中国沙棘对青藏高原高寒草甸土壤性质的影响

摘要

青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔，是地球第三极，高原上广袤的草地是我国重要的生态安全屏障。我国是世界上沙棘植物种质资源蕴藏量最丰富的国家。中国沙棘是青藏高原东缘最主要的沙棘属植物亚种，分布范围广，资源数量庞大，其对该地区水源涵养、生物多样性保护具有非常重要的生态学意义。当前，大量关于灌丛草地的研究主要集中在北美大陆和非洲南部等干旱、半干旱地区。对沙棘灌丛的关注也仅仅以其经济价值、遗传资源保护等方面居多。而青藏高原中国沙棘灌丛对高寒草甸土壤性质的影响却鲜有报道。鉴于此，本研究对于评估青藏高原东缘高寒灌丛草甸对于全球生物地球化学循环变化的响应和灌丛草地的科学管理具有非常重要的参考价值。　　本文研究样地位于甘肃省甘南藏族自治州合作市及其毗邻的夏河县。试验以中国沙棘灌丛（Hippophae rhamnoides L. ssp. sinensis）草甸为研究对象，通过野外调查取样和室内化学分析相结合，详细探究了中国沙棘灌丛地上枯枝凋落物和地下根系对土壤性质的影响，主要结如果下：　　（1）中国沙棘灌丛新萌发枝叶中碳、氮、磷含量分别为：470.8 g kg-1、35.28 g kg-1、3.16 g kg-1；草本植物枝叶中碳、氮、磷含量分别为：435.7 g kg-1、20.22 g kg-1、2.12 g kg-1。中国沙棘灌丛枝叶中碳、氮、磷含量均高于草本植物，说明灌丛植物具有较强的吸收、利用、转化土壤养分的能力，从而能够制造更多有机物。　　（2）中国沙棘灌丛地上凋落物平均生物量（279.2 g m-2）比草本植物（80.1 g m-2）高71%。中国沙棘灌丛凋落物中碳、氮、磷含量分别为：456.9 g kg-1、12.47 g kg-1、0.92 g kg-1；草本植物凋落物中碳、氮、磷含量分别为：364.7 g kg-1、16.44 g kg-1、0.23 g kg-1。凋落物是连接土壤与植物的“纽带”。由此可知：灌丛凋落物改变了土壤理化特性，导致灌丛土壤养分含量高于草本植物。　　（3）不同土层间，中国沙棘灌丛根中碳、氮、磷含量均值分别为424.9 g kg-1、18.9 g kg-1、1.28 g kg-1；草本植物根中碳、氮、磷含量分别为：394.7 g kg-1、12.29 g kg-1、1.05 g kg-1。沙棘灌丛根中碳、氮、磷含量均高于草本植物，主要原因是根的形态及生物学特性的差异。　　（4）在1米深的土壤剖面，中国沙棘灌丛根中碳、氮、磷固存量分别为：6587 g m-2、276 g m-2、19.86 g m-2；草本植物根中碳、氮、磷固存量分别为：3296 g m-2、99.0 g m-2、8.51g m-2。中国沙棘灌丛根中养分储量远远高于草本植物，说明灌丛具有较高的根生物量和强大的利用土壤养分的能力。　　（5）中国沙棘灌丛存在明显的“肥岛效应”，尤其以表层土壤（0-20cm）最为突出。中国沙棘灌丛表层土壤中SOC、TN、IN含量分别较草本植物高21.98%、15.10%、66.65%。说明灌丛能够更有效地富集土壤养分，进而改善土壤中的养分含量，增加土壤肥力，使得灌丛在草地生态系统中成为养分循环转化的活跃地带。　　（6）中国沙棘灌丛上层土壤中（0-0.4m）磷含量高于草本植物，但下层土壤（0.4-1m）却表现相反的分布特征，由此我们推论灌丛土壤中强大的根系，具有把下层土壤磷转移到上层土壤中的能力。　　（7）中国沙棘灌丛和草本植物土壤微生物生物量碳含量约占土壤总有机碳的百分比分别为：0.79%、0.68%；中国沙棘灌丛和草本植物土壤微生物生物量氮含量约占土壤全氮的百分比分别为：1.50%、1.14%；中国沙棘灌丛和草本植物土壤微生物生物量磷含量约占土壤全磷的百分比分别为：2.16%、1.10%。灌丛土壤中含水量高、有机质含量丰富、土质疏松多孔，有利于微生物的生长。　　（8）中国沙棘灌丛和草本植物土壤磷酸酶均主要分布在表层土壤（0-0.2m）中，且皆随土层深度的增加而活性降低。同一土层深度的酸性磷酸酶活性和碱性磷酸酶活性共同表现为灌丛比草本植物高，此与土壤微生物生物量的变化趋势一致。　　综上所述，中国沙棘灌丛改变了土壤养分、土壤酶活性和土壤微生物生物量在灌丛和草地之间的分布格局，增强了土壤的物理、化学和生物性质异质性。灌丛具有明显的“肥岛效应”。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 研究背景

1.1.1 中国沙棘概述

1.1.2 青藏高原生态特征

1.1.3 土壤碳、氮、磷

1.1.4 灌丛对土壤的影响

1.1.5 影响土壤性质空间异质性的因素

1.2 研究目的、意义及拟解决的问题

1.3 国内外研究动态

1.3.1 国内研究概况

1.3.2 国外研究概况

1.4 研究内容、技术路线和创新点

第二章 材料与方法

2.1试验样地概况

2.2采样方法

2.3样品分析

第三章 结果与分析

3.1土壤的基本理化指标

3.2灌丛和草本植物地上/地下部生物量及碳、氮、磷含量

3.2.1中国沙棘灌丛和草本植物根生物量及根中碳、氮、磷含量

3.2.2中国沙棘灌丛和草本植物地上凋落物生物量、碳氮磷含量、碳氮磷储量

3.2.3中国沙棘灌丛和草本植物枝叶中碳、氮、磷含量

3.3中国沙棘灌丛和草本植物土壤养分含量分布特征

3.3.1中国沙棘灌丛和草本植物土壤有机碳、全氮、无机氮、无机磷、速效磷、有机磷的分布特征

3.3.2中国沙棘灌丛和草本植物土壤碳、氮、磷储量

3.4中国沙棘灌丛和草本植物土壤微生物生物量、磷酸酶的分布特征

3.5土壤理化指标相关性

第四章 讨论

4.1 土壤基本理化性质

4.2 植物（根和凋落物）与土壤之间的反馈效应

4.3 土壤有机碳、氮、磷

4.4 土壤微生物生物量（碳、氮、磷）、磷酸酶活性

4.5相关性

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

在读期间的研究成果

致谢