温带森林土壤微生物生物量氮季节动态特征毕业论文 精品.docx

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毕业论文

温带森林土壤微生物生物量氮季节动态特征

学生姓名：

巩志清

专业班级：

林学2009级3班

指导教师：

陈立新教授

学院：

林学院

2013年6月

东北林业大学

毕业论文任务书

温带森林土壤微生物生物量氮季节动态特征

学生姓名：

巩志清

专业班级：

林学2009级3班

指导教师：

陈立新教授

学院：

林学院

2012年12月18日

题目名称：

温带森林土壤微生物生物量氮季节动态特征

任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）

1研究内容：

本实验主要对三种温带森林土壤微生物生物量氮的季节动态特征进行研究。

实验中选取的三种森林类型（红松椴树混交林、红松枫桦混交林、红松纯林），研究它们在5月份、7月份、9月份、10月份中微生物生物量氮的季节动态特征。

2研究计划与时间安排：

2012.11—2012.12：

前期准备，查阅和收集国内外相关文献，确定实验方案。

2012.12—2013.01：

整理资料，撰写开题报告。

2013.03—2013.05：

实验室准备工作及实验的进行。

2013.05—2013.06：

整理数据，撰写论文，提交答辩。

3完成工作量与水平要求：

阅读相关文献20篇以上

掌握凯氏定氮仪（KETUO—KDY9830）的原理与操作方法

掌握SPSS数据统计分析软件的使用

培养独立完成实验、分析问题和解决问题的能力

分析实验结果，撰写论文

其中：

参考文献篇数：

20篇以上（其中，外文文献3篇以上）

论文字数：

10000字以上

外文翻译：

1000字以上

专业负责人意见

签名：

年月日

温带森林土壤微生物生物量氮季节动态特征

摘要

土壤微生物是森林生态系统中非常重要的分解者，在氮循环中起着相当重要的作用。

与此同时土壤微生物还是对环境变化的敏感指示者。

采用氯仿熏蒸浸提法测定了我国小兴安岭地区三种温带森林土壤微生物生物量氮（Nmic）的季节动态特征。

结果表明：

林型之间Nmic是有差异的。

红松椴树林、红松枫桦林以及红松纯林的Nmic的含量变化范围依次为：

0.001—0.073mg/g、0.001—0.162mg/g、0.001—0.371mg/g。

红松纯林和红松枫桦林在5月到7月之间土壤微生物生物量氮矿化率比红松椴树林快。

之后7月到10月之间，三林型变化幅度差不多，只是红松椴树林Nmic的累积矿化率一直在增大，而红松枫桦林、红松纯林Nmic有一个先小幅度上升，之后又小幅度下降的过程。

红松枫桦林、红松椴树林、红松纯林之间Nmic在林型之间有差异，但差异并不显著；三林型Nmic在月份上的差异要大于它们在林型上的差异，但差异也并不显著。

三种林型不同林隙之间Nmic也是有差异的，但差异都不显著。

关键词　：

温带森林；微生物生物量氮；季节动态

Theseasonaltemperateforestsoilmicrobialbiomassnitrogendynamic

Abstract

Soilmicroorganismisveryimportantdecomposersinforestecosystem,playsanimportantroleinthenitrogencycle.Meanwhilesoilmicroorganismsorsensitiveindicatorsofenvironmentalchange.Xiaoxinganlingregioninourcountryisdeterminedbychloroformfumigationextractioninthreetemperateforestsoilmicrobialbiomassnitrogen（Nmic）theseasonaldynamiccharacteristics.ResultsshowthattheforestNmicistherearedifferencesbetween.Koreanpinelindentrees，KoreanpinemaplebirchforestandKoreanpinepureforestofNmicrangeofsequenceis0.001to0.073mg/g,0.001to0.162mg/g,0.001to0.371mg/g.KoreanpinepureforestandKoreanpine,maplebirchforestbetweenmaytoJulyinthesoilmicrobialbiomassnitrogendecreasedfasterthanKoreanpinelindentrees.BetweenJulyandOctober,afterthechangerangeofthreeforesttypesissimilar,onlyKoreanpinehasbeendecliningNmiclindentrees,maplebirchforestandKoreanpinepureforestandKoreanpineNmichasasmallrisefirst,andthenfallenslightly.MaplebirchforestandKoreanpinelindenwoodofKoreanpine,KoreanpinepureforestbetweenNmictherearedifferencesbetweenforesttypes,butthedifferenceisnotsignificant;InthreeforesttypesNmicisgreaterthanthedifferencesintheirdifferencesofforesttype,butthedifferenceisnotsignificant.ThreeforesttypesindifferentgapbetweenNmicalsohavedifferences,butdifferencesarenotsignificant.

