酸性森林土壤氮转化速率特点与氮保持关系的研究
发布时间：2020-05-21 14:18
【摘要】：一般认为,大多数热带-亚热带森林生态系统处于氮饱和状态,而温带森林生态系统基本上处于氮限制状态。土壤是陆地生态系统重要的氮库,氮素丰缺状态不同的生态系统其土壤氮素转化速率和无机氮供应特点迥异,因而具有不同程度的土壤氮素淋溶风险。本研究采用15N示踪技术结合数值MCMC模型研究了黑龙江凉水国家级自然保护区温带森林土壤的氮素初级转化速率,在对比文献结果的基础上分析了温带和亚热带森林土壤氮转化特点；通过土柱模拟淋溶试验结合15N示踪技术验证中国亚热带和温带地区森林土壤的N03-淋溶状况。在此基础上,进一步探究了在15N示踪和模拟降雨条件下,亚热带和温带地区森林土壤保氮能力、途径的差异,从土壤氮转化过程角度分析了其机理,研究结果对于控制氮引起的环境问题有重要的意义。 采集东北凉水自然保护区PK(红松),LG(兴安落叶),BP(白桦)和PA(云冷杉)4个不同林型的土壤,采用’5N示踪技术和数值MCMC模型,研究温带森林土壤的氮素初级转化速率。结果显示,土壤有机氮初级矿化速率在1.83mg Nkg-1d-1至4.42mg N kg-1d-1)之间,其中矿化产生的铵态氮只有41%被微生物利用,57%的铵态氮通过氨氧化过程转变为硝态氮。总硝化速率(1.80mg N kg-1d-1)包括氨氧化过程和初级异养硝化过程,其中79%的硝态氮是通过氨氧化途径产生的。但是,两个硝化过程产生的硝态氮大概仅有6%被微生物同化。我国温带森林土壤较高的初级硝化速率和低的硝态氮微生物同化速率,使得土壤净硝化速率相对较高,土壤硝态氮不断累积,淋溶风险较高。较低的碳氮比是本研究中影响土壤氮素转化速率的主要原因。 依据南方亚热带和北方温带土壤硝化能力不同,选取南方花岗岩(G)发育的针叶林土壤(SGCF)、阔叶林土壤(SGBF)和红砂岩(S)发育的针叶林土壤(SSCF),北方不同林型天然红松(NNPK)、人工红松(NPPK)和兴安落叶(NPLG)土壤为供试材料,设置标记15NH4NO3、NH415NO3和对照(CK)3组处理,加入50mg N kg-1(分四次等量加入),进行56天的室内土柱模拟淋溶试验,探讨亚热带和温带地区森林土壤的硝化作用与N03-淋溶之间的关系。结果表明,从无机氮浓度来看,南北方土壤的氮淋溶都以硝态氮为主,北方土壤的硝态氮淋溶大于南方。在淋洗过程中北方土壤渗漏液N03-浓度先达到最高值,之后趋于平衡,这表明土壤的硝化作用越强,渗漏液中的N03-浓度达到峰值所需的时间就越短。从丰度来看,在15NH4NO3处理中,亚热带和温带土壤前三次的淋溶的硝态氮相差不大,基本处在同一水平,但是到了第四次淋溶,亚热带的硝态氮丰度有一个陡然的上升。在NH415NO3处理中,温带地区的硝态氮的淋溶量远远大于亚热带的硝态氮淋溶量。用KCl浸提土柱内土壤并分析其氮含量,数据表明,南方土壤趋向于持留硝态氮,而北方土壤趋向于将施入的无机氮转化为有机氮的形式持留在土壤中。实验结果可以解释土壤氮转化特点与氮去向的关系。
【图文】：
图2.1总矿化速率与总铵态l#同化速率的关系和碳氮比与总按态氮同化速率的关系销态氮有两个产生途径：一是钱态氮氧化为础态氮，二是有机氮直接氧化为销态氮。供试土壤的钱态氮氧化速率在0.54mg N kg"' d"'到3.13mg N kg"' d"'之间，红松和兴安落叶松土壤的铵态氮氧化速率要显著高于白禅和云杉土壤(P<0.05)。铵态氮氧化速率与土壤pH值存在显著的正相关关系（/><0.01 )。按态氮氧化消耗的钱态氮占钱态氮总产生量的15%到111% (平均值57%)。铵态氮氧化与总矿化钱态氮的产生量的比值与土壤pH值存在指数相关（PO.Ol)。