不同生态修复模式下川西北沙化土地有机碳、氮及酶活性的变化研究

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川西北高寒草地是世界上海拔最高的高原沼泽湿地,也是长江、黄河两大母亲河最重要水源涵养地,是“中华水塔”最重要的组成部分,对我国生态环境具有非常关键的作用。自上世纪90年代以来,由于全球气候变暖、过度放牧、风蚀等原因,川西北高寒草原局部地区沙漠化形势严峻,严重影响该地区经济和生态环境的可持续发展,沙漠化治理亟待解决。生态修复是防止土地沙化扩张的重要方法,适宜的植被修复措施对沙化草地生态系统重建和维持具有重要意义。土壤有机碳、氮及酶活性是表征土壤质量及土壤生态环境的关键指标,探究不同生态修复模式对土壤有机碳、氮及酶活性的影响特征有利于评价不同修复模式生态效果和了解沙化土地养分恢复机制,为进一步筛选出对土壤质量修复效果最佳的生态修复模式提供了理论和现实依据。因此,本文在川西北高寒沙化草地围栏禁牧布设沙障的基础上设置混播燕麦和草种(YMCD,硬杆仲彬草:Kengyiliarigidula、垂穗披碱草:Elymus nutnns、黑麦草:Loliumperenne、燕麦:Avenasativa—白燕1号)、撒播草种(RGCD,硬杆仲彬草:Kengyilia rigidula、垂穗披碱草:Elymusnutans、黑麦草:Loliumperenne)和自然恢复(WLCD)三种修复模式,并以未修复沙化草地(CK)为对照,研究了川西北高寒沙化草地生态修复3年后0~60cm 土层土壤总有机碳及活性有机碳组分、全氮及氮组分、酶活性的变化特征。结果如下:(1)生态修复3年后,不同修复模式下显著促进了植被群落盖度、高度和生物量恢复,呈现出YMCD>RGCD>WLCD>CK的趋势。与CK模式相比,YMCD、RGCD、WLCD模式植被盖度分别增加了 69.80%、44.20%、16.96%;株高增长了 19.35 cm、12.09 cm、2.31 cm;地上生物量增加了 9.87倍、6.32倍、1.94倍,地下生物量增加了 13.86 倍、9.58 倍、2.04 倍。(2)土壤理化性质分析结果表明,三种生态修复模式可显著降低夏季地表午时温度、增加土壤含水量。生态修复3年后,YMCD、RGCD、WLCD模式夏季地表极端高温分别为23.0℃、28.4℃、39.5℃,显著低于CK(41.2℃);土壤含水量变化趋势为YMCD>RGCD>WLCD>CK,其中0~20 cm含水量差异达显著水平。与CK模式相比,0~20 cm 土层YMCD、RGCD模式土壤含水量分别增长了 2.10%、1.81%,差异达显著水平;WLCD模式提高了 0.79%,差异未达显著水平。土壤容重与pH值变化不显著,未达差异水平。(3)不同生态修复模式显著促进了总土壤有机碳及活性有机碳组分恢复与积累,表现为YMCD>RGCD>WLCD,其中0~20 cm 土层变化幅度最大,且达显著差异水平。与CK模式相比,0~20 cm 土层YMCD 土壤有总有机碳、易氧化有机碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳、可矿化碳、微生物量碳含量增加了 146.10%、92.05%、120.12%、83.47%、60.22%、111.09%。20~40 cm 土层土壤总有机碳及活性有机碳组分也达显著差异水平,40~60cm 土层除YMCD与CK模式达差异显著外,其余模式问差异均不显著。(4)三种生态修复模式下显著促进土壤氮素的积累,表现为YMCD>RGCD>WLCD,其中0~20 cm 土层变化最显著。与CK相比,0~20 cm 土层中YMCD模式土壤全氮、碱解氮、铵态氮、硝态氮、可矿化氮、微生物量氮平均含量分别增加了 203.22%、112.97%、114.83%、151.12%、72.97%、119.37%。20~40 cm 土层土壤氮素组分达显著差异水平,但40~60 cm 土层未达差异显著水平。(5)与未修复沙化草地相比,三种生态修复模式均显著提高了酶活性,呈现YMCD>RGCD>WLCD的趋势。与CK相比,0~20 cm 土层中YMCD模式下土壤纤维素酶、蔗糖酶、淀粉酶、多酚氧化酶、脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶活性分别提高了89.93%、269.75%、58.60%、61.39%、53.01%、52.95%、179.25%。0~40 cm 土层土壤酶活性差异显著,但40~60 cm 土层三种修复模式间土壤酶活性差异不显著。综上所述,三种生态修复模式下土壤有机碳及活性有机碳组分、氮组分、酶活性均有所提高,其中围栏禁牧布设沙障混播燕麦和草种模式效果最显著。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
