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黄土高原刺槐林地土壤-植物生态系统化学计量特征研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状与进展

1.2.1 生态化学计量学概念

1.2.2 生态化学计量学国内外研究进展

1.2.3 土壤生态化学计量学研究

1.2.4 植物生态化学计量学研究

2.1 研究内容及目标

2.1.1 研究内容

2.1.2 研究目标

2.1.3 技术路线

2.2 研究区域概况

2.3 研究方法

2.3.1 研究样地的选择

2.3.2 土壤、刺槐叶片和根系采样

2.3.3 土壤水分动态测定

2.3.4 土壤养分测定及化学计量特征分析

2.3.5 刺槐叶片和根系化学计量特征及养分测定

2.3.6 数据分析

第三章 不同年限刺槐林地土壤水分动态变化

3.1 不同年限刺槐林地土壤含水量

3.1.1 不同年限刺槐林地土体平均含水量

3.1.2 不同年限刺槐林地土壤水分剖面分布

3.2 不同年限刺槐林地土壤饱和导水率、容重变化

3.2.1 不同年限刺槐林地土壤饱和导水率、容重均值变化

3.2.2 不同年限刺槐林地0-50 cm土层土壤饱和导水率、容重剖面分布

3.3 讨论

3.4 小结

第四章 不同年限刺槐林地土壤碳氮磷钾的含量

4.1 不同年限刺槐林地土壤碳氮磷钾的含量

4.2 不同年限刺槐林地0-200 cm土层土壤碳氮磷钾剖面分布

4.3 不同年限刺槐林地土壤速效氮磷的含量

4.4 讨论

4.5 小结

第五章 不同年限刺槐林地土壤生态化学计量比

5.1 不同年限刺槐林地土壤生态化学计量比

5.2 不同年限刺槐林地0-200 cm土层土壤化学计量比的剖面分布

5.3 不同年限刺槐林地土壤速效氮、速效磷化学计量比

5.4 讨论

5.5 小结

第六章 刺槐叶片和根系中有机碳、全氮、全磷含量及生态化学计量比

6.1 不同年限刺槐叶片和根系中有机碳、全氮、全磷含量

6.1.1 刺槐叶片中碳氮磷含量

6.1.2 刺槐根系中碳氮磷含量

6.2 不同退耕年限刺槐叶片和根系生态化学计量比

6.2.1 不同年限刺槐叶片化学计量比

6.2.2 不同年限刺槐根系化学计量比

6.2.3 不同年限刺槐根在0-200 cm土层化学计量比剖面分布

6.3 讨论

6.4 小结

第七章 刺槐叶片-根系-土壤间养分及化学计量比关系

7.1 刺槐叶-根-表层土壤间C、N、P的分配规律

7.2 表层土壤与刺槐叶、根的养分关系

7.3 土壤-植物组织之间化学计量比的关系

7.4 讨论

7.5 小结

8.1 主要结论

8.2 存在问题和展望

参考文献

致谢

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摘要

黄土高原自退耕还林生态工程实施以来,已建设了大量的人工刺槐林地,在一定程度上遏制了黄土高原日益恶化的生态环境。然而,随着刺槐林龄的增加,林地生态系统的内部环境及土壤性质也会随之发生改变,进而影响土壤-植物系统养分分配格局。因此,研究刺槐林地土壤-植物生态系统化学计量学特征,探讨刺槐叶片-根-土壤的养分含量及其生态化学计量学特征的关系,对掌握碳氮磷养分循环调控机制有重要意义。主要结论如下:
  1、刺槐林地土壤含水量呈逐年降低趋势,而土壤饱和导水率呈逐年增大趋势,土壤含水量与饱和导水率变化趋势随土层深度增加而逐渐加剧。
  随生长年限的延长,刺槐林地0-200cm土壤含水量均值呈逐渐减少趋势,同一月份,各林龄土壤平均含水量呈现的变化趋势为:10年与15年均无显著性差异,25年与40年相差不大,40年较10年分别降低了16.70%、34.01%、22.70%、25.39%;0-200cm土壤含水量在3、5、8、10月呈逐渐下降趋势;0-50cm土壤饱和导水率均值随年限增长逐渐增大,40年较10年增长了59.56%,并且随土层深度增加而逐渐减小。
  2、刺槐林地土壤养分含量随生长年限延长呈增加趋势。
  随着刺槐林地年限的增长,土壤中养分含量都呈增加趋势,有机C、全N、速效P和速效N含量均为先减小后增大,全P和全K逐渐增大。与10年林地有机C、全N、全P、全K相比,40年林地依次增长了26.95%、30.56%、5.56%、23.02%。土壤养分具有“表聚效应”,即表层土壤养分含量较高,随土层深度增加呈递减趋势。除全钾外其他土壤养分含量均偏低。
  3、随生长年限延长刺槐林地土壤C∶N、C∶P和N∶P比呈先减少后增加趋势,C∶P、N∶P比随土层深度增加而递减。
  该地区土壤化学计量比值总体上较小。土壤C∶N、C∶P和N∶P比均为随年限增长呈现出先减少后增加趋势,表明随着刺槐生长,土壤C、N积累速率先增快后减慢,土壤固P潜力先减小后增大。C∶N比大于C∶P比大于N∶P比,可以看出随刺槐年限的增加,C素的积累速率大于N、P。
  4、不同生长年限刺槐叶片中C、N、P及化学计量比有显著差异,而根系中C、N、P及化学计量比差异不显著。
  叶片有机C含量随刺槐年限增长而减小,全N和全P含量随刺槐年限增长先减小后增加,40年叶片养分较10年降低了12.22%、20.42%、30.77%。随着年限的增长,刺槐固C能力逐渐减弱,N、P元素的积累速率随刺槐生长先减小后增大。叶片C∶N比随年限呈波动变化,叶片C∶P比随年限增长先增加后减少,刺槐叶片N∶P比随年限增加逐渐增大,40年叶片各计量比较10年分别增加了13.46%、9.28%、14.02%。刺槐生长速率随年限增加而降低,且该地区主要受P限制。4个年限刺槐在0-200cm土层根系有机C、全N、全P、C∶N比及C∶P比值随年限增长呈现出波动变化趋势,根系N∶P比均值随年限增加而增大。
  5、不同生长年限刺槐C、N、P在叶片-根系-土壤中的分配比变化明显,土壤与叶片化学计量比均无明显的相关性,根系化学计量比与土壤和叶片均有一定的关系。
  植物器官和土壤,C、N、P在根与表层土壤的分配规律均呈逐渐下降趋势,表明随着刺槐的生长,土壤养分也在不断改良;对于叶片和根系,C素的分配相对稳定,N、P分配比先减小后增加,表明先向根系富集后向叶富集。土壤与叶片化学计量比均无明显相关性,根系化学计量比与土壤和叶片都有一定的联系,植物从土壤中吸收养分与根部密切相关,且根系与叶内部养分含量密切相关,处于动态平衡。

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