土壤论文正文

1、摘 要研究碳、氮和磷的平衡关系对于认识生态系统的碳汇潜力以及生态系统如何响应未来气候变暖具有重要的意义。济南南部山区是济南市的重要生态屏障，是济南泉水的源头，其生态建设对全市的可持续发展具有十分重要的意义。本研究运用室外调查与室内实验的方法，通过土壤采集、土壤碳氮磷含量测定，土壤典型特征测定、分析，研究不同植物群落森林土壤的碳、氮和磷的计量特征。通过实验研究济南南部山区典型森林群落土壤碳氮磷的含量，最终获得土壤碳、土壤氮和土壤磷的计量特征，以及三者的关系，找出影响其含量的因素，为石灰岩山地植被恢复与管理提供基础数据，指导植被恢复实践。关键词：土壤；碳；氮；磷；计量特征abstractstudy

2、 the balance of carbon , nitrogen and phosphorus is of great significance for the understanding of ecosystem carbon sequestration potential, and how ecosystems respond to future climate warming. the south mountains of jinan are an important ecological barrier in jinan city, and they are the source o

3、f jinan spring water, and its ecological construction is very important for the sustainable development of the city. in this study using outdoor surveys and indoor experimental method, through the soil collection, soil carbon nitrogen and phosphorus content determination, determination and analysis

4、of typical characteristics of soil, analysis of the carbon, nitrogen and phosphorus measurement characteristics in forest soil in different plant communities. through experiment study the content of carbon, nitrogen and phosphorus in soil in the typical forest of the south mountains of jinan, finall

5、y obtained the measured characteristics of soil carbon, soil nitrogen and phosphorus, and find the relationship between the three, identify the factors that influence their contents, provide basic data for the limestone mountain vegetation restoration and management and to guide vegetation restorati

6、on practice.key words：soil; carbon; nitrogen; phosphorous; measured characteristics目 录摘要iabstractii1 前言11.1 研究背景11.2 碳氮磷计量学研究的科学意义11.3 土壤碳氮磷计量学特征研究21.4 研究对象32 材料与方法42.1 ph的测定42.2 土壤有机质含量测定42.3 土壤全磷含量测定52.4 土壤速效磷测定72.5 土壤硝态氮的测定82.6 土壤氨态氮的测定92.7 土壤全氮测定103 结果与分析123.1 数据及计算123.2 数据分析与讨论20结论25参考文献26致谢281

7、 前言1.1 研究背景目前，对于碳、氮和磷等元素的研究已经成为全球变化研究的热点之一，并且碳与氮磷等各元素的循环过程是相互关联的1，因此，生态系统碳循环过程将会受到养分循环改变的强烈影响2，所以，单单研究碳的变化就会带来很多方面的成果，不仅相关的生物体对元素的需求会对碳循环的稳定性产生影响,而且这种稳定性也要受到周围环境中化学元素的平衡状况的影响，因此对碳的研究要考虑多方面的因素，并且在生态系统中，碳的储量在比较稳定的情况下是由质量守恒原理来控制的3，除此之外，碳的储量还要受到氮磷等元素的供应量的控制，所以，研究碳、氮和磷的平衡关系对于认识生态系统中碳汇潜力具有很高的生态学意义，对土壤中碳氮磷

8、的研究还可以对研究生态系统是如何对未来的气候变暖现象的响应具有很重要的意义4 。研究济南南部山区典型森林土壤碳氮磷计量特征对于济南森林生态系统的发展与改善具有重要的实践意义。1.2 碳氮磷计量学研究的科学意义氮和磷不仅是植物生长必需的矿质营养元素，而且他们在生态系统中的含量还比较有限，在植物的体内氮和磷存在功能上的联系，他们二者之间具有重要的相互作用，而且两者的相互影响作用比较明显，但是在全球尺度上对于氮磷的研究仍然是缺乏深入探讨的5。植物凋落物分解速率可以通过氮磷养分的有效性来调节，这种有效性也是影响生态系统碳平衡的一个主要因素6，有效性偏高或者偏低都会对植物的生长带来影响，土壤养分的有效性

9、如果较低，则会影响到植物叶子中氮磷的含量，从而导致光合作用的能力也要跟着发生变化7。因此，当土壤养分的有效性下降时，生态系统的净初级生产力就会受到限制8，那么，在土壤中，有机质的分解就会减慢，在森林的地表，其中碳的积累作用也会随着降低，从而进一步影响到了整个的生态系统。在原生生态植物演替期间，植物生长过程中，养分的限制作用是从早期的氮的有效性的限制慢慢转为后期的磷的有效性的限制9，在温带森林地区，植物养分一般是受氮素限制的，而热带地区养分的缺乏主要是磷素 10。不同地区，氮磷的限制作用也是不一样的。walker l r等11还发现，通过多次的观测与研究，结果表明：在新鲜的凋落物和腐殖质中，土壤