资助情况第8-12页
1 绪论第12-22页
    1.1 立题依据第12-13页
    1.2 文献综述第13-19页
        1.2.1 草地沙化现状及修复措施第13-14页
        1.2.2 生态修复对沙化土地植被特征的影响第14-16页
        1.2.3 生态修复对沙化土壤有机碳的影响第16-17页
        1.2.4 生态修复对沙化土壤氮的影响第17-18页
        1.2.5 生态修复对沙化土壤酶活性的影响第18-19页
    1.3 研究思路第19-22页
        1.3.1 研究目的第19页
        1.3.2 研究内容第19-20页
        1.3.3 技术路线第20-22页
2 材料与方法第22-26页
    2.1 研究区概况第22页
    2.2 试验方案第22-23页
        2.2.1 试验材料第22页
        2.2.2 试验设计第22-23页
    2.3 样品采集第23-24页
    2.4 土壤样品分析化验第24-25页
        2.4.1 土壤基本理化性质测定方法第24页
        2.4.2 土壤有机碳及活性组分测定方法第24页
        2.4.3 土壤氮组分测定方法第24-25页
        2.4.4 土壤酶活性的测定方法第25页
    2.5 数据分析与处理第25-26页
3 结果与分析第26-50页
    3.1 不同生态修复模式下沙化土地植被变化特征第26-28页
        3.1.1 地表植被盖度变化特征第26页
        3.1.2 植被高度变化特征第26页
        3.1.3 植被生物量变化特征第26-27页
        3.1.4 讨论第27-28页
        3.1.5 小结第28页
    3.2 不同生态修复模式下沙化土壤理化性质变化特征第28-32页
        3.2.1 地表午时温度变化特征第28-29页
        3.2.2 土壤含水量变化特征第29页
        3.2.3 土壤容重变化特征第29-30页
        3.2.4 土壤pH值变化特征第30-31页
        3.2.5 讨论第31-32页
        3.2.6 小结第32页
    3.3 不同生态修复模式下沙化土壤有机碳变化特征第32-38页
        3.3.1 土壤总有机碳变化特征第32-33页
        3.3.2 土壤易氧化有机碳变化特征第33页
        3.3.3 土壤可溶性有机碳变化特征第33页
        3.3.4 土壤颗粒有机碳变化特征第33-34页
        3.3.5 土壤可矿化碳变化特征第34页
        3.3.6 土壤微生物量碳变化特征第34-37页
        3.3.7 讨论第37-38页
        3.3.8 小结第38页
    3.4 不同生态修复模式沙化土壤氮素变化特征第38-44页
        3.4.1 土壤全氮变化特征第38-39页
        3.4.2 土壤碱解氮变化特征第39页
        3.4.3 土壤硝态氮变化特征第39页
        3.4.4 土壤铵态氮变化特征第39-40页
        3.4.5 土壤可矿化氮变化特征第40页
        3.4.6 土壤微生物量氮变化特征第40-43页
        3.4.7 讨论第43-44页
        3.4.8 小结第44页
    3.5 不同生态修复模式沙化土壤酶活性变化特征第44-50页
        3.5.1 蔗糖酶活性变化特征第44页
        3.5.2 淀粉酶活性变化特征第44-45页
        3.5.3 纤维素酶活性变化特征第45页
        3.5.4 多酚氧化酶酶活性变化特征第45-46页
        3.5.5 脲酶活性变化特征第46-47页
        3.5.6 蛋白酶活性变化特征第47页
        3.5.7 硝酸还原酶活性变化特征第47-48页
        3.5.8 讨论第48-49页
        3.5.9 小结第49-50页
4 结论与展望第50-52页
    4.1 结论第50-51页
    4.2 展望第51-52页
参考文献第52-61页
致谢第61-62页
科研论文成果第62页
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