红松和云冷杉土壤有机氮异养确化速率分别为0.86 nig N kg-' d—i和0.37 mg Nkg-' d-',然而兴安落叶松和白禅土壤该速率忽略不计。大约有79%的确态氮是来自于钱态氮的氧化过程。硝态氮的消耗途径主要有两个：一是挿态氮的微生物同化,二是销态氮异化还原为钱态氮。所有土壤的确态氮的微生物同化速率都很低，在0.07 mg N kg-' d"'到0.13 mg N kg4 d"'之间。兴安落叶松和白作土壤的确态氮异化还原为按态氮速率要显著大于红松和云杉土壤，红松和云杉土壤的硝态氮异化还原为按态氮忽略不计。较高的确态氮产生速率和低的消耗速率导致明显的净
笫2章温带地区酸性森林土壤氮素初级转化速率化础态氮的速率与土壤碳氮比之间有正相关关系（PO.Ol)(图2.2)。同时，，净础化速率与土壤碳氮比有负相关关系（/^<0.01)(图2.2)。0.4-, 4-,C 0 ■■S^O. 3- "ojo 3- 口？. 广兰、■#0 2- y=^.5E-24*exp(xX).3)+0.04 f |舍 R:=0.55 ? / 晚 _^ /'O.Ol / 絮.nZn 1 / 攻 y-0.91xfl2 “I ? ? |1- R^=0.5. ■1 ■ 9 、. P<0.01 ■"^0.0- ? ? ?* mm11 12 .vufcf I i, 13 14 11 12 13 14(SiaL匕 ~柋韧
本文编号：2674433
【图文】：
图2.1总矿化速率与总铵态l#同化速率的关系和碳氮比与总按态氮同化速率的关系销态氮有两个产生途径：一是钱态氮氧化为础态氮，二是有机氮直接氧化为销态氮。供试土壤的钱态氮氧化速率在0.54mg N kg"' d"'到3.13mg N kg"' d"'之间，红松和兴安落叶松土壤的铵态氮氧化速率要显著高于白禅和云杉土壤(P<0.05)。铵态氮氧化速率与土壤pH值存在显著的正相关关系（/><0.01 )。按态氮氧化消耗的钱态氮占钱态氮总产生量的15%到111% (平均值57%)。铵态氮氧化与总矿化钱态氮的产生量的比值与土壤pH值存在指数相关（PO.Ol)。红松和云冷杉土壤有机氮异养确化速率分别为0.86 nig N kg-' d—i和0.37 mg Nkg-' d-',然而兴安落叶松和白禅土壤该速率忽略不计。大约有79%的确态氮是来自于钱态氮的氧化过程。硝态氮的消耗途径主要有两个：一是挿态氮的微生物同化,二是销态氮异化还原为钱态氮。所有土壤的确态氮的微生物同化速率都很低，在0.07 mg N kg-' d"'到0.13 mg N kg4 d"'之间。兴安落叶松和白作土壤的确态氮异化还原为按态氮速率要显著大于红松和云杉土壤，红松和云杉土壤的硝态氮异化还原为按态氮忽略不计。较高的确态氮产生速率和低的消耗速率导致明显的净
笫2章温带地区酸性森林土壤氮素初级转化速率化础态氮的速率与土壤碳氮比之间有正相关关系（PO.Ol)(图2.2)。同时，，净础化速率与土壤碳氮比有负相关关系（/^<0.01)(图2.2)。0.4-, 4-,C 0 ■■S^O. 3- "ojo 3- 口？. 广兰、■#0 2- y=^.5E-24*exp(xX).3)+0.04 f |舍 R:=0.55 ? / 晚 _^ /'O.Ol / 絮.nZn 1 / 攻 y-0.91xfl2 “I ? ? |1- R^=0.5. ■1 ■ 9 、. P<0.01 ■"^0.0- ? ? ?* mm11 12 .vufcf I i, 13 14 11 12 13 14(SiaL匕 ~柋韧
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