10、的氮磷比将会随着土壤底物时间的增加而增加，因而从热带到温带，森林生态系统将会发生相似的森林退化现象，从而导致了土壤磷有效性的降低。虽然这项研究中使用了森林动力学模型，尽管它没有将物种多样性的功能与作用考虑进去，其研究得出的结论还需大量的研究论证12，但是可以通过叶和凋落物氮磷比的变化来监测土壤养分的有效性，所以，对于研究土壤中的氮素与磷素是必然需要的。但是这些年来由于人类活动对自然生态的破坏与影响，氮素和磷素的循环速度与规模都发生了巨大的变化，从而导致了一系列的环境问题，所以说，对氮磷比的化学计量学的研究，在研究养分循环和研究生态系统的功能上就显得非常重要了13，氮磷比的价值也体现出来了。微生

11、物为了维持它们自身碳与所需养分的平衡，会对土壤碳的含量与凋落物质的增长产生影响，土壤中的微生物与植物的需求之间可以达到并且维持一个相对平衡的元素比，这表明氮和磷可以限制植物的生长，而碳的积累速率与存储的能力又与氮和磷的供应是相联系的11，但是土壤和凋落物中的碳与养分的比值差异到底和生态系统功能之间存在着怎样的关系，目前还是不明确，还需要做大量的研究。生物量中碳与氮磷的化学计量比值的差异，是能够对生态系统中碳的消耗或固定的过程14进行调控并且影响的，因此，在研究中我们可以用cnp化学计量比对生态系统中的碳的循环、氮磷元素的平衡与相互影响的关系进行分析。1.3 土壤碳氮磷计量学特征研究 相关特性主

12、要采用经典统计学方法15，用excel、origin分析处理。土壤碳氮磷比是对土壤中有机物质或其它的成分中的碳素与氮素、磷素的总质量的比值，是土壤有机质组成成分的一个重要指标。碳氮磷比主要受区域水热条件以及成土作用特征的控制，不同的耕作方式可能会影响土壤中的有机物质、氮的含量和其他的物理性质16。氮和土壤中的有机物质结合成的有机组合构成了一个大仓库，氮就是在这个大仓库中慢慢提供给作物的。耕作处理可以对深度达0到30厘米的土壤中的有机物质含量有明显的影响作用。不同的氮肥引用率会影响土壤中总的百分氮的含量。氮对作物的营养起着关键的作用，并且对氮的管理方法是作物产量的极为重要的一方面。在所有的营养中

13、，植物对氮的需求是远远超过其他元素的16。土壤中的碳氮磷的总量会受到气候、植被、地貌、年代、母岩、土壤动物等因子和人类活动的影响，空间的变异性会比较大，碳氮比的变化也会不同，比如我国的湿润温带地区的土壤中的碳氮比值会稳定在10到12左右，热带与亚热带的红和黄壤则可高达20，而我们常见的耕作土壤的表层中，土壤有机质的碳氮比值会在8到15之间，平均在10到12之间，平均值比较稳定，但是局部的会发生较不明确的变化，它们处于植物残体与微生物的碳氮比之间17。影响着碳氮比的因素很多，很多也不明确。土壤碳氮比也会因为不同的植被类型而存在差异，例如土壤碳氮比从森林的13上升到退化草地的17，其随着生他植物演

14、替的变化大体是这样的，生态系统的高密度部分中土壤有机质比它的轻组部分有着更低的碳氮比18，原因是植物通过消耗和释放不同的环境要素比值的元素，从而对土壤碳氮磷比值产生的影响19，归其原因，基本是如此的，其他的影响很微小。无论是土壤的物理结构还是化学性质以及土壤的厚度都会对土壤碳氮磷比产生一定的影响，分析时要分别对各因素进行探索。1.3.1 国内外研究现状近年来，国内外对土壤碳氮磷的研究有上升的趋势。通过统计学的方法，国内外已有许多学者对农田土壤有机质以及各种养分的时空变异进行了研究，并且对土壤中碳氮磷的空间和时间上的变异特征进行了分析，探讨了这些物质元素变异的原因，并且从中取得了非常丰富的研究成

15、果20-23。土壤有机碳与全氮比值的演变非常值得我们的重视24，因为碳氮比是土壤质量的敏感指标，而且碳氮比会影响到土壤中有机碳和氮的循环25。对此，国内外展开特别针对的研究，不仅对植物中生物量进行研究，而且对土壤中碳的储量也开展了大量的探讨，有的研究在此基础上应用高光谱技术对植被的生化参数进行提取并且对植物叶片中的碳氮比4进行了估测。农田生态系统受人为的影响比较强烈，耕作模式、利用效果、施肥量等农业措施都会直接或间接的影响土壤碳和氮的比例关系，无论哪种影响，其效果不会很容易的确定的，这些因素都会引起微生物的活性，从而影响土壤的质量并且会对土壤的碳、氮循环24造成一定的影响，他们的研究还表明碳氮