Keywords　：

temperateforest；themicrobialbiomassnitrogen；seasonaldynamics

目录

摘要

Abstract

1前言1

1.1国内外研究现状1

1.2选题目的和意义2

2研究区概况4

2.1地理位置4

2.2气候4

2.3植被4

2.4土壤4

2.5本章小结4

3研究方法5

3.1野外样地选择及取样5

3.2实验方法5

3.2.1试剂配置5

3.2.2制样5

3.2.3测定6

3.2.4计算6

3.3本章小结6

4研究结果及分析7

4.1红松枫桦林Nmic随月份的变化7

4.2红松椴树林Nmic随月份的变化7

4.3红松纯林Nmic随月份的变化8

4.4三种林型之间Nmic的比较8

4.5红松枫桦林大、中、小林隙之间Nmic的比较10

4.6红松椴树林大、中、小林隙之间Nmic的比较11

4.7红松纯林大、中、小林隙之间Nmic的比较12

4.8三种林型大林隙之间Nmic的比较13

4.9三种林型中林隙之间Nmic的比较14

4.10三种林型小林隙之间Nmic的比较15

4.11本章小结15

结论17

参考文献19

附录20

致谢21

1前言

1.1国内外研究现状

近年来,在国内外研究土壤微生物生物量氮已经成为越来越多研究者关注的话题,国外研究对土壤微生物生物量氮已经开始从氮在土壤微生物组成和结构来说明这部分的有效性氮,但在国内这方面的研究还很肤浅。

土壤微生物生物量是已经开始了近三十年的研究领域,研究土壤微生物生物量的动态变化,已成为目前的研究趋势,为理解土壤氮循环和土壤微生物在土壤养分循环和土壤氮循环的作用具有十分重要的意义[1]。

