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营养元素在植物-土壤-大气之间的循环和转化是重要的生态系统过程之一,是维持生态系统结构、功能和服务的物质基础。全球变化引起的降水格局的改变很可能会影响土壤中营养元素的转化过程。氮(N)作为植物生长和发育所需的大量营养元素之一,不仅影响生态系统的初级生产力,还会影响温室气体的排放等生态过程。因此,研究土壤氮转化过程对降水格局变化是如何响应的具有重要的意义。
以广东鹤山人工常绿阔叶林生态系统为研究对象开展了降水季节分配变化(PSDC)对土壤氮转化过程影响的野外控制试验。本文主要针对样地试验设施对试验开展的潜在效应以及干季更干(DD)时土壤氮转化过程的变化进行了研究。
对样地潜在设施效应的研究结果表明,整个约0.7 hm2样地在2012年5-9月间的土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、微生物生物量碳、净氮矿化速率和硝化速率均表现出一定的时空变异,但设施对土壤微生物生物量碳、全磷、硝态氮、铵态氮和净矿化速率的影响统计学检验不显著;而设施建设和样方周边挖隔离沟对净硝化速率在刚完成平台建设时有显著影响(P<0.05),恢复3个月后虽仍有差异,但统计学检验已不显著。这些提示在分析和解释降水处理对土壤氮素的影响效应时,设施对试验的潜在影响是可以忽略的。
干季更干处理的土壤硝态氮、无机氮与对照相比均有所降低,但统计检验差异均未达到显著。在干季更干这一试验处理内水槽空隙与水槽下方的土壤硝态氮、铵态氮、无机氮的含量相差不大。土壤微生物生物量碳与土壤硝态氮、无机氮表现出一致性,即干季经过干旱处理后土壤微生物生物量碳是降低的,并且差异达到了显著水平(P<0.05);水槽空隙土壤微生物生物量碳的含量也比水槽下方微生物生物量碳的含量高。而水槽空隙的土壤淋溶的铵态氮、硝态氮、无机氮显著的高于水槽下方土壤的淋溶量,且硝态氮和无机氮达到了极显著水平(P<0.01)。这可能是因为穿透水减少一方面使得土壤微生物生物量减少,另一方面也使得土壤无机氮的淋溶量降低,所以干季更干处理的土壤无机氮的含量没有表现出显著的变化。
干季更干处理的土壤氮素的净矿化速率和净硝化速率没有显著降低。而水槽空隙土壤氮素的净矿化速率和净硝化速率分别为25.34 mg kg-1 mon-1和19.98 mgkg-1 mon-1,明显比水槽下方土壤氮素的净矿化速率(19.19 mg kg-1 mon-1)和净硝化速率(15.10 mg kg-1 mon-1)(三次培养的平均值)高,并且统计检验的结果达到显著水平(P<0.05)。水槽空隙与水槽下方的土壤氮素净转化速率的变化要比干季更干处理相对于对照的变化显著,这可能是因为干旱处理刚开始生态系统对胁迫有一定的缓冲能力,干旱造成的效应还没有表现出来,连续几年干旱处理之后效应可能会表现得更明显。