论文部分内容阅读
水分和温度是土壤氮转化过程的重要影响因素,它们通过二条途径影响土壤氮的转化过程：长时间作用改变土壤基本性质而影响氮转化过程和速率（稳定作用）；短时间改变土壤环境条件和微生物活性直接作用于氮转化过程和速率（瞬时作用）。研究和区分水热因素对土壤氮转化过程及N2O排放的稳定和瞬时作用,对认识土壤氮素转化规律、合理应对全球气候变化等具有极其重要的意义。本研究利用海南岛较小范围内,年均温非常接近,干燥度变化很大的自然条件,在湿润、半湿润和半干旱区各采集6个森林土壤为研究对象,采用15N同位素稀释法结合MCMC模型运算,研究了水分因素对土壤氮转化关键过程及N2O排放的稳定作用。同时采用实验室培养法,研究了水热因素对土壤净转化速率及N2O排放的瞬时作用,凋落物和硝化抑制剂对不同性质的土壤氮转化速率和N2O排放的影响。实验室条件下（60%WHC和25℃）采用15N同位素稀释法,测定了海南岛湿润、半湿润、半干旱区森林土壤氮初级转化速率。结果表明,随着干旱指数（Di）的增加,土壤氮初级矿化速率、有机氮周转速率、初级硝化速率和净硝化速率显著增加（P<0.05）,但净矿化速率差异不显著（P>0.05）。相关性分析发现,土壤pH与土壤初级矿化速率、有机氮周转速率、初级硝化速率显著相关（P<0.01）；粘粒含量与初级硝化速率显著相关（P<0.01）。相同培养温度和湿度的条件下,不同气候区土壤N2O排放差异不显著。定量各氮转化过程对N2O产生的相对贡献,发现虽然差异未达到统计显著水平（P>0.05）,但反硝化过程对N2O排放的贡献率有较明显的从湿润地区（45%）向半干旱地区（31%）逐渐降低的趋势。硝化产物中N2O的比例随着土壤pH的提高而显著下降（P<0.01）。由此可见,水分因素影响土壤性质而改变氮的初级转化速率和净硝化速率,但不改变标志氮供应能力的净矿化速率和N2O排放。为进一步检验水分和温度对N2O排放的瞬时作用,室内培养条件下测定了不同水分含量（25%WHC～100%WHC）和温度（20℃～40℃）对湿润和半干旱区森林土壤的无机氮供应及N2O排放的影响。结果发现,不同气候区土壤净矿化速率、净硝化速率对水分变化的响应有较大差异。湿润和半干旱气候区土壤净矿化速率均随土壤水分含量的升高呈上升趋势,说明净矿化速率受水分瞬时作用的影响较大,水分瞬时作用不受土壤理化性质差异的控制。土壤净硝化速率对水分变化的响应则因土壤而异,半湿润土壤净硝化速率在65%WHC时最大,之后随着土壤水分含量的增加而呈下降趋势,净硝化速率与水分含量呈抛物线关系；半干旱气候区土壤净硝化速率则随着土壤含水量的增加而呈上升趋势。培养期间,供试土壤N2O累积排放量均随着土壤水分含量的增加而上升,说明水分对土壤N2O排放的影响主要是瞬时作用的结果,并不受土壤性质（如pH、质地）的影响。温度对土壤净矿化速率和净硝化速率的影响不同。湿润和半干旱气候区土壤净矿化速率均随温度的升高呈上升趋势,说明温度对净矿化速率具有显著的瞬时作用,而且其作用模式不因土壤理化性质不同而异。温度对土壤净硝化速率也有显著的瞬时作用,其作用模式也不因土壤理化性质而异：湿润区土壤20℃～30℃培养条件下的净硝化速率显著低于40℃条件的净硝化速率,但20℃和30℃之间差异不显著；半干旱气候区土壤净硝化速率则随温度的增加而显著提高。培养期间,供试土壤N2O累积排放量均随着温度的增加而显著上升,说明温度对土壤N2O排放的瞬时作用也不因土壤理化性质而异。凋落物管理是林地土壤氮转化过程的重要调控措施,其调控效率可能因土壤性质和气候的差异而有较大差异。室内培养条件下,设置不同温度水平,研究了落物对不同气候带土壤氮转化过程的影响,结果发现20℃～40℃条件下,添加C/N比为33的典型亚热带阔叶林凋落物,整体上降低了湿润和半干旱气候区土壤净矿化速率。净硝化速率对添加凋落物的响应因土壤而异：湿润区土壤中,在各温度条件下,添加凋落物均显著降低土壤净硝化速率,而在半干旱区土壤中,添加凋落物提高了土壤净硝化速率。湿润区土壤中,在20℃和30℃条件下,添加凋落物显著提高了土壤N2O产生速率,但在40℃时,添加凋落物并未影响土壤N2O平均产生速率；在半干旱区土壤中,20℃时,添加凋落物提高了土壤N2O平均产生速率,但差异不显著,而30℃和40℃时,添加凋落物显著提高了土壤N2O平均产生速率。硝化抑制剂对土壤氮转化及N2O排放的调控可能因土壤性质而异,为了明确硝化抑制剂对硝化作用和N2O排放的抑制效果与土壤性质（主要是pH、质地）的关系,在全国采集了pH和质地差异很大的6个水稻土,在60%最大持水量和25℃条件下进行室内培养试验。结果发现,供试水稻土的硝化率与土壤pH呈显著的正相关；N20累积排放量与土壤硝化率呈显著正相关,表明N2O主要通过硝化作用产生。硝化抑制剂Nitrapyrin对土壤硝化及N2O排放的抑制率高于DCD,但对硝化作用的抑制效果均与土壤硝化能力无显著相关性。Nitrapyrin对N2O排放的抑制效率随土壤硝化能力的提高而增加。无论是Nitrapyin还是DCD均不能有效地抑制硝化作用很弱的酸性水稻土的N2O排放,可能与该类土壤N2O排放主要以异养硝化作用为主有关。