黄土高原不同生境条件下土壤结构体分形及碳、氮分布

本文以黄土高原从北向南不同地区主要土壤类型为对象,研究黄土高原不同生境条件下土壤结构体的分形维数以及土壤有机碳、氮库在不同结构体中的分布;同时采用淹水培养,研究不同土壤结构体中易矿化氮的差异。通过以上研究,旨在探明不同粒级结构体及其结构体碳、氮在土壤肥力形成中的作用和地位,为深入理解黄土高原土壤生产力形成本质提供理论依据。通过研究,获得以下主要结论: 1.初步阐明了黄土高原不同生境条件下土壤结构体分形维数及其与主要土壤特性的关系。结果表明,本研究供试的22个土壤样品结构体分形维数变化在2.267～2.843之间;回归分析发现,土壤结构体分形维数与土壤有机质、全氮间呈极显著的负相关,相关系数分别为-0.5919和-0.6407(n=22),说明土壤结构体分形维数随土壤有机质、全氮含量增加而降低。对黄土正常新成土,除>5mm结构体外,土壤结构体分形维数与各粒径结构体含量皆呈明显线性关系,正负相关性以0.25mm为界:分形维数与>0.25mm结构体含量呈负相关,与<0.25mm结构体含量呈正相关。多元线性回归分析表明,结构体分形维数与>5mm、5-2mm、2-1mm、0.25-0mm结构体含量的偏相关关系达显著水平,而与1-0.25mm结构体含量的偏相关系数不显著。 2.研究了黄土高原主要土壤不同结构体中氮库的分布特征。结果表明,无论哪种结构体,从表层向下,有机氮、矿质氮、铵态氮、硝态氮含量皆呈递减趋势。不同土壤结构体,其有机氮含量明显不同,有机氮含量随土壤结构体从大到小呈“∧”形分布,0.25-1mm结构体中最大;不同结构体中铵态氮、硝态氮和矿质氮含量的分布没有明显的规律性。无论是土壤有机氮,还是矿质氮,其贮量在土壤结构体中的分布均呈“∨”形分布。在黄土高原,土壤中各级结构体含氮量分布随纬度增加而降低,土垫旱耕人为土各级结构体含氮量最高,干湿砂质新成土各级结构体含氮量最低。植被对结构体中的氮素分布也存在一定影响,有机氮和矿质氮大体上均呈自然林地>裸地>人工林>农地。 3.明确了黄土高原主要土壤有机碳库在不同结构体中的分布。结果表明,对所有结构体,随土层深度增加,有机碳含量和贮量皆呈递减趋势;各土层从>5 mm、2-5 mm、1-2 mm到0.25-1 mm结构体有机碳含量呈递增趋势,而从0.25-1 mm到<0.25 mm呈下降趋势,以0.25-1 mm结构体中有机碳含量最高。由于不同大小结构体所占比例不同,因此不同结构体中的有机碳贮量与含量并不完全一致:从>5 mm、2-5 mm到1-2 mm结构体,有机碳贮量呈递减趋势,而从1-2 mm、0.25-1 mm到<0.25 mm呈递增趋势,以1-2 mm结构体有机碳贮量最低。有机碳含量除土垫旱耕人为土在<0.25 mm结构体中最大外,干湿砂质新成土、黄土正常新成土和简育干润均腐土在0.25-1 mm结构体中最高;