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四川盆地西缘4种人工林土壤团聚体及氮动态特征

聂富育

  土壤团聚体是土壤结构的基本组成单元之一,其质量和数量对土壤肥力的高低有着决定作用,还与土壤碳、氮、磷的稳定性等有直接关系。土壤中碳、氮、磷的含量会随着土壤团聚体的大小而变化,这也可能随森林群落而有所不同。人工林经营管理过程中如何调控土壤氮素十分关键。氮是植物生长必需营养元素,也是森林生产主要限制因子,因而受到广泛关注。上世纪中叶以来,亚热带天然常绿阔叶林几乎消失殆尽,而后形成了多种人工林生态系统,不同森林建群物种不同,根系活动及凋落物输入不同,从而影响地下土壤团聚体特征及土壤活性氮季节动态。本研究,选取都江堰灵岩山四川农业大学林场4种人工林生态系统,桢楠林(Phoebe zhenan)、柳杉林(Cryptomeriafortunei)、麻栎林(Quercus acutissima)和峨眉含笑人工林(Michelia wilsonii)。采集0-20 cm和20-40cm原状土壤,分析土壤团聚体结构及团聚体碳氮磷特征;另外,在2015年3月、6月、9月和12月,分别采集4个森林下两个土壤层次土壤样品,测定土壤活性氮浓度,比较不同森林和土壤层次活性氮季节动态特征。主要研究结果如下:(1)4种人工林土壤温度与当地空气温度变化趋势总体一致,但变化幅度较空气温度小。4种人工林土壤温度变化趋势基本一致,从1月到8月,土壤温度总体呈上升趋势,到8月出现最大值;而从8月到12月,总体呈下降趋势,最低温出现在1月。含笑林和麻栎林土壤温度季节动态总体相似,且两林地土壤温度在5月到10月略高于其余林地。都江堰地区全年均有降水,但主要集中在5月到9月,在此期间的降水频率和降水量都较大,且单次降水量大的频率高;而其余月份的降水量和降水频率都较低,且单次降水量较小。(2)各人工林的团聚体组成均以>2 mm粒径为主,比例达到94.00%~67.00%;而以0.5~0.25 mm粒径团聚体所占比例最小,仅为1.07%~3.39%。其中,仅含笑林20~40 cm土层>2 mm粒径团聚体比例小于0~20 cm 土层,其余人工林均为20~40 cm土层>2 mm粒径团聚体比例大于0~20 cm土层。相同土层,柳杉林>2 mm粒径团聚体所占比例最大,而桢楠林>2 mm粒径团聚体所占比例最小。森林类型和土壤层次对土壤团聚体组分均没有显著影响。(3)各林地0~20 cm 土层各粒径团聚体有机碳、全氮和全磷含量均高于20~40 cm土层。在两个土壤层次中,含笑林各粒径团聚体有机碳含量均显著低于其它3种林型。对表土而言,四种人工林土壤团聚体有机碳含量最大值出现于不同粒级中。而在20-40 cm 土层人工林团聚体有机碳最大值大都在0.5-0.25 mm粒径。在两个土壤层次中,含笑林各粒径团聚体全氮含量均显著低于其它3种林型。对不同土层而言,四种人工林土壤团聚体全氮含量最大值出现于不同粒级中。在0~20 cm 土层柳杉林各粒径团聚体全磷含量最高,而含笑林含量最低;20~40 cm 土层中,麻栎林各粒径团聚体全磷含量最高,其余3个林型土壤团聚体全磷含量相当。(4)土壤铵态氮含量的季节动态变化差异显著。0-20cm深度的土壤铵态氮含量呈现夏季最高,春季和秋季较高,冬季最低的趋势;20-40cm总体呈逐渐下降趋势,除含笑人工林夏季铵态氮含量最高,春季其次。就不同人工林来看,4种人工林土壤铵态氮在不同季节表现出不同的变化规律。季节、森林类型、土壤深度对土壤硝态氮含量均有显著影响,4种林型两土层土壤的硝态氮含量动态趋势一致,春季和冬季两季节含量较高,而夏季、秋季含量较低,总体呈先下降后上升趋势。就本研究的4种人工林来看,人工林土壤硝态氮的季节变化均是柳杉林土壤硝态氮含量最高。4种人工林两土层的土壤微生物生物量氮季节变化明显。变化规律均为:除含笑人工林微生物生物量氮在冬季最高,其他林分都春季最高,到夏季显著下降,秋季小幅度上升,冬季显著上升。0-20cm深度的土壤微生物生物量氮含量高于20-40cm 土层,同一人工林在不同土层的季节变化趋势相同。就本研究涉及的4种人工林来看,这4种人工林土壤微生物生物量氮在两土层的春季、夏季、秋季均是桢楠林含量最高;冬季则是含笑林最高。(5)季节、森林类型、土壤深度对土壤脲酶活性均有显著影响。4种人工林0-20cm土层土壤脲酶活性均高于20-40cm,且4种不同人工林的土壤脲酶季节变化明显。4种人工林脲酶在两个土层均表现为春季活性显著高于其他3个季节,是其余季节活性的2倍多;夏季和秋季脲酶活性相当;而冬季脲酶活性最低。就不同森林类型来看,桢楠林土壤脲酶活性在各个季节都高于其余树种;其余3种人工林土壤脲酶活性相当,麻栎林略低于柳杉林和含笑林。4种人工林两个土层土壤硝酸还原酶活性有明显的季节变化,均表现为秋季活性最高,且显著高于其他3个季节。就不同森林类型来看,4种人工林在各个季节表现出不同的变化规律。柳杉、含笑和桢楠林土壤业硝酸还原酶活性在两个土层的季节变化都不大,仅有麻栎林土壤业硝酸还原酶活性在冬季显著低于其他三个季节。此外,0-20cm 土层土壤亚硝酸还原酶活性总体高于20-40cm 土层,仅有含笑林与之相反就不同森林类型来看,4种人工林在各个季节表现出不同的变化规律。综上所述,团聚体结构和团聚体碳氮磷含量及其化学计量比在不同森林群落和土壤层次之间差异显著;土壤活性氮浓度存在季节动态,但不同形态氮素季节模式有所不同;森林类型对土壤活性氮影响显著,但林型对土壤活性氮影响与季节和土壤层次有关。就测定参数来看,柳杉林相对其它3种森林群落更适合用于当地植被恢复。……   
[关键词]:人工林;团聚体;活性氮库;土壤酶
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:四川农业大学2017年