16、循环的变化状况又会对农田生态系统的正常功能的发挥以及土壤用作大气碳、氮源和汇作用等有重要的影响26。现在的研究很少将植物凋落物的土壤作为一个完整的系统来考虑的，绝大多数是应用生态计量学原理对植被叶的氮磷比以及微生物量的碳磷比的。现在全球尺度上土壤氮磷的限制依旧没有被很好的研究和分析，接下来的探讨就需要我们考虑凋落物和土壤碳氮磷比随着水热梯度的变化特征以及各种影响因素。 1.4 研究对象此次研究对象为济南南部山区典型森林土壤，分别采取了不同植被与群落的土壤，分别为：（1）10年的侧柏土壤；（2）草本植物土壤;（3）灌草植被土壤；（4）5年的侧柏土壤。将土样进行编号，其中n-m-a-或n-m-b-

17、表示第n种植被土壤的第m个采样点，a表示深度是0-10cm，b表示采样深度是10-20cm， 表示第一个样品， 表示第二个样品，依次类推。例如：1-1-a- 表示10年的侧柏(“1”)土壤的第一个(“1”)采样点，采样深度是0-10cm（“a”），实验时的第一个（“”）平行样品；4-3-b- 表示5年的侧柏土壤（“4”）的第三个（“3”）采样点，采样深度是10-20cm（“b”），实验时的第二个（“”）平行样品。2 材料与方法2.1 ph的测定 主要使用仪器：酸度计（phs-3d）进行测定。测定步骤：称取通过2mm土壤筛风干土壤6.0g于50ml离心管中，再加15ml去离子水，以2.5：1得水

18、土比进行浸提抽滤,置于摇床中以180rpm转速摇匀30min, 使土粒充分分散，待静置30 min后进行测定。将电极插入待测液中，静置片刻，读数稳定后记下ph值。2.2 土壤有机质含量测定2.2.1 仪器与试剂主要使用仪器：aim600电热消解仪、250ml三角瓶、小漏斗试剂：(1) 0.8000mol/l的重铬酸钾标准溶液: 称取39.2245g重铬酸钾于水中，加热溶解冷却后定容至1l。(2) 0.2mol/l的硫酸亚铁溶液: 称取56.0g硫酸亚铁溶于水，加入15ml浓硫酸，定容至1l，于棕色瓶中保存。(3) 邻啡罗琳试剂：称取1.485g邻啡罗琳，溶于含1.00g硫酸亚铁的100 ml水

19、溶液中，此指示剂易变质，应于密闭棕色瓶中保存备用。(4) 浓硫酸（h2so4）=1.84gml-1；2.2.2 测定步骤(1) 称取过100目筛的风干土样0.2g于消煮管中。用移液管准确移入5ml 0.8mol/l重铬酸钾标准溶液，加入5ml浓硫酸，小心摇匀并加盖小漏斗；(2) 消解仪预热到180，待管中液体沸腾冒泡开始计时，煮沸5min，中间摇动几次；(3) 取下消煮管冷却片刻后，将试管内容物小心洗入250ml三角瓶中，用水洗净小漏斗及试管内部，少量多次，使得三角瓶内体积在60-80ml左右；(4) 加3-4滴指示剂，用0.2mol/l硫酸亚铁滴定，溶液经橙黄蓝绿砖红色为终点，记录滴定所用毫

20、升数。土壤有机碳的计算公式： 土壤有机碳（gkg-1）= （1）式中：c0.8000 moll-1 (1/6 k2cr2o7)标准溶液的浓度； 5加入的重铬酸钾标准溶液体积，ml； v0空白滴定所用feso4体积，ml； v样品滴定所用feso4体积，ml； 3.01/4碳原子的摩尔质量，gmol-1； 10-3将ml换算为l； 1.1氧化校正系数； m风干土样质量，g； k将风干土换算成烘干土的系数。有机质计算公式如下： som=(cv1/v)(v0-v)m10-31.081.724100/m (2)式中，som土壤中有机质的质量分数，%；ck2cr2o7溶液浓度，moll-1；v1k2cr

21、2o7溶液的体积，ml；v0空白滴定用去feso4溶液体积，ml；v土壤样品用去feso4溶液体积，ml；m1/4c的摩尔质量，3 gmol-1；1.08氧化校正系数（按平均回收率92.6%计算）；1.724将有机碳换算成有机质的系数（按土壤有机质的平均含碳量为58%计算）2.3 土壤全磷含量测定2.3.1 仪器与试剂主要使用仪器：aim600电热消解仪、2100型分光光度计、消煮管，小漏斗，100ml容量瓶，100ml锥形瓶，50ml容量瓶，移液管，1l烧杯试剂：（1）磷标准溶液：称取0.2197g 45烘干8小时的磷酸二氢钾，用少量水溶解，用水定容至1l，即50mg/l的磷基准溶液。吸取5

22、0ml磷基准溶液稀释至500ml，即为5mg/l的磷标准溶液；（2）硫酸钼锑贮存液：将装有约400ml蒸馏水的1l烧杯浸在冷水中，缓缓注入208.3ml分析纯浓硫酸,不断搅拌，冷却至室温。称取20g分析纯钼酸铵溶于200ml温度约60的蒸馏水中，冷却。将硫酸溶液慢慢倒入钼酸铵溶液中，并不断搅拌，加入100ml 0.5%酒石酸锑钾溶液，稀释至1l，摇匀贮存；（3）二硝基酚：0.25g二硝基酚溶于100ml蒸馏水中；（4）钼锑抗混合色剂：将1.5g左旋(旋光度+21+22)抗坏血酸加入100ml钼锑贮存液中，此试剂宜用前配制，有效期为24小时。2.3.2 测定步骤（1）准确称取1g通过1孔径为0.