土壤微生物群落的研究应对全球气候变化及其影响全球气候变化的调整,提供了大量的重要依据。

尽管已经有许多研究报道,动态变化特点的土壤微生物生物量,但变化规律和调控机理仍不清楚。

土壤微生物的生命周期短,适合条件下二十到三十分钟就可以更新新的一代,细菌和真菌几小时更新一代。

土壤微生物群落在不断新老替换。

在土壤微生物生物量在一定条件下在一个潜在的平衡状态。

土壤微生物生物量在土壤条件变化和反应迅速[2-6]。

土壤微生物生物量受自然条件和人为干扰往往有明显的季节动态变化特征。

土壤微生物生物量在不同森林生态系统可能有不同的特征动态变化的时节,但在夏季的高和低的冬季、夏季低高和干燥,冬季潮湿季节交替循环是最常见的。

Mao等学者研究的结果显示,土壤微生物生物量的季节变化C,N是单峰曲线,五到逐渐增加,9月达到顶峰,在9月和10月开始下降。

土壤微生物生物量碳的森林凋落物分解前一个月（9月）达到最大值,在最冷的月最低,这是ruan等在热带雨林地区的研究结果[8]。

Chen等学者研究季节性变化对红色土壤微生物生物量的影响,土壤微生物生物量C、N是最明显的季节性变化,具体表现在夏季高和冬天低，春秋在两者之间[7]。

朴河春等研究了贵州喀斯特地区中土壤微生物量碳的季节性变化特征,发现土壤微生物生物量C具有显著的季节动态特征,冬季土壤微生物量C比夏季含量要高。

王国兵等在江苏下蜀次生栎林的研究结果表明,土壤微生物量C具有显著的季节动态特征。

表现为土壤微生物生物量C在植物休眠季节保持较高的水平，在植物生长季节保持在较低水平[9-10]。

土壤微生物生物量在明显的干、湿季的热带森林生态系统与季节性干湿交替周期,给出了相应的周期的变化规律。

有一些研究结果表明,土壤微生物生物量C在干燥的季节里最大，在雨季是最小的[11]。

与此结果相反,其他一些研究结果表明,土壤微生物生物量C在雨季最大,而在干旱季节最小。

这说明,土壤微生物生物量的季节动态具有复杂性的特点。

土壤微生物在它的生命活动中需要能量和养料,并对湿度、温度、通气性以及其他环境条件有一定的要求。

土壤微生物生物量季节性涨落,主要与土壤中可利用碳和植物生长节律、养分资源的限制、土壤湿度及土壤温度等因素有关。

于学珍等研究了浙江天童常绿阔叶林植被5个主要退化阶段土壤微生物主要类群数量分布特征。

刘满强等研究发现土壤微生物量C、N在不同植被下的季节波动状况也不同,林地土壤微生物生物量C、N冬季和夏季的数值高于秋季和春季,而荒草地夏季和春季的数值高于秋季和冬季。

森林土壤微生物的分布在空间地理位置上的差别很大,呈现出土壤类型和地理区域上的分布特征[12]。

土壤微生物群落结构的影响,动态变化的因素很多,除了人为干扰因素的影响，土壤中微生物的分布也不容忽视。

各种生态因素包括土壤中可利用碳源和养分、温度和湿度等，同时,植物区系成分和分布的土壤微生物及其植被类型的亲密关系[13-15]。

森林土壤微生物活性是一个重要的组件，对土壤属性来说,三大类型的微生物生物量是其中的一个重要指标,对土壤微生物活动来说。

放线菌、细菌对森林土壤有机质中扮演着重要的角色,分解和养分释放和真菌在森林覆盖内容的木质素分解起着重要的作用。

另外,森林土壤中具有功能性的微生物,主要有纤维素分解菌、氨化细菌、固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌等微生物类群,直接参与碳和氮循环在森林土壤,反映了分解的有效氮在土壤养分和碳源和氮源的生产力等。

如研究落叶松生物量、土壤微生物土壤微生物生物量碳、氮和土壤总氮、有机碳呈显著正相关,与土壤水分没有相关性。

Mao等研究发现相关的微生物生物量碳与土壤温度、水分含量低于微生物生物量氮、微生物生物量和土壤温度、水分,具有良好的相关性[16]。

陈珊等研究了东北草原土壤微生物生物量和土壤生境,发现影响的温度和水分对土壤微生物生物量是更强的增加,土壤温度、水分、微生物生物量呈增大趋势,最高峰值出现在八月中旬,9月,由于土壤温度和水分减少,土壤生物生物量也逐渐下降。

胡承彪等通过对里骆不同森林类型的土壤微生物是确定,发现各种各样的森林土壤中细菌数为最,真菌,放线菌少;常绿阔叶林在生化强度、数量的细菌,垃圾分解强度和酶活性显著高于混交林、针更高于杉木人工林。

郑华等研究发现:

天然次生林土壤微生物生物量碳和细菌量最高,其次是种植园,最后,荒地;天然次生林土壤微生物群落利用的总体容量和功能多样性的碳源比种植园和荒地。

有研究发现:

随着复苏的退化喀斯特植被、土壤微生物数量、生化作用强度、微生物生物量碳和微生物熵增加显著,土壤微生物活性明显增强,表现在乔木>灌木>草本>裸地。

有人在墨西哥季节性干旱的热带森林土壤微生物进行了研究,结果发现:

