【摘要】：在土壤的眾多氮庫中,NO_2~--N濃度通常很低,因此長期以來NO_2~--N的轉化過程被大多數(shù)學者忽視,但是在土壤氮轉化過程的研究中發(fā)現(xiàn),No2--N是多數(shù)氮轉化過程中非常重要的中間產物,包括自養(yǎng)硝化、異養(yǎng)硝化、反硝化等過程,顯然闡明土壤NO_2~--N的轉化過程及影響因素,對于深入認識土壤氮轉化過程具有重要的意義。本研究利用15N穩(wěn)定同位素成對標記技術,研究了酸性森林土壤NO_2~--N的來源和去向,定量了其產生和消耗速率,并分析了其主要影響因素。針對酸性條件下提取過程中NO_2~--N不穩(wěn)定的問題,本研究首先改進了酸性土壤中NO_2~--N的提取方法。結果表明,在強酸性土壤NO_2~--N的提取過程中,土壤/KCl懸浮液的pH值保持在5.0-6.0,振蕩時間為30 min時,能同時保證土壤NH_4~+-N和NO_2~--N的提取效率。對于強酸性土壤(pH6.0),推薦使用KCl溶液和pH 8.4的緩沖液混合溶液(KCl溶液/緩沖液比為4/1)作為提取液(土/液比為1/5)。對于pH值在7.5以上的土壤樣品,推薦使用KCl溶液和pH 7.5的緩沖液混合溶液(KCl溶液/緩沖液比為4/1)作為提取液(土/液比為1/5)。對于pH值在6.0-7.5的土壤樣品,可以直接使用2 M KCl溶液提取。與對照相比,改進方法后強酸性土壤中NO_2~--N的回收率從21%-63%增加到90%以上,同時也能保證土壤NH_4~+-N的提取效率。土壤中NO_2~--N濃度通常很低,導致其15N豐度的測定也非常困難。針對這一問題,我們參照國外文獻介紹,改良了測定NO_2~--N、NO_3~--N、NH_4~+-N中15N豐度的前處理方法,在本實驗室建立了 N_2O產生法替代傳統(tǒng)的蒸餾分離和擴散分離法測定提取液無機氮15N豐度的方法。結果表明,三種無機態(tài)氮制備成N_2O后,15N的測定值與標準樣品值的線性關系很好.R2均能達到0.99以上,標準樣品和土壤示蹤試驗樣品在測定中均獲得很好的測定精度。N_2O產生法的操作過程簡單、需要樣品量少、反應快速、結果準確且靈敏度高,解決了酸性土壤中NO_2~--N含量較低不易檢測的難題,為更準確地研究氮土壤轉化過程提供了技術支撐。在建立以上研究方法的基礎上,采用15N示蹤技術首先研究了 KCl溶液提取酸性土壤無機態(tài)氮過程中NO_2~--N的動態(tài),評估提取過程中NO_2~--N的變化對于土壤氮轉化過程速率測定的可能影響。結果表明,在KCl溶液提取酸性土壤無機態(tài)氮過程中,如果不調節(jié)提取液pH值,NO_2~--N會發(fā)生快速、劇烈的化學反應,導致NO_2~--N較高的消耗速率,同時也會有明顯的NO_2~--N產生過程。土壤有機氮是振蕩提取過程中NO_2~--N的主要來源,土壤pH是調節(jié)此過程的關鍵因素,在此過程中消耗速率顯著高于產生速率。土壤有機氮庫也是NO_2~--N的主要去向。提取過程中NO_2~--N的產生和消耗與NO_3~--N還原和NH_4~+-N氧化過程無關,所以并不影響以前的研究中使用同位素稀釋法和成對標記法計算NH_4~+-N和NO_3~-N有關的初級轉化速率研究結果的準確性,但是NO_2~--N含量和15N豐度的顯著降低會明顯影響酸性土壤中NO_2~--N的轉化研究,建議在研究NO_2~-N動態(tài)時,調節(jié)KCl提取溶液的pH值。在我國溫帶和亞熱帶地區(qū)分別采集三種酸性森林土壤樣品,采用本研究建立的方法,研究了酸性森林土壤中NO_2~--N的轉化過程及其影響因素。結果發(fā)現(xiàn)NO_2~--N轉化非常迅速,是酸性森林土壤氮轉化的關鍵驅動力。