23、25mm土壤筛的土壤样品(精确到0.0001)于消煮管中，用少量水湿润，再加入8ml浓h2so4，摇动后(最好放置过夜)加入10滴70-72%的高氯酸摇匀；（2）在消煮管口上放一小漏斗，开始加热消煮，瓶内溶液开始转白后继续消煮20分钟，全部消煮时间大约为60分钟；（3）冷却后将消煮液用水洗入100ml容量瓶中，少量多次。轻轻摇动容量瓶至完全冷却，用水定容，通过无磷滤纸和干燥漏斗将溶液过滤到干燥的100ml锥形瓶中；（4） 吸取5ml滤液于50ml容量瓶中，用水稀释到30ml，加2滴二硝基酚指示剂，用稀naoh溶液和稀h2so4溶液调节ph，直至溶液呈现微黄色。再加入5ml钼锑抗显色剂，用水定容

24、；（5） 在高于15的室温条件下放置30分钟后，利用分光光度计以700nm的波长比色，选取空白试验溶液为参比液调整零点，读取吸收值；（6）绘制工作曲线：用移液管分别吸取5mg/l的标准溶液0，1，2，3，4，5，6ml于50ml容量瓶中，加蒸馏水稀释至大约30ml，再加入5ml钼锑抗显色剂,用蒸馏水摇匀定容（试剂慢慢变为深蓝色）。以此即可以得出0， 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 mg/l 磷标准系列溶液，读取吸收值。以磷标准溶液浓度数为横坐标，测出的吸收值为纵坐标，绘制出工作曲线。全磷的计算公式： 全p（%）=cv分取倍数(w106)100 （3）式中：c：从工作曲

25、线上查到的显色液浓度，mg/l；v：显色液体积，在此实验操作中为50ml；分取倍数：消煮溶液定容体积除以吸取消煮溶液体积；106：将g换算成g；w：土样质量，g2.4 土壤速效磷测定2.4.1 仪器与试剂主要使用仪器：复振荡机、2100型分光光度计、150ml三角瓶、100ml三角瓶、移液管试剂：（1）0.05 moll-1nahco3浸提液：溶解42.0g碳酸氢钠于800ml蒸馏水中，使用0.5 moll-1naoh溶液将浸提液的ph调节至8.5。此溶液曝于空气中会因失去二氧化碳而使ph值增高，可通过在液面上加一层矿物油来保存。此溶液贮存于塑料瓶中更易保存。（2）无磷活性炭：一般活性炭常含有

26、磷，所以使用时应做空白试验，检验有无磷存在。如果活性炭含磷较多，需要先用2moll-1盐酸浸泡过夜，再用蒸馏水冲冼多次后，使用0.05 moll-1nahco3浸泡过夜，再在平瓷漏斗上抽气过滤，直至检测到无磷为止。如果含磷量较少，则直接使用碳酸氢钠处理即可。2.4.2 测定步骤准确称取2.5g通过20目筛的风干土样（精确到0.001g）于150ml三角瓶（中，加入50ml 0.05 moll-1的碳酸氢钠溶液，再加入一勺无磷活性炭，塞紧瓶塞，在振荡机上振荡30分钟，并立即用无磷滤纸过滤于100ml三角瓶中，吸取10ml滤液于150ml三角瓶中，准确加入35ml蒸馏水，之后用移液管加入5ml钼锑

27、抗试剂（变为浅黄色），摇匀并放置30分钟后，在分光光度计上用880nm或700nm波长进行比色。设定空白液的吸收值为零，读出记录待测液的吸收值。标准曲线绘制：用移液管分别吸取0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml5gml-1磷标准溶液于150ml三角瓶中，加入0.05 moll-1碳酸氢钠溶液10ml，再准确加水使各三角瓶的总体积达到45ml，最后加入5ml钼锑抗试剂，混匀显色（变为蓝色）。同待测液一样的操作步骤进行比色，绘制标准曲线。有效磷的计算公式： 土壤中有效磷含量（mgkg-1）= (4)式中：磷的质量浓度，gml-1，可从工作曲线上查得； m：风干土的质量，g； v：显色时溶