原始森林和次生林在雨季开始的时候土壤微生物生物量碳在中期和早期的演替的次生林土壤微生物生物量碳的最大价值[17]。

国外现有的数据表明,土壤微生物生物量氮含量一般是20-200毫克/千克,在土壤中占总氮的3%到6%;在国内尚没有系统的相关数据。

1.2选题目的和意义

森林土壤微生物是森林生态系统的重要组成部分,在腐殖质组成，森林凋落物分解,土壤养分循环和能量转换中扮演着重要的角色,数量不仅直接影响到土壤生化过程和土壤营养成分和转换,也代表了土壤生物活性,是保持和恢复林地生产力的主要因素[18]。

森林土壤微生物种群和数量直接影响土壤理化性质、土壤肥力和森林生长和发育,分布和活动的一个主要依据综合评价森林生产环境;也反映了土壤的质量,人类干扰,和一个最敏感的指示器的土地利用变化。

森林土壤微生物研究有助于理解森林生态环境和演替的植被动力学,它演示了退化森林生态系统的天然土壤,机制和过程的退化林地土壤生态系统恢复和重建的措施,提供一个科学依据森林生态建设的保障体系。

微生物生物量是反映土壤质量的重要生物学指标[19]。

土壤有机质中最为活跃的部分是土壤微生物生物量,它平衡着陆地生态系统中的生物地球化学过程。

很多研究表明,森林土壤微生物生物量具有非常明显的季节动态变化特征。

早期对土壤微生物生物量的研究,使人们认识到土壤微生物生物量是土壤微生物群落和植物可利用的不稳定的能量和营养物的来源,并且具有很高的灵敏性,是反映土壤质量、人类干扰以及土地利用变化最为敏感的指标之一。

随着全球变暖趋势逐渐明显,土壤微生物生物量在分解的有机质,土壤温室气体释放过程中的作用已成为全球碳循环的一个重要问题的全球气候变化研究。

土壤微生物生物量与复模态的季节性波动,是综合作用的结果,各种生态因素和目前我们了解的监管机制还很缺乏。

一般的观点,对于一个特定的森林生态系统,土壤温度和土壤水分的季节变化是调节土壤微生物生物量季节波动的主要因素,和不同植被的地理分布和植被类型是不同大小的森林生态系统,土壤微生物生物量的变化是季节性差异产生的波型[20]。

土壤温度和湿度有很强的季节性变化在一年,季节性动态变化的土壤微生物生物量有相当大的影响力。

纬度的增加,土壤温度对土壤微生物生物量季节性波动的主要监管作用逐渐加强,土壤水分对土壤微生物生物量主导调节功能的季节性波动逐渐减弱;高温和高湿度环境有利于植物的快速增长,导致植物对土壤氮、磷和其他营养素需要量很大,不利于土壤微生物繁殖;条件为高温和高湿度的环境,土壤微生物活动增加,加速分解利用能源物质,维持快速的周转率,虽然土壤微生物快速繁殖,但往往由于受限制的可用资源,土壤微生物生物量是较小的,土壤微生物生物量氮含量可以反映土壤氮能力的大小，对土壤温度和土壤湿度除了直接影响土壤微生物,主要是通过也影响植物的生长节奏和土壤微生物和植物对土壤养分竞争关系来影响季节性波动的土壤微生物生物量;在温带和寒带地区,土壤微生物生物量呈现高夏季低冬季或夏季高冬天淡季波动模型,土壤温度和土壤湿度主要是相关的交互作[21]。

另外，土壤微生物量氮是土壤有效氮活性库的主要部分。

所以研究森林土壤中微生物生物量氮的季节动态很有意义。

2研究区概况[4]

