黃土高原不同生境條件下土壤結(jié)構(gòu)體分形及碳、氮分布.pdf

1、本文以黃土高原從北向南不同地區(qū)主要土壤類型為對象，研究黃土高原不同生境條件下土壤結(jié)構(gòu)體的分形維數(shù)以及土壤有機(jī)碳、氮庫在不同結(jié)構(gòu)體中的分布；同時采用淹水培養(yǎng)，研究不同土壤結(jié)構(gòu)體中易礦化氮的差異。通過以上研究，旨在探明不同粒級結(jié)構(gòu)體及其結(jié)構(gòu)體碳、氮在土壤肥力形成中的作用和地位，為深入理解黃土高原土壤生產(chǎn)力形成本質(zhì)提供理論依據(jù)。通過研究，獲得以下主要結(jié)論： 1.初步闡明了黃土高原不同生境條件下土壤結(jié)構(gòu)體分形維數(shù)及其與主要土壤特性的關(guān)系

2、。結(jié)果表明，本研究供試的22個土壤樣品結(jié)構(gòu)體分形維數(shù)變化在2.267～2.843之間；回歸分析發(fā)現(xiàn)，土壤結(jié)構(gòu)體分形維數(shù)與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮問呈極顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.5919和-0.6407(n=22)，說明土壤結(jié)構(gòu)體分形維數(shù)隨土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量增加而降低。對黃土正常新成土，除＞5mm結(jié)構(gòu)體外，土壤結(jié)構(gòu)體分形維數(shù)與各粒徑結(jié)構(gòu)體含量皆呈明顯線性關(guān)系，正負(fù)相關(guān)性以0.25mm為界：分形維數(shù)與＞0.25mm結(jié)構(gòu)體含量呈負(fù)相關(guān)，與＜

3、0.25mm結(jié)構(gòu)體含量呈正相關(guān)。多元線性回歸分析表明，結(jié)構(gòu)體分形維數(shù)與＞5mm、5-2mm、2-1mm、0.25-0mm結(jié)構(gòu)體含量的偏相關(guān)關(guān)系達(dá)顯著水平，而與1-0.25mm結(jié)構(gòu)體含量的偏相關(guān)系數(shù)不顯著。 2.研究了黃土高原主要土壤不同結(jié)構(gòu)體中氮庫的分布特征。結(jié)果表明，無論哪種結(jié)構(gòu)體，從表層向下，有機(jī)氮、礦質(zhì)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量皆呈遞減趨勢。不同土壤結(jié)構(gòu)體，其有機(jī)氮含量明顯不同，有機(jī)氮含量隨土壤結(jié)構(gòu)體從大到小呈“∧”形分布，0

4、.25-1mm結(jié)構(gòu)體中最大；不同結(jié)構(gòu)體中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和礦質(zhì)氮含量的分布沒有明顯的規(guī)律性。無論是土壤有機(jī)氮，還是礦質(zhì)氮，其貯量在土壤結(jié)構(gòu)體中的分布均呈“∨”形分布。在黃土高原，土壤中各級結(jié)構(gòu)體含氮量分布隨緯度增加而降低，土墊旱耕人為土各級結(jié)構(gòu)體含氮量最高，干濕砂質(zhì)新成土各級結(jié)構(gòu)體含氮量最低。植被對結(jié)構(gòu)體中的氮素分布也存在一定影響，有機(jī)氮和礦質(zhì)氮大體上均呈自然林地＞裸地＞人工林＞農(nóng)地。 3.明確了黃土高原主要土壤有機(jī)碳庫在不同結(jié)構(gòu)

5、體中的分布。結(jié)果表明，對所有結(jié)構(gòu)體，隨土層深度增加，有機(jī)碳含量和貯量皆呈遞減趨勢；各土層從＞5mm、2-5mm、1-2mm到0.25-1mm結(jié)構(gòu)體有機(jī)碳含量呈遞增趨勢，而從0.25-1mm到＜0.25mm呈下降趨勢，以0.25-1mm結(jié)構(gòu)體中有機(jī)碳含量最高。由于不同大小結(jié)構(gòu)體所占比例不同，因此不同結(jié)構(gòu)體中的有機(jī)碳貯量與含量并不完全一致：從＞5mm、2-5mm到1-2mm結(jié)構(gòu)體，有機(jī)碳貯量呈遞減趨勢，而從1-2mm、0.25-1mm到＜0

6、.25mm呈遞增趨勢，以1-2mm結(jié)構(gòu)體有機(jī)碳貯量最低。有機(jī)碳含量除土墊旱耕人為土在＜0.25mm結(jié)構(gòu)體中最大外，干濕砂質(zhì)新成土、黃土正常新成土和簡育干潤均腐土在0.25-1mm結(jié)構(gòu)體中最高；但有機(jī)碳貯量在干濕砂質(zhì)新成土和黃土正常新成土中以＜0.25mm結(jié)構(gòu)體所占比例最大，在簡育干潤均腐土和土墊旱耕人為土中以＞5mm結(jié)構(gòu)體所占比例最大。在不同植被下有機(jī)碳含量、貯量不同，表現(xiàn)為自然林地＞裸地＞人工林地＞農(nóng)地。供試土壤C/N分布在6.30～

7、13.90之間，平均為10.80，土壤各結(jié)構(gòu)體中的C/N分布在9.65～11.68之間，且各結(jié)構(gòu)體之間以及各土層之間土壤C/N差異不顯著。 4.明確了黃土高原主要土壤不同土壤結(jié)構(gòu)體易礦化氮的差異。通過淹水培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，不論哪種結(jié)構(gòu)體，從表層向下，易礦化氮含量呈遞減趨勢，而氮礦化效率呈增加趨勢。在不同土層，不同結(jié)構(gòu)體易礦化氮含量和有機(jī)氮礦化效率變化趨勢不同：對易礦化氮含量，從＞5mm、2-5mm、1-2mm到0.25-1mm結(jié)構(gòu)體呈遞

8、增趨勢，0.25-1mm結(jié)構(gòu)體達(dá)到最大，從0.25-1mm到＜0.25mm，呈下降趨勢；而對有機(jī)氮礦化效率，不同土壤結(jié)構(gòu)體有機(jī)氮礦化率差異不明顯。相關(guān)分析表明，除40-60cm土層外，0-20cm和20-40cm土層各結(jié)構(gòu)體中易礦化氮與全氮、有機(jī)碳密切相關(guān)；不同植被下易礦化氮含量和有機(jī)氮礦化效率不同，表現(xiàn)為自然林＞裸地＞人工林＞農(nóng)地。 5.探討了黃土高原不同生境條件下土壤結(jié)構(gòu)體組成及其影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，黃土高原主要土壤結(jié)構(gòu)體組

9、成以＞5mm結(jié)構(gòu)體含量最高，＜0.25mm微結(jié)構(gòu)體含量次之，二者在土壤結(jié)構(gòu)體中占主導(dǎo)地位，以1-2mm結(jié)構(gòu)體占的比例最小。由簡單相關(guān)性分析、典范相關(guān)分析和通徑分析均表明，土壤粘粒含量對形成＞0.25mm結(jié)構(gòu)體具有重要作用；有機(jī)質(zhì)、全氮、礦質(zhì)氮和粘粒對不同土層土壤結(jié)構(gòu)體組成影響不同，對0-20cm土層，粘粒對形成＞0.25mm結(jié)構(gòu)體的直接影響最大，全氮主要通過有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)氮等因素間接影響土壤大結(jié)構(gòu)體形成；在20-40cm土層，對＞0.25