【摘要】：一般認(rèn)為,大多數(shù)熱帶-亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)處于氮飽和狀態(tài),而溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)基本上處于氮限制狀態(tài)。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的氮庫(kù),氮素豐缺狀態(tài)不同的生態(tài)系統(tǒng)其土壤氮素轉(zhuǎn)化速率和無(wú)機(jī)氮供應(yīng)特點(diǎn)迥異,因而具有不同程度的土壤氮素淋溶風(fēng)險(xiǎn)。本研究采用15N示蹤技術(shù)結(jié)合數(shù)值MCMC模型研究了黑龍江涼水國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)溫帶森林土壤的氮素初級(jí)轉(zhuǎn)化速率,在對(duì)比文獻(xiàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上分析了溫帶和亞熱帶森林土壤氮轉(zhuǎn)化特點(diǎn)；通過(guò)土柱模擬淋溶試驗(yàn)結(jié)合15N示蹤技術(shù)驗(yàn)證中國(guó)亞熱帶和溫帶地區(qū)森林土壤的N03-淋溶狀況。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探究了在15N示蹤和模擬降雨條件下,亞熱帶和溫帶地區(qū)森林土壤保氮能力、途徑的差異,從土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程角度分析了其機(jī)理,研究結(jié)果對(duì)于控制氮引起的環(huán)境問(wèn)題有重要的意義。 采集東北涼水自然保護(hù)區(qū)PK(紅松),LG(興安落葉),BP(白樺)和PA(云冷杉)4個(gè)不同林型的土壤,采用’5N示蹤技術(shù)和數(shù)值MCMC模型,研究溫帶森林土壤的氮素初級(jí)轉(zhuǎn)化速率。結(jié)果顯示,土壤有機(jī)氮初級(jí)礦化速率在1.83mg Nkg-1d-1至4.42mg N kg-1d-1)之間,其中礦化產(chǎn)生的銨態(tài)氮只有41%被微生物利用,57%的銨態(tài)氮通過(guò)氨氧化過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮�？傁趸俾�(1.80mg N kg-1d-1)包括氨氧化過(guò)程和初級(jí)異養(yǎng)硝化過(guò)程,其中79%的硝態(tài)氮是通過(guò)氨氧化途徑產(chǎn)生的。但是,兩個(gè)硝化過(guò)程產(chǎn)生的硝態(tài)氮大概僅有6%被微生物同化。我國(guó)溫帶森林土壤較高的初級(jí)硝化速率和低的硝態(tài)氮微生物同化速率,使得土壤凈硝化速率相對(duì)較高,土壤硝態(tài)氮不斷累積,淋溶風(fēng)險(xiǎn)較高。較低的碳氮比是本研究中影響土壤氮素轉(zhuǎn)化速率的主要原因。 依據(jù)南方亞熱帶和北方溫帶土壤硝化能力不同,選取南方花崗巖(G)發(fā)育的針葉林土壤(SGCF)、闊葉林土壤(SGBF)和紅砂巖(S)發(fā)育的針葉林土壤(SSCF),北方不同林型天然紅松(NNPK)、人工紅松(NPPK)和興安落葉(NPLG)土壤為供試材料,設(shè)置標(biāo)記15NH4NO3、NH415NO3和對(duì)照(CK)3組處理,加入50mg N kg-1(分四次等量加入),進(jìn)行56天的室內(nèi)土柱模擬淋溶試驗(yàn),探討亞熱帶和溫帶地區(qū)森林土壤的硝化作用與N03-淋溶之間的關(guān)系。結(jié)果表明,從無(wú)機(jī)氮濃度來(lái)看,南北方土壤的氮淋溶都以硝態(tài)氮為主,北方土壤的硝態(tài)氮淋溶大于南方。在淋洗過(guò)程中北方土壤滲漏液N03-濃度先達(dá)到最高值,之后趨于平衡,這表明土壤的硝化作用越強(qiáng),滲漏液中的N03-濃度達(dá)到峰值所需的時(shí)間就越短。從豐度來(lái)看,在15NH4NO3處理中,亞熱帶和溫帶土壤前三次的淋溶的硝態(tài)氮相差不大,基本處在同一水平,但是到了第四次淋溶,亞熱帶的硝態(tài)氮豐度有一個(gè)陡然的上升。在NH415NO3處理中,溫帶地區(qū)的硝態(tài)氮的淋溶量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于亞熱帶的硝態(tài)氮淋溶量。用KCl浸提土柱內(nèi)土壤并分析其氮含量,數(shù)據(jù)表明,南方土壤趨向于持留硝態(tài)氮,而北方土壤趨向于將施入的無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮的形式持留在土壤中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以解釋土壤氮轉(zhuǎn)化特點(diǎn)與氮去向的關(guān)系。
【圖文】：

圖2.1總礦化速率與總銨態(tài)l#同化速率的關(guān)系和碳氮比與總按態(tài)氮同化速率的關(guān)系銷態(tài)氮有兩個(gè)產(chǎn)生途徑：一是錢態(tài)氮氧化為礎(chǔ)態(tài)氮，二是有機(jī)氮直接氧化為銷態(tài)氮。供試土壤的錢態(tài)氮氧化速率在0.54mg N kg"' d"'到3.13mg N kg"' d"'之間，紅松和興安落葉松土壤的銨態(tài)氮氧化速率要顯著高于白禪和云杉土壤(P<0.05)。銨態(tài)氮氧化速率與土壤pH值存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（/><0.01 )。按態(tài)氮氧化消耗的錢態(tài)氮占錢態(tài)氮總產(chǎn)生量的15%到111% (平均值57%)。銨態(tài)氮氧化與總礦化錢態(tài)氮的產(chǎn)生量的比值與土壤pH值存在指數(shù)相關(guān)（PO.Ol)。紅松和云冷杉土壤有機(jī)氮異養(yǎng)確化速率分別為0.86 nig N kg-' d—i和0.37 mg Nkg-' d-',然而興安落葉松和白禪土壤該速率忽略不計(jì)。大約有79%的確態(tài)氮是來(lái)自于錢態(tài)氮的氧化過(guò)程。硝態(tài)氮的消耗途徑主要有兩個(gè)：一是挿態(tài)氮的微生物同化,二是銷態(tài)氮異化還原為錢態(tài)氮。所有土壤的確態(tài)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"'之間。興安落葉松和白作土壤的確態(tài)氮異化還原為按態(tài)氮速率要顯著大于紅松和云杉土壤，紅松和云杉土壤的硝態(tài)氮異化還原為按態(tài)氮忽略不計(jì)。較高的確態(tài)氮產(chǎn)生速率和低的消耗速率導(dǎo)致明顯的凈

笫2章溫帶地區(qū)酸性森林土壤氮素初級(jí)轉(zhuǎn)化速率化礎(chǔ)態(tài)氮的速率與土壤碳氮比之間有正相關(guān)關(guān)系（PO.Ol)(圖2.2)。同時(shí)，，凈礎(chǔ)化速率與土壤碳氮比有負(fù)相關(guān)關(guān)系（/^<0.01)(圖2.2)。0.4-, 4-,C 0 ■■S^O. 3- "ojo 3- 口？. 廣蘭、■#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 ~柋韌

本文編號(hào)：2674433