28、液定容的体积，ml； 103：将g 换算成mg； ts：分取倍数，浸提液总体积与显色对吸取浸提液体积之比； k：将风干土换算成烘干土质量的系数； 1000：换算成每kg含磷量。2.5 土壤硝态氮的测定2.5.1 仪器与试剂主要使用仪器：2100型分光光度计、500ml的三角瓶、玻璃棒、100ml容量瓶、移液管、 1l容量瓶、振荡机、干滤纸、瓷蒸发皿、水浴锅、棕色瓶所需试剂为：（1）二水硫酸钙、碳酸钙、氢氧化钙、碳酸镁、硫酸银、1:1氨水、活性炭； （2）酚二磺酸试剂：称取25.0g白色苯酚（c6h5oh）于500ml三角瓶中，用150ml浓硫酸溶解，再加入75ml发烟硫酸，置于沸水中加热2小时

29、，即得酚二磺酸溶液，在棕色瓶中保存。使用时一定注意酚二磺酸试剂强烈的腐蚀性。如果没有发烟硫酸，可以用25.0g酚，加225ml浓硫酸，于沸水中加热6小时。试剂冷却后可能会析出结晶，使用时必须要重新加热溶解，但是不可再加水，试剂必须贮于密闭的棕色瓶中；（3）10gml-1 no3-n标准溶液：准确称取0.7221g硝酸钾溶于水，定容至1l，此即100gml-1 no3-n溶液，将此溶液准确稀释10倍，即为10gml-1 no3-n标准溶液。2.5.2 测定步骤（1）称取50g新鲜土样于500ml的三角瓶中，加入0.5g二水硫酸钙及250ml水，加上塞子后，使用振荡机振荡10分钟。放置5分钟后，用

30、干滤纸将悬液的上部清液过滤，将澄清的滤液收集于干燥洁净的三角瓶中。如果滤液因为含有有机质而呈现出颜色，可以通过加入活性碳除之。（2）吸取25ml清液于瓷蒸发皿中，加入0.05g碳酸钙，在水浴锅上蒸干，呈现干燥时不可继续加热。待冷却后，迅速加入2 ml酚二磺酸试剂，旋转蒸发皿，使试剂接触到所有的蒸干物。静止10分钟充分作用后，加入20ml水，不断用玻璃棒搅拌直到蒸干物完全溶解。待冷却后缓缓加入1：1氨水并不断搅匀，直至溶液呈微碱性（溶液显黄色）再多加2ml1：1氨水，保证氨水试剂过量。然后将全部溶液转入100ml容量瓶中定容。在分光光度计上使用光径1cm的比色杯在波长420nm处比色，把空白溶液

31、作为参比。（3）no3-n工作曲线绘制：分别用移液管量取0、1、2、5、10、15、20ml 的10gml-1no3-n标准液于蒸发皿中，在水浴锅上蒸干，用与待测液相同的操作步骤，进行显色、比色，绘制出标准曲线，求出回归方程。硝态氮的计算公式： 土壤中no3-n含量（mgkg-1）= （5）式中：(no3-n)：查得的显色液no3-n的质量浓度，gml-1，可从标准曲线上查得；v：显色液的体积（ml）； ts：分取倍数； m：烘干样品质量，g。2.6 土壤氨态氮的测定2.6.1 仪器与试剂主要使用的仪器：往复振荡机、2100型分光光度计、200ml三角瓶、50ml容量瓶、棕色瓶所需试剂：（1）

32、2moll-1氯化钾溶液：称取氯化钾149.1g溶于水中，稀释至1l。（2）苯酚溶液：称取10g苯酚（c6h5oh，化学纯）和100mg硝基铁氰化钠na2fe(cn)5no2h2o用蒸馏水稀释至1l。此试剂不稳定，须贮于棕色瓶中备用，在4冰箱中保存。（3）次氯酸钠碱性溶液： 称取10gnaoh（化学纯）、7.06g na2hpo47h2o(化学纯）、31.8g na3po412h2o (化学纯）以及10ml 52.5gl-1次氯酸钠溶于水中，用蒸馏水稀释至1l，贮于棕色瓶中备用，置于4冰箱中保存。（4）掩蔽剂：将质量浓度为400gl-1的酒石酸钾钠（knac4h4o64h2o, 化学纯）与质量

33、浓度为100gl-1的edta二钠盐溶液等体积混合。每100ml此混合液中加入0.5ml 10 moll-1的氢氧化钠。（5）2.5gml1铵态氮标准溶液：称取0.4717g干燥的硫酸铵溶于水中，稀释定容至1l，即为含nh4+n 100gml 1的溶液；在使用前将此贮存溶液加水稀释40倍，即配制成为含nh4+n 2.5gml 1的标准溶液。2.6.2 测定步骤（1）称取相当于质量20.00g干土的新鲜土样，注意须准确到0.01g，放置于200ml三角瓶中，加入100ml氯化钾溶液，塞紧塞子，在振荡机上振荡1小时。取出静置，待此悬浊液澄清后，吸取一定量的上清液进行分析检测。如果不能在24小时内进

