米槠天然林土壤氮素转化和N2O产生的温湿度影响研究

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:u20051026
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土壤氮素是生物必需的限制性营养元素,土壤氮素转化过程与土壤有效氮的供应紧密相关。温度和水分是土壤氮素转化的重要的影响因素。在高温多雨的气候条件下,亚热带森林土壤中具有丰富的无机氮资源。但土壤的氮素转化过程和氮素保持机制仍不够明确。本研究选取福建建瓯万木林自然保护区米槠天然林土壤为研究对象,设置5个温度(5℃、15℃、25℃、35℃、45℃)和5个水分(30%WHC、50%WHC、70%WHC、90%WHC、110%WHC)水平的短期(144h)室内培养实验,采用15N双标记(15NH414NO3和14NH415NO3)及Hart改进Kirkham的解析方法,来研究温湿度对土壤氮素初级转化速率和N2O排放通量的影响。为揭示该地区土壤中不同形态无机氮的含量动态变化规律和原理,深入了解土壤氮素保持机制提供科学依据。主要结果如下:(1)温度的升高会显著促进氮素的初级矿化速率和净矿化速率;初级NH4+固定速率在5~25℃增加,而在35~45℃降低;初级硝化速率随着土壤温度的增加先逐渐增加,而在45℃降低,但初级硝化速率对温度的敏感性低于初级矿化速率;在5~25℃的初级NO3-固定速率高于初级硝化速率,净硝化为负,在35~45℃的初级NO3-固定速率低于硝化速率,净硝化为正,NO3-出现累积。以上结果表明:温度升高,土壤中氮NH4+和NO3-含量均会增加,但NH4+是主要形态。温度变化影响下,土壤中氮有效性的提高归因于初级矿化速率和初级硝化速率高于固定速率,说明快速的氮矿化和硝化作用是湿润亚热带森林土壤中氮的富集原因。因此,在全球变暖条件下,亚热带森林土壤中NH4+和NO3-的含量将会进一步增加。(2)随着温度的升高土壤N2O排放为增加趋势,但不显著;N2O的排放速率25℃>15℃>35℃>45℃>5℃,25℃培养条件为N2O的排放速率最高温度条件;N2O主要来源于硝化途径;温度变化导致土壤理化性质变化可能是引起N2O排放量增加的主要原因。(3)土壤水分的升高会促进氮素的初级矿化速率和初级NH4+固定速率,初级矿化速率对土壤水分的敏感性高于初级NH4+固定速率。随着水分的增加,初级硝化速率呈现上升趋势,但不显著,土壤含水量从30%WHC增加到90%WHC,初级硝化速率也随之增加,土壤含水量饱和后(110%WHC),初级硝化速率下降;土壤水分与净硝化速率为显著负相关;初级NO3-固定速率随着土壤水分含量的增加而显著增加,水分的变化会改变净硝化速率和初级NO3-固定速率,会减少NO3-淋溶的损失。以上结果表明:土壤的有效氮含量主要形态是NH4+,较高的水分含量下,土壤氮的有效性含量增多归因于高的初级矿化速率和相对较低的初级NH4+固定速率、初级硝化速率、初级NO3-固定速率。湿润亚热带森林土壤中氮的富集原因可归因于相对较高的土壤湿度下快速的氮矿化作用,从而释放较多的NH4+。(4)N2O的排放量会随着土壤含水量增加有上升趋势,但不显著:30~70%WHC范围之内,N2O的排放随着水分的增加而减少,而后随着水分(90~110%WHC)增加N2O的排放量而增加。不同水分条件下,NO3-是N2O产生的反应底物,反硝化是N2O产生的主要来源;N2O的排放主要与反应底物NH4+和NO3-有关,C/N是影响N2O的主要因素。
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