1、济南大学毕业论文- I -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
2、济南大学毕业论文- II -ABSTRACTStudy 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
3、, and they are the source of 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,
4、determination and analysis 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
5、 Mountains of Jinan, finally 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
6、 guide vegetation restoration practice.Key words：Soil; carbon; nitrogen; phosphorous; measured characteristics济南大学毕业论文- III -目 录摘要 IABSTRACT .II1 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、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 28济南大学毕业论文- 1 -1 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
8、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
9、 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
10、，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，对于济南大学毕业论文- 2 -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
11、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
12、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
13、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，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
14、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。济
15、南大学毕业论文- 3 -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
16、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
17、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-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
18、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。济南大学毕业论文- 4 -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
19、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
20、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，记录滴定所用毫升数。土壤有机碳的计算公式：济南大学毕业论文- 5 -土壤有机碳（gkg -1）= 10.310)(
21、50kmVc（1）式中：c 0.8000 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；V1K2Cr2O7 溶液的体积，mL；V0空白滴
22、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济南大学毕业论文- 6 -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 5
23、0mg/L 的磷基准溶液。吸取 50mL 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
24、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 0.25mm 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
25、 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；（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， 济南大学毕业论文- 7 -0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5
26、, 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（% ）=C V分取倍数(W 106)100 （3）式中：C ：从工作曲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 8
27、00mL 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）
28、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 磷济南大学毕业论文- 8 -标准溶液于 150mL 三角
29、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）= 103kmtsV(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
30、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（C 6H5OH）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，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，
31、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，济南大学毕业论文- 9 -加上塞子后，使用振荡机振荡10分钟。放置5分钟后，用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
32、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，把空白溶液作为参比。（3）NO 3-N工作曲线绘制：分别用移液管量取0、1、2、5、10、15、20mL 的10g mL-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
33、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NO 3-N含量（mgkg -1）= mtsVNO)3（5）式中：(NO 3-N)：查得的显色液NO 3-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）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（C 6H5OH，化学纯）和100mg硝基铁氰化钠Na2
34、Fe(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。济南大学毕业论文- 10 -（3）次氯酸钠碱性溶液： 称取10gNaOH（化学纯） 、7.06g Na 2HPO47H2O(化学纯） 、31.8g Na 3PO412H2O (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（KNaC 4H4O64H2O, 化学纯）与质量浓度为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
35、氢氧化钠。（5）2.5gmL 1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NH 4+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NH 4+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
36、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）= mtsV（6）式中：显色液铵态氮的质量浓度，gm
37、L 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 仪器与试剂济南大学毕业论文- 11 -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 （H 2SO4） =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
38、中，稀释至 1L，每升硼酸溶液中加入 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
39、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）= 3420 10.)1(mSOHcV（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 H 2SO4）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；济南大学毕业论文-
40、 12 -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 0-10cm 8.22济南大学毕业论文- 13 -灌草群落 0-10cm 8.730-10cm 8.68侧柏恢复 5 年森林群落 10-20cm 8.130-10cm 8.17侧柏恢复 10 年森林群落 10-20cm 8.44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
41、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)(平均)草本群落 0-10cm 37.72灌草群落 0-10cm 24.020-10cm 20.76侧柏恢复 5 年森林群落 10-20cm 19.190-10cm 27.83侧柏恢复 10 年森林群落 10-20cm 24.86济南大学毕业论文- 14 -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
42、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1 0 0.0062 1 0.063 2 0.124 3 0.1965 4 0.2876 5 0.47 6 0.503根据标准溶液的数值，做出标准曲线如下图：0. 0.10.20.30.40.50.6.0.10.20.30.4AC(mg/l济南大学毕业论文- 15 -图 1 全磷标准曲线其中：Y=0.6814X-0.0016 ；R
43、2=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 0-10cm 0.0253 灌草群落 0-10cm 0.0409 0-10cm 0.0293 侧柏恢复 5 年森林群落 10-20cm 0.0250 0-10cm 0.0027 侧柏恢复 10 年森林群落 10-20cm 0.0031 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
44、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1 0 0.0062 1 0.063 2 0.1084 3 0.1665 4 0.22济南大学毕业论文- 16 -6 5 0.32根据标准溶液数据做出标准曲线如下图：0. 0.10.20.30.4.0.50.10.150.20.25AC（ug/ml)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
45、 0-10cm 8.08灌草群落 0-10cm 7.20 0-10cm 5.89 侧柏恢复 5 年森林群落 10-20cm 8.57 0-10cm 7.33侧柏恢复 10 年森林群落 10-20cm 5.58济南大学毕业论文- 17 -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
46、液数据硝态氮标准曲线体积/mL 吸光度1 0 0.0042 1 0.0433 2 0.0854 5 0.2275 10 0.3646 15 0.6557 20 0.72根据标准溶液数据做出标准曲线如下图：济南大学毕业论文- 18 -0. 0.51.01.52.0.0.10.20.30.40.50.60.70.8AC(ug/ml)图 3 硝态氮标准曲线其中：Y=0.3542X+0.0122；R 2=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 0-10cm 6.32灌草群落 0-10cm
47、 7.320-10cm 2.64侧柏恢复 5 年森林群落 10-20cm 4.510-10cm 3.08侧柏恢复 10 年森林群落 10-20cm 2.54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：济南大学毕业论文- 19 -表 9 铵态氮标准溶液数据铵态氮-标准曲线体积（mL）吸光度1 0 0.0552 2 0.193
48、4 0.3434 6 0.4955 8 0.6496 10 0.778根据标准溶液数据做出标准曲线如下图：0. 0.10.20.30.40.5.0.10.20.30.40.50.60.70.8AC(ug/ml)图 4 铵态氮标准曲线其中：Y=1.4697X-0.0041 ；R 2=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济南大学毕业论文- 20 -植被类型 土壤层次 铵态氮含量/mgkg -1草本群落 0-10cm 6.40灌草群落 0-10cm 7.030-10cm 3.38侧柏恢复 5 年森林群落 10-20cm 4.880-10cm 5.27侧柏恢复 10 年森林群落 10-20cm 5.12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 0-10cm 3.07
