养分元素在土壤与植物群落演替序列上的变化规律研究

作     者：王治国 

作者单位：中国科学院大学(中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所) 

学位级别：硕士

导师姓名：吴艳宏

授予年度：2021年

学科分类：0710[理学-生物学] 071001[理学-植物学] 07[理学] 0705[理学-地理学] 070501[理学-自然地理学] 

主      题：冰川退缩区 养分元素 土壤发育 植物群落演替 变化规律 

摘      要：冰川退缩区是地球表层系统中最活跃、最富有活力的部分之一,在冰川退缩区土壤发育的碳积累过程明显,土壤快速形成。在植被和土壤的形成过程中,生物与非生物因素在其中发生着复杂的相互作用。对冰川退缩区土壤养分迁移变化以及植被演替规律进行研究,对于揭示早期生态系统生物地球化学循环过程的机制十分重要。研究此区域的土壤养分及植被原生演替的状况,理解它们之间的协同关系,能够为受损生态系统的管理,实现快速而稳定的恢复提供理论指导和数据支撑。研究选择海螺沟冰川退缩区,在整个退缩序列上选择了五个采样点（1980、1970、1958、1930、1890年）采集根际与非根际土壤、团聚体、凋落物和植物样品,在实验室完成理化性质及养分的分析,并采用统计分析的方法对实验结果进行分析,研究在冰川退缩区原生演替的过程中土壤养分、植物体养分以及两者协同变化的特征,阐明在植被发育的过程中地上与地下部分的联系。主要结果和结论如下:（1）A层土壤大团聚体（0.25mm）所占比例随土壤发育时间的增加逐渐增加,在C层土壤则呈现先增加后降低再增加的趋势。C、N浓度随土壤发育时间呈现逐渐增高的趋势,P则呈现先增加后降低的趋势,C、N在根际土壤中的浓度要显著高于非根际土壤,而P则没有显著的差异。土壤的C:N和C:P均表现为先升高后降低的趋势,而N:P则表现为逐渐升高的趋势。土壤中有效态金属养分的浓度占总量的百分之一左右,Ca、Mg、Fe、Mn、Cu浓度随着发育时间的增加逐渐降低,K没有明显的变化。对不同元素的浓度影响因素的分析结果发现,土壤中C、N与土壤p H、含水量等无显著相关性,但P与土壤p H存在显著的正相关关系,三种元素均与其在土壤中循环相关的酶的活性存在显著的关系。而对于金属养分而言,无论对于总量还是有效态的含量,土壤理化性质特别是含水量与p H是影响其浓度的关键因子。（2）典型植物体（沙棘、冬瓜杨、峨眉冷杉）养分浓度的分析结果发现,叶片中养分的浓度量要高于植物细根。在一年叶龄冷杉针叶中的C、N浓度并没有显著的差异,而三年叶龄冷杉针叶中C浓度在最后一个点（1890年）较低。最后一个点一年叶龄冷杉针叶的P的浓度最高。凋落物中元素的浓度介于叶与细根之间,细根中C、N、P在整个植被演替序列上并没有显著的差异。而对于金属养分而言,在一年叶龄针叶中不同采样点之间会存在浓度的差异,而对于三年叶龄叶片则没有显著的差异。与全球和中国区域植物中元素浓度的比较发现,N含量要显著低于中国区域植物平均N含量,而P浓度也低于全球平均和中国平均植物P含量,N:P分析的结果显示,在海螺沟地区并不存在P的限制,可能存在N限制。（3）对土壤-植物-凋落物中C、N、P储量的估算结果发现,土壤与植物中C、N的储量随着冰川退缩时间的增加逐渐增加,而P在土壤中的储量呈略微降低的趋势,在植物体内则是逐渐升高的趋势,凋落物中C、N、P的储量较低且没有明显的变化趋势。有效态金属养分K与植物中K含量结合分析发现,凋落物和细根中的K含量与土壤中K含量呈现正相关关系,而一年叶龄冷杉不同的植物组织中K的含量没有显著的相关关系。