论文部分内容阅读
土壤酸化已在世界范围呈现，其中我国东南丘陵区红壤酸化尤应特别关注。由于人为活动影响，红壤酸化明显加剧，使本就酸性的土壤更酸，造成土壤生产力显著下降。然而该区域近几年来未有系统的调查研究，只知道酸化在加剧，缺乏最新的酸性程度和酸化速率的详细报道。此外，确定该区域土壤加速酸化下土壤和植物养分的敏感指标，对预测酸性土壤毒害的发生具有一定的帮助。众所周知，植物是土壤生态系统中的一个重要组成部分，一方面通过对阴阳离子的吸收参与土壤酸化过程，另一方面通过自身调节机制适应土壤酸化。然而，随着土壤酸化的不断加快，植物过量吸收阳离子对土壤酸化贡献能力的变化趋势尚不清楚。此外，前期的研究主要集中在植物个体耐酸或耐铝的生理和分子机制，对土壤酸化过程中生物群落的演替规律及其与土壤生态系统的耦合作用仍缺乏系统而深入的了解。因此，本论文首先通过对我国东南丘陵四省区大范围的土壤-植物调查，明确该区域的酸化程度以及土壤和植物的酸化敏感指标;其次，以湖南祁阳长期施肥定位试验地的小范围植物-土壤调查为基础，研究土壤加速酸化过程中植物作为酸化因子的贡献率变化，以及植物群落结构及土壤生态系统对土壤酸化的耦合响应。主要结果如下: (1)对浙江、江西、湖南、广东四省区进行土壤-植物调查，分析了54个土壤样品和215个植物样品。发现四省区土壤pH平均值为4.4，比1980年第二次土壤普查的结果降低了0.97个单位，表现出土壤酸化严重，酸化速率加快的现象。综合分析土壤养分和植物体内养分含量发现，响应土壤酸化的土壤养分最敏感指标为碳磷比，酸化的临界值为pH5.18，碳磷比为30.68;植物养分元素最敏感的指标是地上部钙离子含量。分析结果说明，磷素的有效性是阻碍酸性土壤植物生长的最主要因素。 (2)基于湖南祁阳红壤实验站农田25年长期定位试验地研究长期不同施肥处理下小麦阴阳离子吸收对土壤酸化贡献能力的变化。结果表明，长期施用化学氮肥显著降低土壤pH值，有机肥则可缓解土壤酸化;单位面积土壤中小麦吸收阴阳离子对土壤酸化的贡献能力，即小麦产生的总质子量顺序为有机肥(M)＞氮磷钾配施有机肥(NPKM)＞磷钾(PK)＞氮磷钾(NPK)＞不施肥(CK)＞氮磷(NP）＞氮钾(NK)。相关性分析显示，小麦产生的总质子量与土壤pH、地上部总生物量和有效磷含量均呈显著性正相关，而土壤pH和有效磷含量均与小麦地上部生物量呈显著正相关。因此，长期施肥的农田土壤中，随着酸化的加剧，作物通过阴阳离子吸收对土壤酸化的贡献能力减弱，主要原因在于土壤pH和有效磷限制了作物的生物量。 (3)以湖南祁阳红壤站长期定位试验地为研究对象，通过对杂草多样性和相应土壤理化指标的分析，研究杂草群落及土壤生态系统对土壤酸化的综合响应。研究发现，杂草群落特征受酸化影响显著，土壤酸化导致群落物种数减少，优势种改变，多样性指数下降，且施用石灰后不能完全恢复。马唐草对于土壤的酸化适应能力强，而金色狗尾草和酢浆草对土壤酸化较为敏感。利用生态化学计量学的方法分析发现，杂草氮钾含量受土壤中相应养分有效态含量的影响较大，而杂草磷含量保持相对稳定的状态。另外，杂草群落多样性与土壤理化性质相关性分析显示，影响杂草群落结构变化的主要因素为土壤氮含量和土壤pH。