喀斯特原生乔木林和次生林土壤氮矿化特征

【目的】探究喀斯特森林土壤氮矿化特征及供氮能力。【方法】以贵州喀斯特原生乔木林和次生林为研究对象,采用树脂芯法,原位连续培养测定土壤氮矿化/硝化动态特征。【结果】①喀斯特原生乔木林和次生林土壤无机氮含量随培养时间延长存在明显的变化,NH⁺₄-N含量呈先增加后减少再增加趋势,NO^-₃-N含量表现为总体增加趋势。NH⁺₄-N是土壤有效氮的主要存在形式,其含量占土壤无机氮的84.57%～94.31%。②两演替群落土壤氮矿化速率呈“V”形变化,范围分别为-0.43～0.97 mg/(kg·d)和-0.91～1.43 mg/(kg·d); 硝化速率呈波动上升趋势,范围分别为0.21～0.49 mg/(kg·d)和0.03～0.31 mg/(kg·d)。③原生乔木林土壤无机氮含量、矿化速率、氨化速率和硝化速率均高于次生林。④原生乔木林土壤氮全年净矿化总量170.82 kg/(hm²·a),是次生林的2.48倍,两种林分土壤净硝化氮分别占净矿化氮的95%和100%。【结论】喀斯特森林土壤供氮能力较强,但土壤氮矿化过程中氮硝化占主导,表明土壤中植物可利用的氮素易于淋溶或挥发损失。     

苏北沿海不同土地利用方式土壤动物对有机氮矿化的影响

土壤动物是陆地生态系统的重要组成部分,为探讨不同土地利用类型土壤动物对土壤氮矿化过程的影响,以苏北沿海地区3种土地利用方式(杨树人工林、农田、杨农复合林)为研究对象,通过设置不同实验处理(对照、撒噻唑磷驱除土壤线虫、撒萘驱除所有土壤动物),采用顶盖埋管法测定土壤矿质氮的含量,分析了土壤动物对有机氮矿化速率的影响。结果表明:①3种土地利用类型驱除土壤线虫和驱除所有土壤动物处理的土壤NO^-₃-N 和总无机氮(TMN)含量均显著低于对照(P<0.05),说明土壤线虫和土壤动物的存在能显著提高土壤中NO^-₃-N和总无机氮的含量; 而NH⁺₄-N含量变化不明显。②土地利用类型和土壤动物类群数量的改变会影响土壤净氮矿化速率; 0～10 cm土层,对照处理土壤净氮矿化速率从大到小表现为农田>杨树林>杨农复合林,驱除线虫和驱除所有土壤动物处理下均表现为杨农复合林>农田>杨树林; 各处理≥10～25 cm土层动物变化不显著。且0～10 cm对照和驱除线虫处理,杨树林与农田间土壤净氮矿化速率差异显著(P<0.05,P<0.01)。驱除线虫和驱除所有土壤动物均能降低土壤净氮矿化速率(P<0.05)。③驱除所有土壤动物处理的土壤微生物量氮的含量极显著低于对照(P<0.01),表明驱除土壤动物对土壤微生物有极显著的影响。     

降水变化对樟子松人工林土壤无机氮和净氮矿化速率的影响

在北京大学地球环境与生态系统塞罕坝实验站的樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)人工林内, 采用野外降水控制实验和顶盖埋管法, 在生长季内分0~5, 5~10, 10~20和20~30 cm 4层, 研究穿透雨增加或减少30%对土壤无机氮(铵态氮与硝态氮之和)及净氮矿化速率的影响。结果表明, 樟子松人工林地下0~30 cm无机氮含量为6.70±2.31 mg/kg, 其中铵态氮5.59± 1.78 mg/kg, 硝态氮1.11±0.77 mg/kg。不同土壤深度的无机氮含量无显著差异, 3种穿透雨处理间的土壤铵态氮和无机氮含量无显著差异, 增雨处理的硝态氮含量显著低于对照。0~30 cm的土壤净氮矿化速率为?0.24 (?6.65~10.24) mg/(kg?30d)。穿透雨处理和土壤深度对净氨化速率无显著影响, 0~5 cm的净硝化速率和净氮矿化速率显著高于其余3层, 增雨和减雨处理的净硝化速率和净氮矿化速率显著高于对照。研究结果说明降水变化对土壤铵态氮及氨化作用的影响弱于对硝态氮及硝化作用的影响, 这有助于更准确地评估降水变化对人工林生态系统服务功能和氮素生物地球化学循环过程的影响。     