2.1地理位置

该实验取样的地方是凉水实验林场，凉水实验林场位于黑龙江省伊春市带岭凉水沟原始林地，是小兴安岭红松阔叶林典型代表之一。

地理坐标：

东经128。

48′30〃~128。

55′50〃;北纬47。

7′39〃~47。

14′22〃。

2.2气候

冬季严寒干燥，主要受西伯利亚高冷气压影响，夏季温凉多雨，主要受太平洋季风影响，温带大陆性季风气候特征是很明显的。

年均温为0.5。

C,七月为最高为19.2。

C，一月为最低为-21.4。

C，33.6。

C为极端最高温，-41.2。

C为极端最低温，年均地温是1.7。

C，54.5。

C为极端最高地温，-45.1。

C为极端最低地温。

732.4mm为全年蒸发量，夏季蒸发量是冬季的11倍。

其中林外蒸发量比林内大79.1%。

734.7mm为全年降水量，夏季是降雨的集中季节，降雪开始于十月中旬，化雪开始于五月上旬。

河流有长为六个多月的结冰期，结冰开始于十月下旬，开冻始于四月中旬，有100~120d的无霜期，五月中旬开始晚霜，九月下旬开始早霜。

五月上旬为乔木的生长期。

乔灌木开始休眠是在十月初，此时气温为2.6，植物有120d的生长期。

2.3植被

以红松为主的温带针阔叶混交林生态系统及其国家重点保护的野生动、植物物种是本区的最主要的保护对象。

据多年的调查研究统计本区有动、植物种类2000余种，森林植被类型丰富，同时物种也特别多。

红松阔叶林是主要的森林类型，红松、黄菠萝、水曲柳、榆、枫桦、椴、山杨、白桦、云杉、冷杉、落叶松为主要的乔木树种，红松是其中最多的。

这里是我国现有保存下来的较大片原始红松林基地之一。

这里的森林对进一步研究天然林和更好的恢复森林都有着及其重要的意义。

2.4土壤

该实验区的地带性土壤为暗棕壤。

非地带性土壤有草甸土、沼泽土和泥炭土及其亚类构成。

暗棕壤：

该类土分布面积最广，是小兴安岭典型的地带性土壤，该土壤在凉水林场分布各类型的原始红松林和破环后次生林下均有着分布。

该类土壤腐殖质含量比较高，具团粒结构，含各种营养元素，肥力很高，极具潜力。

适于林木生长。

草甸土：

该类土壤分布在河流两岸、山间低平地及冲积地，常与沼泽土呈复区存在，分布面积较少。

沼泽土：

该类土壤发育于林区低湿地段，小溪旁地形平坦，地表经常间歇积水，常见植被有小叶草、泥炭藓、苔草等。

该实验区地带性的暗棕壤，与非地带性草甸土、沼泽土，三者相互演替。

2.5本章小结

该地区极具温带森林的特征，极具温带森林的代表性，在该实验区取样是很科学的。

3研究方法

3.1野外样地选择及取样

在凉水自然保护区内,选择红松枫桦混交林、红松椴树混交林、红松纯林3种林型,在每个林型中选设3块30m*20m的标准地,在每个标准地中,按“S”形选设5个采样点。

并在这三种林型中各选大、中、小三个林隙，在每个林隙中也按“S”形选设5个采样点。

2012年5月到10月每月分别在选设的标准地以及选设的林隙中的采样点,采集0—10cm土样。

土样立即装入冷藏箱，并尽可能快的带回实验室置于2。

C低温保存。

3.2实验方法

3.2.1试剂配置

混合催化剂：

按照硫酸钾：

五水硫酸铜：

硒粉=100：

10：

1，称取硫酸钾100g、五水硫酸铜10g、硒粉1g。

均匀混合后研细。

贮于瓶中。

40%氢氧化钠：

称400g氢氧化钠于烧杯中，加蒸馏水600ml，搅拌使之全部溶解。

2%硼酸溶液：

称20g硼酸溶于1000ml水中，再加入2ml混合指示剂。

（按体积比100:

