增温与氮添加对青藏高原沼泽草甸土壤团聚体稳定性及养分特征的影响机制

作     者：商光烈 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白炜;陈小龙

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

主      题：高寒沼泽草甸 模拟增温 氮添加 土壤团聚体 土壤养分 

摘      要：气候变暖和大气氮沉降增加是全球气候变化的重要现象,会对陆地生态系统的结构和功能产生重要影响。青藏高原是气候变化的敏感区,分布着世界中低纬地区面积最大、范围最广的多年冻土区。在全球气候变化影响下,青藏高原脆弱的生态系统正在发生深刻变化。高寒沼泽草甸是青藏高原上分布较为广泛的生态系统,有着极易受气候变化影响的敏感生境,而团聚体作为土壤结构的基本组成单位,又是土壤养分的主要储存场所,因此研究气候变暖和大气氮沉降背景下青藏高原沼泽草甸土壤团聚体稳定性及养分积累的作用机制,有利于更好地探究高寒生态系统面对气候变化的调控机制,以期为未来气候变化对高寒生态系统影响的研究提供理论依据。本研究选取青藏高原风火山地区高寒沼泽草甸为研究对象,采用开顶式增温室和外源氮素添加的方式,进行模拟增温与氮沉降试验,试验设置了增温处理、施氮处理以及增温同时施氮处理,采集0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土层的土壤样品,运用干筛法和湿筛法分离出所需团聚体,并对其粒级分布、稳定性指标和碳氮含量进行测定,分析其在增温、施氮及其交互作用下的响应机制,得出主要结论如下:(1)青藏高原高寒草甸三种深度土层中土壤团聚体组成均以大团聚体(0.25 mm)和微团聚体(0.053～0.25 mm)为主要组成部分,储存在大团聚体中的有机碳和全氮贮量及相对贡献率最高,未团聚的粉粒+黏粒(0.053 mm)中有机碳、全氮贮量和相对贡献率最低。(2)增温处理对团聚体粒级分布影响不显著;施氮处理和增温同时施氮处理对团聚体粒级分布影响显著。增温处理对团聚体的平均重量直径(MWD)无显著影响,对几何平均直径(GMD)影响显著;施氮处理对团聚体的MWD和GMD均影响显著;增温同时施氮处理对团聚体的MWD影响显著,对GMD影响极显著。(3)增温处理显著减少了表层和中层土壤有机碳含量,对中层土壤全氮含量无显著影响,因此降低了这两种土层土壤的C:N比值,但影响不显著;施氮处理下,仅有低氮处理显著提高了中层土壤的有机碳含量,但施氮处理对各土层土壤全氮无显著影响,故各土层土壤C:N比值也无明显变化;增温同时施氮处理会显著减少土壤有机碳含量,同时显著减少土壤全氮含量,因此显著降低了各土层土壤C:N比值。(4)增温与施氮对土壤团聚体中有机碳的影响在不同粒级间存在显著差异。两种增温处理均会显著降低表层土壤中大团聚体内有机碳贮量,并提高微团聚体内的有机碳贮量,而在中层和深层土壤中,两种增温处理会提高大团聚体内有机碳贮量,降低微团聚体内有机碳贮量,但影响均不显著。对于粉粒+黏粒中的有机碳贮量,表层土壤中呈现增加趋势,中层和深层土壤中则呈现减少趋势。施氮处理对于各粒级团聚体的有机碳贮量影响均不显著。增温同时施氮处理则会显著降低三种土层土壤中团聚体的有机碳贮量。(5)增温与施氮对土壤团聚体中全氮贮量的影响在不同粒级间存在显著差异。增温处理会降低大团聚体和微团聚体中全氮贮量并提高粉粒+黏粒中全氮贮量,两种变化均不显著;施氮处理会在短期内提高各层土壤中大团聚体的全氮贮量,对微团聚体和粉粒+黏粒的全氮贮量无显著影响。增温同时施氮处理则会显著降低三种土层土壤中团聚体的全氮贮量。综上所述,施氮对土壤的养分影响较低,而增温处理对于土壤养分的影响高于施氮对其所产生的影响。增温和施氮处理对其稳定性无显著影响,对其内养分及稳定性的影响与原土响应一致;而增温同时施氮处理会显著降低土壤中的有机碳和全氮贮量,同时降低团聚体中的有机碳和全氮贮量,因此也会降低团聚体的C:N比值。