青藏高原东北缘不同海拔梯度土壤微生物量与氮矿化的潜力

通过对位于青藏高原东北缘高寒草甸五个海拔梯度的土壤理化特性,微生物量碳、氮,以及室内外培养的净氮矿化的研究得出:土壤微生物量碳在各海拔间差异不显著,微生物量碳、氮分别对土壤有机碳和全氮的贡献率在不同海拔间差异显著(P0.05),且均与海拔梯度呈显著负相关,说明低海拔地区有较多的营养被微生物固定,潜在的有效营养源较高;微生物量碳、氮与土壤pH值均呈显著正相关,与土壤含水量呈负相关(P0.05);室内培养的氮矿化潜力大于野外原位培养的净氮矿化率,说明在室内控制的适宜的温度和湿度条件下,矿化速率较高.     

苏北沿海不同土地利用方式冬季土壤氮矿化速率比较

土壤氮矿化速率常被作为生态系统中氮有效性和氮损失的指标。不同的土地利用方式可能影响土壤氮素的矿化、运输和植物的吸收与利用,因而造成土壤氮素循环过程的差异。该研究以苏北沿海地区杨树纯林、杨农复合、草地和农田等4种不同土地利用模式为研究对象,采用原位封顶法测定了土壤矿质氮含量的变化,分析了不同土地利用方式土壤氮净矿化速率的特征,以及土壤矿质氮与土壤微生物量氮(SMBN)、土壤水溶性有机氮(WSON)与土壤主要理化性质的相关关系。结果表明:不同土地利用方式土壤净矿化速率从大到小表现为杨树纯林>杨农复合>农田>草地; 土壤铵态氮(NH⁺₄-N)与N矿化速率、SMBN、全氮有显著的正相关(p<0.05); 土壤硝态氮(NO^-₃-N)与SMBN、WSON、有机碳有极显著的正相关(p<0.01); NH₄⁺-N、矿质总氮(TMN)与土壤C/N有极显著的负相关(p<0.01)。土壤矿质氮含量随土层的加深而显著减少; 在>10～25 cm土层,杨树纯林与杨农复合之间的土壤矿质氮含量差异显著(p<0.05)。研究结果表明土地利用方式的改变将影响土壤氮净矿化速率,森林转变为农田或农林复合结构后,氮在土壤中的储量和循环速率显著降低。     

苏北杨树人工林连栽林地土壤氮素矿质化原位研究

采用土柱离子交换包法,研究了苏北地区不同连栽代次杨树人工林土壤氮矿化的状况及耕作措施对二代杨树林土壤氮矿化的影响。结果表明：不同代次的杨树人工林土壤氨化速率的季节变化较为一致,二代林土壤的氨化速率和一代林相比,并未出现明显的降低,有的月份(4、7月)甚至高于一代林。二代林的硝化速率和净氮矿化速率明显低于一代林,尤其是在3、4、5月份。耕作措施虽然增加了二代林土壤氮素年氨化量、硝化量和矿化量,但由于也相应地增加了年淋溶量(约占年矿化量的49.15%),因此土壤中的无机氮含量反而低于免耕处理。     

太湖东岸湖滨带土壤微生物生物量碳及主要化学特性

湖滨带是湖泊流域水生生态系统与陆生生态系统之间重要的生态过渡带。笔者以太湖东岸受 人为活动干扰较小的吴中与吴江段湖滨带为代表,测定分析了湖滨带沿水位变幅区至陆向辐射区(近 水区、中水区、远水区)土壤微生物生物量碳、有机碳、全氮、全磷、铁、锰的含量。结果表明：湖 滨带土壤微生物生物量碳的分布沿水体至陆地方向呈逐渐减小趋势,近水区最大,平均值为93.10 mg/kg,中水区与远水区平均值分别为62.70、52.00 mg/kg;土壤有机碳、全氮、全磷、铁、锰含量 的分布沿水体至陆地方向呈先增大后减小趋势,陆向辐射区高于水位变幅区,这说明自然状态下的 湖滨带在拦截、过滤营养元素与重金属元素方面具有一定作用。     