34、行分析，须过滤悬浊液，将滤液储存于冰箱中备用。（2）吸取5ml土壤浸出液于50ml容量瓶中，用氯化钾溶液补充至10ml，再加入5ml苯酚溶液和5ml次氯酸钠碱性溶液，摇晃混匀。在为20左右的室温下放置1小时后（由浅黄色变为浅绿色，最终变为蓝色），加1ml掩蔽剂以此来溶解可能产生的沉淀物，之后用水定容。在分光光度计上使用1cm比色槽在625nm波长处进行比色，读取吸光度。（3）分别吸取nh4+n标准溶液0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00ml于50ml容量瓶中，各自加入10ml氯化钠溶液，同以上步骤进行比色测定。铵态氮的计算公式： 土壤中nh4+n含量（mgkg-1）=

35、（6）式中：显色液铵态氮的质量浓度，gml 1；v：显色液体积，ml； ts：分取倍数； m：样品质量，g。2.7 土壤全氮测定2.7.1 仪器与试剂主要使用仪器：aim600电热消解仪、凯氏定氮仪、消煮炉、消煮管、小漏斗、蒸馏器、150ml锥形瓶、冷凝管、1l容量瓶所需试剂：（1）0.01moll-1硫酸标准溶液；（2）400gl-1氢氧化钠溶液：称取400g氢氧化钠溶于水，稀释至1l；（3）浓硫酸 （h2so4）=1.84gml-1；（4）混合指示剂：称取0.1g甲基红和0.5g溴甲酚绿于100ml乙醇中。（5）20gl-1硼酸指示剂：称取硼酸20.00g溶于水中，稀释至1l，每升硼酸溶液

36、中加入5ml混合指示剂，用稀酸或稀碱调节至红紫色，ph值约为4.8。（6）饱和重铬酸钾溶液：200g重铬酸钾溶于1l热蒸馏水中。2.7.2 测定步骤（1）称过过0.25mm土壤筛的风干土壤0.51.000g置于消煮管中，加入5ml浓硫酸摇匀，在消煮管口加盖小漏斗，高温（250）消煮15min左右，大量冒烟，直至看不见黑色碳粒；（2）冷却，加5毫升饱和重铬酸钾溶液，在消煮炉上（175）微沸5min；（3）将消煮管取下冷却后，用蒸馏水将消煮液全部转入蒸馏器内，少量多次；（4）使用凯氏定氮仪进行蒸馏。加4-5滴指示剂与150ml锥形瓶中，置于冷凝管末端，设定程序氢氧化钠溶液加入量为20ml，硼酸溶液

37、流入量为5ml，按启动键开始蒸汽蒸馏，待锥形瓶落下时蒸馏完毕；（5）取下锥形瓶，用0.01mol/l硫酸标准溶液滴定，溶液由蓝绿色至红紫色，记录所用标准溶液的体积。全氮的计算公式： 土壤全氮（n）量（gkg-1）= （7）式中：v滴定试液时所用酸标准溶液的体积（ml）； v0滴定空白时所用酸标准溶液的体积（ml）； c0.01 moll-1（1/2 h2so4）或hcl标准溶液浓度 14.0氮原子的摩尔质量（gmol-1）； 10-3将ml换算为l； m烘干土样的质量（g）。3 结果与分析3.1 数据及计算3.1.1 ph的测定结果测定的数据如下表：将相同植被类型相同深度的样点测试值取平均，列

38、入表中，如下表：表1 土壤ph的最终数据植被类型土壤层次ph 草本群落0-10cm8.22 灌草群落0-10cm8.73侧柏恢复5年森林群落0-10cm8.6810-20cm8.13 侧柏恢复10年森林群落0-10cm8.1710-20cm8.44由表1可以看出，济南南部山区典型森林土壤总体是偏碱性，灌草群落下土壤ph值最高。随着植被恢复演替土壤ph值降低，在不同植物群落下，上下层ph值没有明显规律。植被恢复5年上层土壤ph值较高，恢复10年下层土壤ph值较高。3.1.2 有机碳的测定结果根据测试，对土壤有机碳数据的计算结果如下表：表2 有机碳的最终数据结果植被类型土壤层次有机碳（g/kg)(

39、平均)草本群落0-10cm37.72灌草群落0-10cm24.02 侧柏恢复5年森林群落0-10cm20.7610-20cm19.19侧柏恢复10年森林群落0-10cm27.8310-20cm24.86由表2可以看出，济南南部山区典型森林土壤草本群落下土壤有机碳含量最高。随着植被恢复演替土壤有机碳含量降低，在不同植物群落下，上层土壤有机碳含量比下层土壤有机碳含量多。植被恢复5年土壤有机碳含量比恢复10年土壤有机碳含量低。3.1.3 全磷的测定结果通过实验，得到土壤全磷数据的计算结果如下：表3 全磷标准溶液数据全磷标准曲线体积/ml吸光度100.006210.06320.12430.196540

