土壤酸碱度调控对内蒙古草原植被群落及养分特征的影响
土壤酸碱度调控对内蒙古草原植被群落及养分特征的影响
【摘要】： 土壤酸碱性是指土壤中存在着不同的化学及生物反应,表现出不同的酸性或碱性。土壤p H值是衡量土壤酸碱性的指标,过高或过低的土壤p H值都会改变土壤养分的分布及转化情况,从而导致植物生长发育所需养分元素的有效性发生改变。早期对土壤p H值的研究是源于酸雨对植被以及土壤的损害,国内外研究学者针对酸雨的影响以及土壤酸化机理进行了剖析。除土壤酸化得到关注外,土壤p H值过高也会引起土壤碱化从而不利于植物的生长发育。草原是陆地生态系统的重要组成部分,极易受到全球变化及人类不合理活动的干扰,从而造成土壤p H值降低或升高而影响植物的生长发育。已有研究过多关注于草原放牧、水肥添加和增温等处理后的养分特征状况,但对于不同草原类型的植物群落特征、土壤养分以及植物养分应对土壤p H值变化的响应尚不清楚。本研究以内蒙古土壤p H值不同的三种草原(荒漠草原、典型草原和草甸草原)为对象,在杭锦旗、锡林浩特和额尔古纳3个站点布设样地。设置酸碱添加处理,酸添加和碱添加各设置3个梯度水平,以野外调查与室内测定相结合的实验方式对酸碱添加后植被群落特征、土壤养分及植物养分变化展开研究,旨在为全球变化背景下退化草原生态系统的恢复和治理工程提供科学理论基础。主要研究结果如下:(1)自然环境下不同草原类型的植物群落及养分特征均存在差异。土壤p H值的大小顺序为:荒漠草原>典型草原>草甸草原。典型草原和草甸草原的土壤有机碳含量分别为21.0和22.9 g/kg,均显著高于荒漠草原(5.62 g/kg),三种草原类型的土壤全磷含量范围在0.383-0.412 g/kg之间,差异均不显著。土壤速效氮含量自西向东随土壤p H值的降低呈上升趋势,荒漠草原、典型草原和草甸草原的硝态氮含量分别为3.38、7.68和10.9 mg/kg,铵态氮含量分别为2.90、10.76和17.5 mg/kg。典型草原的速效磷含量比荒漠草原和典型草原分别高出3.43和3.30 mg/kg。三种草原之间典型草原的物种多样性显著低于荒漠草原和草甸草原。典型草原的植物叶片和根系的全氮和全磷含量高于荒漠草原和草甸草原,有机碳含量低于荒漠草原和草甸草原。(2)酸碱添加改变了各草原类型的土壤p H值,并且对土壤养分、植被群落及植物养分特征均具有不同的影响。荒漠草原、典型草原和草甸草原的土壤p H值均随酸添加浓度的升高而降低,随碱添加浓度的升高而升高。但各草原的土壤养分对酸碱添加响应结果不同,土壤速效养分相比全效养分受酸碱添加影响明显,且上层土壤相比下层土壤变化明显。对于各草原的植被群落特征而言,碱添加显著降低了荒漠草原和典型草原的地上生物量,分别降低了33.0-80.0 g/m~2和19.8-58.3 g/m~2,降低了草甸草原的地下生物量1.99-3.53 g/m~2,而酸添加对生物量无显著影响。对于植物养分而言,酸碱添加对禾草及非禾草的影响不同,酸添加对禾草叶片养分含量无显著影响,碱添加会显著增加典型草原和草甸草原的禾草叶片养分含量,酸碱添加均显著增加草甸草原非禾草植物叶片养分含量。中高浓度酸和低浓度碱显著增加了荒漠草原0-10 cm土层根系全磷含量。对于10-30 cm土层根系养分而言,中浓度碱显著降低了草甸草原根系有机碳含量,低、高浓度碱显著增加了草甸草原根系全磷含量,高浓度酸显著增加了典型草原根系全氮含量。(3)各草原群落及养分特征与土壤p H值的相关性结果与酸碱添加后所表现的不同。荒漠草原0-10 cm土层的土壤有机碳和全氮与土壤p H值呈显著的上凸型相关关系,相关系数分别为0.451和0.678。典型草原0-10 cm土层的铵态氮和速效磷、草甸草原0-10 cm土层的硝态氮和速效磷、荒漠草原10-30 cm土层的铵态氮、典型草原10-30 cm土层的速效磷均与土壤p H值呈显著下凹型相关关系。荒漠草原的地上生物量对土壤p H值的上升而显著下降,典型草原的地上和地下生物量分别与土壤p H值呈上凸和下凹型相关关系,相关系数分别为0.609和0.228。荒漠草原的禾草植物的全氮、典型草原禾草植物的全氮和全磷以及非禾草的有机碳和全氮、草甸草原禾草植物的全氮和全磷、荒漠草原0-10 cm土层的根系全氮和全磷均与土壤p H值呈显著的相关关系。这些研究结果表明自然环境条件下不同草原类型之间土壤p H值、植被群落及养分特征均存在差异。酸碱添加对草原生态系统群落及养分特征的影响展示了不同草原类型的植物群落应对土壤p H值变化的响应机制,主要是通过土壤p H值对土壤速效养分的影响,进而使植物的生长发育甚至植被群落的结构特征发生改变。酸碱添加后的植被群落及养分特征与长期土壤p H值变化后其所反映的趋势不同则表现出草原生态系统应对外界环境变化的平衡机制存在差异。因此,在今后的草地管理以及退化草地的恢复重建中要注重土壤p H值的变化,加强对草原生态系统土壤p H值区域化差异等方面的基础性研究因地制宜的制定防控措施,为全球变化背景下草原生态系统退化恢复以及科学管理提供基础数据以及理论支持。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2020
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