峨眉山不同海拔土壤氮素转化动态

为了更全面地了解高山土壤矿质元素动态对海拔的响应,2013年7月采集峨眉山4个典型海拔(775,1 575,2 433,3 010 m)土壤样品,并用好气培养法在室内培养42 d,分别测定培养前后的硝态氮和铵态氮含量,计算土壤净氮矿化率.研究结果表明,峨眉山土壤水温状况、全氮、全磷含量均随海拔梯度改变呈现规律的变化趋势.总体上,随着海拔梯度的升高,土壤中硝态氮和铵态氮含量逐渐增加.峨眉山不同海拔土壤净氮矿化速率均为正值,氮素循环以矿化为主,从而为"非生长季"甚至来年春季高山植物的生长提供了一个巨大的潜在氮库.该研究结果不仅弥补了峨眉山土壤生态过程研究的不足,也为研究峨眉山土壤养分循环和植被分布格局提供了理论基础.     

污泥有机氮在林地土壤中的矿化动态

采用室内培养试验研究了污泥用量和培养温度对污泥有机氮矿化动态的影响。结果表明,污泥有机氮的矿化动态规律符合经典的一级动力学方程(Nm=N0×[1-exp(1-k×t)]),N0(培养时间t=0时污泥可矿化的有机氮量)随着温度和污泥用量的增加而增加,k(矿化速率常数)值则随温度增加而增加,随污泥用量的增加而降低。污泥用量对污泥有机氮矿化的影响可分成两个明显不同的影响范围:当污泥用量在3%～6%时,污泥有机氮矿化率随污泥用量增加而显著下降;当污泥用量≥6%时,各处理间污泥有机氮矿化率基本一致,受污泥用量的影响较小。污泥有机氮的矿化作用随温度升高而增加。     

氮磷添加对温带和亚热带森林土壤碳氮矿化的影响

选取黑龙江五营温带森林和福建武夷山亚热带森林两个站点, 通过120天室内培养实验, 探讨氮磷(NH₄NO₃和NaH₂PO₄)添加对两种森林表层土壤(0~20 cm)碳氮矿化的影响。结果表明, 氮添加通过降低土壤微生物的生物量及其碳氮比来降低亚热带森林的土壤碳矿化, 但对温带森林的土壤碳矿化没有显著影响; 磷添加对两种森林的土壤碳矿化均没有显著影响。磷添加显著地增加温带森林的土壤净氮矿化, 氮添加显著地降低温带森林的土壤净氮矿化, 氮添加和磷添加均对亚热带森林的土壤净氮矿化没有显著影响。总体而言, 可能由于养分可利用性和土壤性质的区别, 温带森林和亚热带森林土壤碳氮矿化对氮磷添加的响应存在区别。     

淋洗对稻田土壤氮素矿化的影响

采用淹水培养间歇淋洗法、淹水密闭连续培养法和淹水培养间歇多次淋洗法对四种稻田土壤进行土壤氮素矿化的淋洗试验。结果表明：淋洗有利于土壤氮素的矿化过程，但淋洗频率过快并没有造成土壤氮素矿化量的显著增加。     

施外源氮对稻田土壤氮素矿化的影响

对稻田土壤施外源氮对氮素矿化的影响进行了研究。结果表明：在淹水培养间歇淋洗过程中，五种土样在对照和施氮肥处理下的氮素矿化氮量随着培养时间有相似的氮素矿化趋势，且在培养后第4天左右增加的氮素矿化氮量主要为施入氮肥的增加，并于第4天淋洗时基本被淋洗完全。     