在所研究的酸性森林土壤中,土壤有機氮是NO_2~--N的主要來源,說明NO_2~--N是有機氮異養(yǎng)硝化過程的重要中間產物,土壤pH是調節(jié)此過程的關鍵因素,同時NO_2~--N的平均初級消耗速率顯著高于初級產生速率。NO_3~--N和土壤有機氮庫是NO_2~--N的主要去向。DON是亞熱帶強酸性森林土壤中NO_2~--N另外一個重要的去向,而在溫帶酸性森林土壤DON庫中并未檢測到標記的15N。在亞熱帶強酸性森林土壤中NO_2~--N也可能通過化學分解轉化為NO和N02。研究NO_2~--N庫的轉化過程及其影響因素對于深入認識土壤氮轉化過程具有重要的意義,因此,我們強烈建議在研究氮轉化過程時需要考慮NO_2~--N的轉化過程。以上研究表明,pH和有機質可能是影響N02--N動態(tài)的重要因素,為了深入研究pH和C/N對土壤NO_2~--N動態(tài)的影響,我們選取兩種酸性土壤,設定了不同pH和C/N梯度,研究不同pH和C/N條件下NH_4~+-N、NO_3~--N和有機氮對NO_2~--N產生的貢獻。結果表明,C/N明顯影響土壤NO_2~--N來源。隨著C/N的增加,NO_3~--N庫對NO_2~--N產生的貢獻逐漸減小,農田土壤從10%左右減少到4%左右,林地土壤從初始的14%左右減少到2%左右。有機氮異養(yǎng)硝化對NO_2~--N產生的貢獻則正相反,其隨著C/N的增加而增大,這與已有的報道一致。兩種酸性土壤在pH 4.5和pH 5.5時NO_3~--N庫對NO_2~--N的貢獻高于其他pH梯度,而pH 3.5時有機氮庫對NO_2~--N產生的貢獻率超過了 97%,在林地土壤中這一比例幾乎達到100%。在本試驗的所有處理中,NH_4~+-N庫對NO_2~--N的產生幾乎沒有貢獻。通過本項研究,我們改進了酸性土壤中的NO_2~--N的提取方法,提高了 NO_2~--N的提取效率;優(yōu)化了NO_2~--N中15N豐度的測定方法,有效地解決了酸性土壤中NO_2~--N含量較低而15N豐度不易檢測的難題。首次詳細研究了我國六種酸性森林土壤中NO_2~--N的動態(tài),定量了 NO_2~--N的初級產生和消耗速率,明確了 NO_2~--N的來源和去向,并分析了主要影響因素,為深入認識土壤氮轉化過程提供了技術支持和數(shù)據(jù)支撐。
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S714
【圖文】：

２００２）。過去幾十年的研究顯示，氮循環(huán)是土壤中重要的生物地球化學循環(huán)，逡逑也是影響全球氣候變化的一個重要因素。氮循環(huán)過程包括土壤氮輸入、輸出過程逡逑和氮形態(tài)轉化過程（圖１．１）。土壤中的氮以有機和無機形態(tài)存在，并且以有機態(tài)逡逑氮為主，占９５％以上，而無機態(tài)氮包括銨態(tài)氮（ＮＨ／－Ｎ）、硝態(tài)氮（ＮＣＶ－Ｎ）、逡逑亞硝態(tài)氮（Ｎ０２＿－Ｎ）、一氧化氮（ＮＯ）、氧化亞氮（Ｎ２０）和氮氣（Ｎ２）等（Ｓｐｒｅｎｔ，逡逑］９８７）。土壤中不同形態(tài)的l#可以相互轉化（Ｓｐｏｔｔｅ／ｏ／．，邋２０１１；邋Ｂｕｔｔｅｒｂａｃｈ－Ｂａｈｌ逡逑２０１３；邋Ｍｉｉｉｌｅｒ和Ｃｌｏｕｇｈ，邋２０１４），氮轉化的過程眾多，非常復雜，目前并沒有被完逡逑全認識清楚。逡逑ＴＶ邐邐—＞１１ＵＩＨＨ邋Ｉ邋邋ｍｉｌＪ．＿．逡逑．Ｙ邋ｆｉｘａｔｉｏｎ邐、—逡逑孕邐ｆ邋ｎ0Ｌ0邋ｊ逡逑ｊ￣￣￣￣￣｜邐ｓｊｌ邋：逡逑ｔｉ邐Ｈｉ逡逑ｒｗｉ邐逡逑Ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ邐？邋ｔ．逡逑Ｌｃａｃｆｕｎｇ逡逑／邐Ｎ邋：邐＊%煎義希苠澹幔洌洌椋簦椋錚鑠危模粒遙鈴義希摺觥觥觥镥�；０欏e錚螅簀義閑膩澹掊澹埽蟈澹簦潁幔睿螅媯錚潁恚幔簦椋錚鑠澹掊義賢跡保甭降氐飯蹋ǖ淙耄躺

本文編號：2793735