40、.287650.4760.503根据标准溶液的数值，做出标准曲线如下图：图1 全磷标准曲线其中：y=0.6814x-0.0016；r2=0.9922由工作曲线查出显色液浓度，代入式（3）整理后可得如下数据表：表4 全磷的最终数据结果植被类型土壤层次全磷含量/草本群落0-10cm0.0253 灌草群落0-10cm0.0409 侧柏恢复5年森林群落0-10cm0.0293 10-20cm0.0250 侧柏恢复10年森林群落0-10cm0.0027 10-20cm0.0031 由表4可以看出，济南南部山区典型森林土壤灌草群落下土壤全磷含量最高。随着植被恢复演替土壤全磷含量降低，在不同植物群落下，上下

41、层全磷含量没有明显规律。植被恢复5年上层土壤全磷含量较高，恢复10年下层土壤全磷含量较高。3.1.4 速效磷的测定结果根据测试，对土壤速效磷数据的计算结果如下：表5 速效磷标准溶液数据速效磷标准曲线体积/ml吸光度100.006210.06320.108430.166540.22650.32根据标准溶液数据做出标准曲线如下图：图2 速效磷标准曲线其中：y=0.534x-0.0008；r2=0.9993由工作曲线查出显色液浓度，代入式（4）整理后可得如下数据表：表6 速效磷的最终数据结果植被类型土壤层次有效磷含量/mgkg-1草本群落0-10cm8.08灌草群落0-10cm7.20 侧柏恢复5年

42、森林群落0-10cm5.89 10-20cm8.57 侧柏恢复10年森林群落0-10cm7.3310-20cm5.58由表6可以看出，济南南部山区典型森林土壤侧柏恢复5年森林群落10-20cm下土壤的有效磷含量最高。随着植被恢复演替土壤有效磷总体是下降的。在不同植物群落下，上下层有效磷含量没有明显规律。植被恢复5年上层土壤有效磷含量较低，恢复10年下层土壤有效磷含量较低。3.1.5 硝态氮的测定结果根据测试，对土壤硝态氮数据的计算结果如下：表7 硝态氮标准溶液数据硝态氮标准曲线体积/ml吸光度100.004210.043320.085450.2275100.3646150.6557200.72

43、根据标准溶液数据做出标准曲线如下图：图3 硝态氮标准曲线其中：y=0.3542x+0.0122；r2=0.9961由工作曲线查出显色液浓度，代入式（5）整理后可得如下数据表：表8 硝态氮的最终数据结果植被类型土壤层次硝态氮含量/mgkg-1草本群落0-10cm6.32灌草群落0-10cm7.32侧柏恢复5年森林群落0-10cm2.6410-20cm4.51侧柏恢复10年森林群落0-10cm3.0810-20cm2.54由表8可以看出，济南南部山区典型森林土壤灌草群落下土壤的硝态氮含量最高。随着植被恢复演替，土壤硝态氮含量总体是下降的。在不同植物群落下，上下层硝态氮含量没有明显规律，植被恢复5年

44、下层土壤硝态氮含量较高，恢复10年上层土壤硝态氮含量较高。3.1.6 铵态氮的测定结果通过实验，对土壤铵态氮数据的计算结果如下：表9 铵态氮标准溶液数据铵态氮-标准曲线体积（ml）吸光度100.055220.19340.343460.495580.6496100.778根据标准溶液数据做出标准曲线如下图：图4 铵态氮标准曲线其中：y=1.4697x-0.0041；r2=0.9993由工作曲线查出显色液浓度，代入式（6）整理后可得如下数据表：表10 铵态氮的最终数据结果植被类型土壤层次铵态氮含量/mgkg-1草本群落0-10cm6.40灌草群落0-10cm7.03侧柏恢复5年森林群落0-10cm

45、3.3810-20cm4.88侧柏恢复10年森林群落0-10cm5.2710-20cm5.12由表10可以看出，济南南部山区典型森林土壤灌草群落下土壤的铵态氮含量最高。随着植被恢复演替，土壤铵态氮含量总体是下降的，但是恢复5年森林群落比恢复10年森林群落的铵态氮含量要低。在不同植物群落下，上下层硝态氮含量没有明显规律，植被恢复5年下层土壤硝态氮含量较高，恢复10年上层土壤硝态氮含量较高，但是恢复10年的上下层中的铵态氮含量变化不大。3.1.7 全氮的测定结果通过实验，对土壤全氮数据的计算结果如下：表11 全氮最终数据结果植被类型土壤层次全氮量/gkg-1草本群落0-10cm3.07灌草群落0-

46、10cm2.23 侧柏恢复5年森林群落0-10cm1.82 10-20cm1.70 侧柏恢复10年森林群落0-10cm2.5610-20cm2.25 由表11可以看出，济南南部山区典型森林土壤草本群落下土壤的全氮含量最高。随着植被恢复演替，土壤全氮含量总体是下降的，但是恢复5年森林群落比恢复10年森林群落的全氮含量要低。在不同植物群落下，上下层全氮含量会随着土壤深度的增加而减少的。3.2 数据分析与讨论3.2.1 ph对肥力的影响结果根据前面的数据得出下表：表12 ph与c、n及c/n的关系植被类型土壤层次ph有机碳(g/kg-1)全氮量/gkg-1c/n草本群落0-10cm8.2237.72