2加入混合指示剂）

混合指示剂：

称取溴甲酚绿0.5g和甲基红0.1克,溶解在100ml95%的乙醇中,用稀氢氧化钠或盐酸调节使之呈淡紫色，此溶液pH应为4.5。

0.01mol/L的盐酸标准溶液：

取比重1.19的浓盐酸0.84ml，用蒸馏水稀释至1000ml，用基准物质标定之。

0.5mol/LK2SO4溶液：

称取K2SO487.165g溶解于蒸馏水中，搅拌溶解，（可加热）定容至1L。

去乙醇氯仿的配制方法：

通风柜量取一百毫升的氯仿放到五百毫升的分液漏斗中，往其中加二百毫升蒸馏水，把塞子加上以后，上下左右振荡它十几下以后打开塞子放气，其后盖上塞子继续振荡它十几下，就这样反复至少三次后，把分液漏斗放到铁架台上，等待使溶液分层以后，把分液漏斗下端的阀打开，把下层溶液（即氯仿）倒入二百毫升的烧杯，把剩下的溶液倒到水槽中。

将烧杯中的氯仿倒到分液漏斗中，至少反复三次。

最后将精制后的氯仿倒到棕色瓶中，加入无水CaCl210g，放到阴暗的地方保存起来。

3.2.2制样

称取新鲜土壤10.0g放置烧杯中，加约等于田间持水量60%水在28℃下培养7~15d。

把培养好的土样连同烧杯一起放到真空干燥器中，同时内放一小烧杯（装有100ml去乙醇氯仿），密封真空干燥器，把密封好的真空干燥器连到真空泵上，抽真空让氯仿沸腾5分钟，静置5分钟，再抽滤5分钟，同样操作三次。

把干燥器放入26℃培养箱中一昼夜后，抽真空20-35分钟，目的是把土壤吸附的氯仿去掉。

按照土：

0.5mol/LK2SO4=1:

4（烘干土算，一般就是湿土：

0.5mol/LK2SO4=1：

2），加入0.5mol/LK2SO4溶液（空白省去氯仿熏蒸这一步，其他一样）震荡30分种，过滤。

3.2.3测定

滤液要是不及时测定，需立即在-15℃以下保存，此滤液可用于微生物碳氮的测定。

微生物碳测定只吸取2ml，采用重铬酸钾-硫酸亚铁滴定法测定。

微生物氮吸取滤液10ml于消化管中，加入2g催化剂，在再加5ml浓硫酸，管口放一弯颈小漏斗，将消化管置于通风橱内远红外消煮炉的加热孔中。

打开消煮炉上的所有加热开关进行消化，加热至微沸，关闭高档开关，继续加热。

消煮至溶液呈清彻淡蓝色，然后继续消煮0.5—1.0h，最后溶液呈蓝绿色，土呈灰白色，全部消煮时间约85一90min。

消煮完毕冷却，同时做两个试剂空白试验。

3.2.4计算

a．氮含量计算：

土壤含氮量（%）=（V-V0）*N*0.014*100*ts/W（V—滴定试样时消耗的盐酸标准溶液体积，ml；V0—滴定空白时消耗的盐酸标准溶液体积，ml；N—盐酸标准溶液的当量浓度（此处为0.01）；W—土壤样品重（用水分系数换算成烘干土重）g；0.014—氮的毫克当量；T3—为分取倍数，滤液为15ml，试验测定用了5ml，因此处ts为3）

b．微生物氮计算：

Nmic=EN／KEN（式中Nmic—微生物量氮质量分数，mg.g-1；EN—熏蒸土样浸提的全N与未熏蒸土样之间的差值，mg.g-1（取上述A熏蒸和未熏蒸全氮的差值）；KEN—代表被氯仿熏蒸杀死的土壤微生物生物量碳在培养期间矿化为矿质态氮的比例，常取0.57（Jenkinson.1988））

3.3本章小结

在条件允许的情况下，我们充分利用有限的条件，使实验科学的进行。

在培养期间，我们时刻关注土壤的水分状况，让它始终保持稳定。

4研究结果及分析

4.1红松枫桦林Nmic随月份的变化

图1红松枫桦林Nmic随月份的变化

从图1中可以看出红松枫桦林在五月份的时候，0—10cm土壤微生物生物量氮很大，七月份时已经很小，在七月到九月时，有个小幅度的上升，之