接种AMF及施氮对滨海盐土氮矿化的影响

【目的】研究接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)以及施氮对滨海盐土氮素转化的影响,探究提高滨海盐土氮素供应能力的有效途径。【方法】以江苏北部滨海盐土为研究对象,采用室内培养试验方法,研究接种AMF以及不同施氮水平处理对土壤氮素矿化和氮素供给的影响。【结果】施氮对菌根侵染率具有显著促进作用(P<0.05),低氮处理(N1,施氮量为92 mg/kg)菌根侵染率达45.22%,显著高于高氮处理(N2,施氮量为184 mg/kg)的32.44%,而不施氮处理(N0)菌根侵染率仅有16.00%。在接种AMF 1 d时,低氮处理的滨海盐土铵态氮含量显著低于高氮和不施氮处理的滨海盐土(P<0.05),说明较高的菌根侵染率更有利于植物对铵态氮的吸收与同化,施氮及接种处理显著影响了滨海盐土的氨化过程(P<0.05),但并未对其产生交互作用。硝态氮含量随施氮量的增加而升高,除培养5和10 d外,其余时间点高氮处理滨海盐土的硝态氮含量显著高于低氮以及不施氮处理(P<0.05)的滨海盐土,硝化作用受施氮和接种AMF的交互作用影响。滨海盐土净氮矿化量以及净氮矿化速率在施氮处理和接种处理下差异均不显著(P>0.05),但交互作用对其产生了极显著促进作用(P<0.001)。【结论】对于滨海盐土,添加过多的氮反而抑制丛枝菌根真菌与耐盐植物共生关系的建立;施氮有利于提高滨海盐土的氮矿化作用,施氮量过高并不能对其供氮能力产生促进作用;丛枝菌根真菌与植物共生关系的建立能有效提高氮肥利用效率。施氮和接种AMF通过一定的交互作用对滨海盐土氮矿化过程产生影响。     

“碳中和”背景下碳输入方式对森林土壤活性氮库及氮循环的影响

森林生态系统具有碳源和碳汇双重功能,调控森林中碳输入方式对于实现我国“碳中和”目标具有重要意义。作为森林土壤有机碳(SOC)的主要来源,不同碳(C)输入方式(如地上凋落物、地下植物根系等)对森林生态系统土壤氮(N)循环的影响一直是相关学者的研究重点。笔者综述了目前国内外不同C输入方式对土壤活性N库、土壤N矿化、硝化过程及氧化亚氮(N₂O)排放的影响研究现状,分析了森林土壤活性N库及N转化过程对不同C输入变化的响应,发现:① 地上C排除可以降低土壤有效态氮(主要包括$NH_{4}^{+}$-N和$NO_{3}^{-}$-N)的含量,但地下C排除却增加了土壤$NH_{4}^{+}$-N含量。C输入方式的改变对土壤微生物生物量氮(MBN)含量影响具有不确定性,这可能与生态系统类型、树种组成、时间尺度等因素相关。此外,地下C排除对土壤可溶性氮(DON)含量的影响较地上C排除的大,地下根系可能是影响土壤DON含量的主要贡献者。② 地上C输入对土壤N矿化及硝化速率的影响在短期内较大,而长期影响较小。其主要是通过间接改变土壤微生物活性从而影响了土壤N矿化及硝化过程,地下C排除增加了土壤N矿化速率,且随着时间尺度的增加表现更加明显。③ 地上C输入通过改变硝化和反硝化微生物的可利用C源而间接影响了N₂O的排放,且受到树种影响显著,而地下C输入对N₂O的影响因根系质量等的差异而发生改变。综上可知,森林土壤活性N库及N循环过程对不同C输入具有不同的响应机制,且受生态系统类型、物种、时间等因素影响较大。目前关于两种乃至多物种不同C的输入对森林土壤N影响的研究较少,且定性研究较为普遍;对优化森林生态系统地上地下C输入动态模型和精准预算不足,尚未建立完整的碳减排生态补偿机制。今后的研究亟须定量了解不同森林生态系统不同的C输入及其两者或者多物种之间的交互影响对土壤N的影响机制,且需更多地考虑在时间尺度上的长期变化过程;需要提升核算与预测森林地上地下碳中和能力,加快森林碳中和技术研发,为提前实现“碳中和”战略目标提供科技支撑。     

