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土壤硝铵比与植被动态关系的研究

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在植物群落演替过程中，土壤硝铵比是怎样变化的，这种变化对植物的生长、种群格局和植被动态又有哪些影响呢?为了解决这些问题，本论文以干旱区、半旱区沙地上的油蒿演替群落为研究对象，通过野外土壤样品分析、室内籽蒿盆栽以及野外油蒿＋冷蒿群落调查三部分实验，使用统计学和地统计学方法，分析了油蒿群落演替过程中，土壤硝态氮和铵态氮的时空变化规律，不同硝铵比对籽蒿幼苗生长率及其体内碳氮比的影响以及油蒿密度和格局对土壤硝铵比空间异质性的响应，以揭示土壤硝铵比对植物生长和植被动态的影响，从而完善干旱区植物群落稳定性机制。　　 1．对腾格里沙漠和毛乌素沙地沙丘固定过程中土壤铵态氮和硝态氮的测定结果表明，在剖面的垂直方向，土壤铵态氮和硝态氮含量都随土壤深度的增加而减小；在沙丘的水平方向，从丘顶、丘坡到丘间地，土壤铵态氮和硝态氮含量均趋于增加，但20～40cm土层的硝铵比逐渐降低。而其时间变化体现于演替系列的进程中，演替系列中前期，土壤铵态氮含量逐渐增加，演替系列中后期，硝态氮含量逐渐增加；0～20cm土层硝铵比的变化与上述趋势相同，而20～40cm土层硝铵比的变化则没有这种规律。可见，在沙丘固定过程中，土壤铵态氮和硝态氮均表现出明显的时空变化规律，这种时空变化规律是植被与环境综合作用的结果。　　 2．以干旱、半干旱地区流动沙地上的先锋植物籽蒿（Artemisia sphaerocephala）为研究对象，进行了两因素完全随机区组和三因素五水平通用旋转组合盆栽实验，探讨了土壤硝铵比和密度对籽蒿幼苗生长率及其体内碳氮比的影响。结果表明，随土壤硝铵比增大，籽蒿幼苗株高生长率和地上部生物量增加率均显著减小；随体内C:N比增大，籽蒿幼苗的地上部生物量增加率显著减小。土壤硝铵比对籽蒿幼苗根部碳氮比有显著影响，对地上部碳氮比无显著影响；对籽蒿幼苗地上部和根部全氮有显著影响，但对地上部和根部有机碳无显著影响，这说明籽蒿幼苗体内碳氮比的变化是由体内全氮浓度引起的，进一步说是由土壤有效氮浓度引起的。可见，随土壤硝铵比的增大，籽蒿幼苗体内碳氮比减小，进而导致籽蒿幼苗的生长率变化，土壤硝铵比会对植物的生长构成限制。　　 3．选择腾格里沙漠东缘内蒙古阿拉善左旗和毛乌素沙地陕西榆林芹河乡境内油蒿＋冷蒿群落为研究对象，分别在40m×40m样地中100个4m×4m样方里，调查了油蒿和冷蒿的密度及当年生物量，并测定了土壤0～20cm土层中的硝态氮和铵态氮含量，分析了土壤硝铵比与植物密度及其种群格局之间的关系。结果表明，随着土壤硝铵比的增加油蒿当年生物量和密度减小，而冷蒿当年生物量和密度增大。而且随着土壤硝铵比空间异质性的增加，油蒿当年地上生物量和密度的空间异质性减小，油蒿的集群度下降，而冷蒿当年生物量和密度的空间异质性增加，冷蒿的集群度增加。可见，较大的密度空间异质性导致较大的种群集群度，土壤硝铵比通过影响植物的密度和生物量来影响种群的格局。　　 综上所述，在油蒿群落演替过程中，土壤硝态氮、铵态氮及硝铵比存在时空变化规律，而且土壤硝铵比通过影响植物体内碳氮比来影响植物的生长率，进而影响植物群落演替。另外，土壤硝铵比及其空间异质性的变化会影响植物的密度和生物量，从而影响种群的格局。本研究为探索土壤养分对植物生长和群落演替的影响提供了一定的理论基础，也为中国西北干旱、半干旱区沙地植被恢复提供了一定的理论指导。

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