47、3.0712.29灌草群落0-10cm8.7324.022.23 10.77侧柏恢复5年森林群落0-10cm8.6820.761.82 11.4110-20cm8.1319.191.70 11.29侧柏恢复10年森林群落0-10cm8.1727.832.56 10.8710-20cm8.4424.862.25 11.05由表12可以看出，济南南部山区典型森林土壤草本群落下土壤的碳氮比值最高。随着植被恢复演替，土壤碳氮比的变化并不大，但是恢复5年森林群落比恢复10年森林群落的碳氮比值要高。在不同植物群落下，上下层土壤碳氮比值随着土壤深度的变化不大。从有机层到矿物层,随着土壤厚度的增加， cn比一

48、般会降低，这从更大程度上反映出土壤深层剖面腐殖质的年代和分层化 27 。而实验结果中基本符合这个规律。由上表做出ph与c、n及c/n的关系图如下：图5 ph对碳的影响图6 ph对氮的影响图7 ph对碳氮比的影响由图5，图6，图7可得出结论：ph对c和n的影响趋势是相近的，总体来说是随着ph的增加而先升后降的，在适当范围内都有一个峰值；但是对c/n的影响是在一定范围内，随着ph的增加碳氮比值不断增加的。土壤中的碳氮磷的总量会受到气候、植被、地貌、年代、母岩、土壤动物等因子和人类活动的影响，空间的变异性会比较大，碳氮比的变化也会不同，比如我国的湿润温带地区的土壤中的碳氮比值会稳定在10到12左右，

49、热带与亚热带的红和黄壤则可高达20，而我们常见的耕作土壤的表层中，土壤有机质的碳氮比值会在8到15之间，平均在10到12之间，平均值比较稳定，但是局部的会发生较不明确的变化，它们处于植物残体与微生物的碳氮比之间17。此次测定的结果，碳氮比随着植被的演替变化而不同，但是碳氮比在101到131之间，在国内平均值之内。3.2.2 磷对肥力的影响结果根据前面的数据得出下表：表26 p与c、n及c/n的关系植被类型土壤层次有效磷含量/mgkg-1有机碳（g/kg)全氮量/gkg-1c/pc/n草本群落0-10cm8.0837.723.074.6712.29灌草群落0-10cm7.20 24.022.23

50、 3.3410.77侧柏恢复5年森林群落0-10cm5.89 20.761.82 3.5211.4110-20cm8.57 19.191.70 2.2411.29侧柏恢复10年森林群落0-10cm7.3327.832.563.8010.8710-20cm5.5824.862.25 4.4611.05由上表做出p与c、n及c/n的关系图如下：图8 磷对碳的影响图9 磷对氮的影响图10 磷对碳氮比的影响由图8，图9，图10可得出结论：p对c和n的影响趋势是相近的，c和n都会随着p的增加而先增加后减少的，都有一峰值，而对c/n的影响是随着p的增加，c/n的变化是先下降再上升的，在一定范围内碳氮比有一

51、最小值。已有的研究表明，微生物量的cp比一般在7-30之间变化，cp比小说明微生物在矿化土壤有机质中释放磷的潜力较大,土壤微生物量磷对土壤有效磷库有补充作用，实验结果的cp比值较小，说明p的供应充足，有机质的分解效率比较高。结 论由以上的分析可得出以下结论：南部山区的土壤偏碱性，而在碱性条件下ph对c/n比的影响是，在一定的范围内随着ph的增加，c/n比的变化趋势是总体上升的，即土壤肥力会随着ph的升高增加的，但是ph是不能过于大的；而磷（p）对土壤肥力的影响比较复杂，虽然p对c和n的影响很接近，c和n都会随着p的增加先升高后下降的，但是p对c/n的影响是随着p的增加，c/n的变化是先下降到一

52、最低点再缓缓上升的，即p对土壤的肥力影响是先下降再上升的，只要把磷控制在出现最低值以后，肥力会随着p的增加而增加的。因此，在济南南部山区的森林土壤，要想保持土壤的肥力，必须保证土壤在不要过于碱性的条件下，适当的升高土壤的ph值；对于土壤来说，在一定范围内多加入磷会增加土壤的肥力，因此可适当的引入磷肥来改善土壤的肥力。参 考 文 献1 schipper l a, percival h j, sparling g p. an approach for estimating when soils will reach maximum nitrogen storage. soil use and ma

53、nagement, 2004, 20: 281-286.2 chap in s f iii, matson p, mooney h a. princip les of terrestrial ecosystem ecology. springer-verlag, new york. , inc, 2002.3 韩兴国, 李凌浩, 黄建辉. 生物地球化学概论. 北京：高等教育出版社, 1999.4 hobbie s e, nadelhoffer k j, h gberg p. a synthesis: the role of nutrients as constraints on carbon balances in boreal and arctic regions. plant and soil, 2002, 242: 163-170.5 reich p b and oleksyn j. global patterns of p lant leaf n and p in relation to temperature and latitude. pnas, 2004, 101 (30) : 11001-11006.6 gsewell s,