杨-桤混交林及其凋落物对土壤氮矿化的影响

【目的】研究含氮量中等的立地条件下杨-桤混交林相比于杨树纯林能否增加土壤养分,分析桤木是否为合适的固氮树种,探讨桤木与杨树营造混交林以缓解人工林连栽带来的土地肥力衰退问题。【方法】以苏北地区杨树人工纯林以及杨-桤(1∶1)混交林为研究对象,采用尼龙网袋法观察两种林分下凋落叶质量分解以及养分释放的过程,比较两种凋落物处理(去除凋落物与保留凋落物)对土壤全氮以及碱解氮含量的影响。采用树脂芯田间原位培养法,研究杨-桤混交林与杨树纯林两种林分在两种凋落物处理下,林地土壤氮年净矿化量的变化。【结果】营造杨-桤混交林显著提高了林地土壤全氮和碱解氮含量。杨树纯林凋落物分解时需从周围土壤中吸收更多氮素,且分解速率较慢。杨-桤混交林凋落物分解更快进入氮释放状态,因此去除凋落物后混交林土壤碱解氮显著减少。保留凋落物处理下,杨-桤混交林中每公顷土壤氮年净氨化量显著高于杨树纯林中的,去除凋落物后两者差异不显著。【结论】研究发现,桤木是杨树较合适的伴生树种,营造杨-桤混交林可以起到增加土壤全氮和碱解氮含量的作用,有助于缓解杨树纯林连栽带来的地力下降问题。混交林凋落物分解速率与氮素释放速率更快,有利于人工林生态系统氮循环。保留凋落物处理下,混交林中每公顷土壤氮年净氨化量显著高于杨树纯林的,而每公顷土壤氮年净硝化量没有显著差异,表明混交林凋落物分解释放的氮素主要促进土壤氨化过程,对土壤硝化过程影响较弱。     

不同土地利用类型土壤动物对土壤氮矿化季节变化的影响

以苏北沿海地区3种土地利用类型(杨树人工林、农田、杨农复合林)为研究对象,通过设置不同驱除土壤动物处理(撒萘驱除所有土壤动物、撒噻唑磷驱除土壤线虫、未驱除即对照),采用顶盖埋管法测定土壤矿质N含量及净N矿化速率,研究土壤动物对N矿化季节变化的影响。结果表明:①不同土地利用类型土壤NH⁺₄-N、NO^-₃-N、土壤总矿化N(TMN)含量均呈显著的季节变化(P＜0.05),驱除线虫和所有土壤动物显著降低了不同季节的土壤NH⁺₄-N、NO^-₃-N和TMN含量,但并没有改变它们的季节变化基本趋势。3种土地利用类型土壤NH⁺₄-N含量的季节变化均表现为夏＞秋＞春＞冬; 对于NO^-₃-N和TMN含量的季节变化,杨树林和杨农复合林均表现为夏＞秋＞春＞冬,而农田则表现为秋＞夏＞春＞冬; ②不同土地利用类型净N矿化速率季节差异显著(P＜0.05),杨树林和农田的净N矿化速率最大值出现在秋季(分别为0.25、0.29 mg/(kg·d)),杨农复合林净N矿化速率最大值出现在夏季(0.45 mg/(kg·d))。驱除线虫和驱除所有土壤动物显著降低了所有土壤利用类型春、夏、秋季的土壤净N矿化速率(P＜0.05),而未改变杨农复合林净N矿化速率的季节变化趋势。驱除所有土壤动物改变了杨树林和农田的净N矿化速率的季节变化趋势,杨树林和农田驱除所有土壤动物的季节变化表现为夏＞秋＞春＞冬,而对照表现为秋＞夏＞春＞冬。重复测量方差分析表明,季节和驱除土壤动物处理对净N矿化速率有显著的交互作用(P＜0.01),表明驱除土壤动物可能会影响净N矿化速率的季节变化。