50%WHC(潮)、80%WHC(湿),温度分别为10℃(冷)、20℃(温)、30℃(热)的条件下进行9个处理的室内培养箱连续腐殖质化。100 d后终止试验,通过测定土壤的有机质碳含量、腐殖质光学性质、养分有效性和土壤各种酶活性,进而研究温度与湿度变化对土壤腐殖质化的影响。得出主要结论如下:(1)阔叶乔木林中,四种阔叶乔木枯落物在30℃条件下进行腐殖质化后,其土壤碱解氮含量最高。在20%WHC时,温度上升会导致白榆、刺槐和小叶杨枯落物腐殖质化程度(胡富比和PQ值)上升。在50%WHC时,温度上升会导致白榆、辽东栎和小叶杨林地蔗糖酶活性降低。在80%WHC时,温度上升会导致刺槐和小叶杨枯落物腐殖质化程度降低。在10℃时,湿度上升会导致刺槐和辽东栎枯落物腐殖质化程度上升。在20℃时,湿度上升会导致刺槐枯落物腐殖质化程度下降。在30℃时,湿度上升会导致四种阔叶乔木林胡敏素含量下降,刺槐、辽东栎和小叶杨林地胡敏酸含量下降。综合表明,最有利于四种阔叶乔木林地土壤性质改善的气候条件分别是白榆和刺槐(30℃+20%WHC)、辽东栎(20℃+20%WHC)和小叶杨(20℃+50%WHC)。(2)针叶乔木林中,在20%WHC时,温度上升会导致侧柏、油松枯落物腐殖质化程度上升,四种针叶乔木林地胡敏素含量增加,落叶松、油松和云杉林地富啡酸含量增加、速效钾含量下降。在50%WHC时,温度上升会导致油松枯落物腐殖质化程度上升,云杉枯落物腐殖质化程度降低。在80%WHC时,温度上升会导致侧柏和油松枯落物腐殖质化程度降低。在10℃时,湿度上升会导致油松枯落物腐殖质化程度上升。在20℃时,湿度上升会导致侧柏和云杉枯落物腐殖质化程度降低。在30℃时,湿度上升会导致侧柏枯落物腐殖质化程度降低,四种针叶乔木林地胡敏素含量下降。综合表明,最有利于四种针叶乔木林地土壤性质改善的气候条件分别是侧柏和云杉(30℃+20%WHC)、落叶松(20℃+20%WHC)和油松(10℃+80%WHC)。(3)灌木林中,在20%WHC时,温度上升会导致酸枣和紫穗槐林地碱解氮含量和蔗糖酶活性增加。在50%WHC时,温度上升会导致四种灌木林地脲酶活性降低,柠条枯落物腐殖质化程度降低,酸枣枯落物腐殖质化程度上升。在80%WHC时,温度上升会导致四种灌木林地脲酶活性降低。在10℃时,湿度上升会导致柠条枯落物腐殖质化程度上升,沙棘枯落物腐殖质化程度降低。在20℃时,湿度上升会导致柠条枯落物腐殖质化程度降低,柠条、沙棘林地磷酸酶和脲酶活性降低。在30℃时,湿度上升会导致四种灌木林地磷酸酶活性降低,酸枣和紫穗槐林地胡敏素、有效磷含量和脲酶活性降低。综合表明,最有利于四种灌木林地土壤性质改善的气候条件分别是柠条(10℃+50%WHC)、沙棘、酸枣和紫穗槐(30℃+20%WHC)。(4)牧草地中,在20%WHC时,温度上升会导致苜蓿枯落物腐殖质化程度降低,四种牧草地胡敏素含量上升。在50%WHC时,温度上升会导致四种牧草地碱解氮含量上升、脲酶活性降低。在80%WHC时,温度上升会导致毛苕子和小冠花枯落物腐殖质化程度增加,四种牧草地磷酸酶、脲酶活性降低。在10℃时,湿度上升会导致草木樨枯落物腐殖质化程度上升,苜蓿枯落物腐殖质化程度降低。在20℃时,湿度上升会导致四种牧草地磷酸酶活性降低,草木樨和小冠花草地蛋白酶、脲酶和蔗糖酶活性降低。在30℃时,湿度上升会导致小冠花枯落物腐殖质化程度上升,四种牧草地磷酸酶活性降低。综合表明,最有利于四种牧草地土壤性质改善的气候条件是30℃+20%WHC。(5)气候温湿变化对于土壤腐殖质化具有较大影响,其影响程度的强弱不仅仅与气候温湿度变化有关,也与枯落物种类有关。相关检验表明,有效磷含量的增加有利于促进小叶杨枯落物腐殖质化;有效磷和蔗糖酶活性的提高有利于促进侧柏枯落物腐殖质化;蛋白酶活性的提高有利于促进落叶松枯落物腐殖质化;速效钾含量的增加有利于促进云杉枯落物腐殖质化;碱解氮含量的增加有利于促进沙棘枯落物腐殖质化;色调系数的降低有利于促进酸枣枯落物腐殖质化。综合而言,对于刺槐、辽东栎、侧柏、落叶松、油松、沙棘、酸枣、紫穗槐以及四种牧草枯落物在高温+低湿度条件下进行腐殖质化更适合土壤性质改善;白榆和小叶杨枯落物在50%WHC时的条件下进行腐殖质化更适合土壤性质的改善;云杉枯落物在30℃条件下进行腐殖质化更适合土壤性质的改善;柠条枯落物在低温条件下进行腐殖质化更适合土壤性质改善。本研究的主要结论可为林草地土壤肥力维持和植被管理提供理论指导。
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