西双版纳不同热带森林下土壤氮矿化和硝化作用研究

 1998年7月,用埋袋法对西双版纳热带季节雨林、崖豆藤(Mellettia leptobotrya)次生林、季节雨林内林窗和轮歇地土壤的氮矿化和硝化作用进行了研究。研究结果表明季节雨林和崖豆藤次生林的格局基本相同,氮净矿化速率分别为6.55mgN·kg-1·30d-1和6.37mgN·kg-1·30d-1,硝化速率分别为16.28mgN·kg-1·30d-1和16.38mgN·kg-1·30d-1。而林窗下和轮歇地土壤的氮净矿化速率和硝化速率均为负值,氮净矿化速率分别为–7.85mgN·kg-1·30d-1和–10.69mgN·kg-1·30d-1,硝化速率分别为–2.78N·kg-1·30d-1和–3.69mg N·kg-1·30d-1。从实验结果看,在30d的培养过程中,NH4–N消耗较多,导致硝化速率大于氮净矿化速率。     

温度和湿度对长白山两种林型下土壤氮矿化的影响

在实验室条件下,将不同含水量的两种森林类型的土柱分别置于5,15,25,和35℃条件下培养30d,分析培养前后的NH^ 4-N和NO^-3含量,确定土壤的净矿化速率,结果表明,在温度为5－35℃范围内,N的矿化速率与温度呈正相关,在一定的含水量范围内（0．46－0.54kg.kg^-1),净矿化速率随湿度的增加而升高,当含水量超过该范围,净矿化速率则随含量而降低,温度和湿度对土壤的矿化和硝化过程存在较明显的交互作用,建立了二维的方程（T,θ）来描述温度和湿度对土壤N矿化速率的影响,阔叶红松林土壤N矿化的最佳条件是温度35℃,含水量0.51kg.kg^-1,云冷杉林土壤N矿化的最佳条件是35℃,含水量0.52kg.kg^-1.     

西双版纳不同热带森林土壤氮矿化和硝化作用研究

1998年7月,用埋袋法对西双版纳热带季节雨林、崖豆藤（Mellettialeptobotrya）次生林、季节雨林内林窗和轮歇地土壤的氮矿化和硝化作用进行了研究。研究结果表明季节雨林和崖豆藤次生林的格局基本相同,氮净矿化速率分别为6．55mgN·kg－1·30d-1和6．37mgN·kg-1·30d-1,硝化速率分别为16．28mgN·kg－1·30d-1和16．38mgN·kg-1·30d-1。而林窗下和轮歇地土壤的氮净矿化速率和硝化速率均为负值,氮净矿化速率分别为-7.85mgN·ks-1·30d-1和-10．69mgN·kg-1·30d-1,硝化速率分别为-2．78N·kg-1·30d-1和-3．69mgN·kg-1·30d-1。从实验结果看,在30d的培养过程中,NH4－N消耗较多,导致硝化速率大于氮净矿化速率。     

中国森林生态系统的土壤净氮矿化研究

 为了更好地了解温度和湿度对土壤氮矿化过程的影响,从而估计森林生态系统土壤有机氮的矿化速率,在中国7种典型森林生态系统中用PVC管采集森林土壤样品,通过在实验室控制土壤的温度与湿度,将不同湿度的土柱置于不同温度的生化培养箱中培养30 d,分析培养前后的NH+4-N和NO-3-N含量,确定土壤的净矿化速率和净硝化速率。结果表明,温度和湿度与土壤的矿化过程存在比较明显的相关关系（p<0.001）。同时建立了三元的方程来描述温度(t)和湿度(wfps)对土壤氮矿化速率(Rmin)的影响,Rmin=e-7.60+0.07×t+14.74×wfps-10.41×wfps2。利用这个实验模型估算了全国森林生态系统的年氮矿化量,估算结果与野外实测数据基本吻合。     

温度、水分和森林演替对中亚热带丘陵红壤氮素矿化影响的模拟实验

研究了温度、水分和演替阶段及其交互作用对中亚热带丘陵红壤区森林土壤氮素矿化过程及其矿化速率的影响.结果表明：温度和演替阶段对土壤氨化速率影响显著,其中12 ℃<24℃<36 ℃,灌丛林和马尾松(Pinus massoniana)林低于常绿阔叶林(P＜0.05);而水分的影响不显著.水分和演替阶段对土壤硝化速率有显著影响,土壤半饱和含水量高于自然含水量及饱和含水量,且马尾松林高于灌丛林(P＜0.05);而温度的影响不显著.温度、水分和演替阶段对土壤氮净矿化速率的影响均显著,其中12 ℃<24 ℃<36 ℃,土壤半饱和含水量高于自然含水量和饱和含水量,灌丛林<马尾松林<常绿阔叶林(P＜0.05).温度升高有利于提高土壤氨化速率和净矿化速率,温度过高则抑制土壤硝化速率;土壤含水量适中有利于土壤氮素矿化过程;顺行演替将提高土壤供氮能力,且抑制过强的硝化作用.     

原始红松林退化演替后土壤氮矿化特征变化

土壤氮矿化是氮素生物地理化学循环的重要环节,表征着土壤的供氮潜力,其变化过程会影响森林生态系统生产力。从小兴安岭典型的原始红松林及其退化形成的次生阔叶林样地采集土壤样品,采用好气室内培养法,研究在不同培养温度(4℃、12℃、20℃、28℃和36℃)和湿度(20%、40%、60%、80%和100%饱和持水量,WHC)下,2种林地土壤氮转化速率的变化。结果表明:与原始红松林相比,次生阔叶林表层土(0—20 cm)的有机质、全碳、全氮、硝态氮、碳/氮比、全磷、速效磷、速效钾、pH值均显著升高,铵态氮显著降低(P0.05)。采用方差分析结果表明:原始红松林表层土壤的净矿化速率、净硝化速率均显著低于次生阔叶林,但净氨化速率的变化则相反;培养温度和湿度及两者的交互作用均对土壤氮转化速率影响显著(P0.001)。原始红松林和次生阔叶林净矿化速率对温度和湿度变化的响应存在一定差异,最适温度和湿度分别为28℃—36℃和60%(WHC)。原始红松林土壤氮矿化温度敏感性指数(Q_(10))显著高于次生阔叶林(P0.05),均值分别为2.08和1.80,Q_(10)与基质质量指数(A)呈负相关,与土壤有机质呈极显著负相关(P0.01)。     

温度对川西亚高山3种森林土壤氮矿化的影响

川西亚高山森林群落土壤氮循环对全球气候变化非常敏感。采用室内培养法,研究川西3个森林群落(天然针叶林、云杉人工林和桦木次生林)土壤有机层和矿质土壤层无机氮含量在两个培养温度(20℃和10℃)下4周内动态变化。结果表明:培养4周后,在20℃培养条件下天然针叶林、云杉人工林和桦木次生林硝态氮含量比在10℃培养条件下分别高出104.32%、52.11%和25.57%;而铵态氮含量仅高出10.18%、24.06%和44.82%。有机层土壤氨化速率、硝化速率和净氮矿化速率大多表现为20℃显著高于10℃;相反,温度对矿质土壤层氮转化速率影响大多不显著。此外,天然林土壤净氨化速率、硝化速率和净氮矿化速率均高于桦木次生林和云杉人工林。实验期间,3个森林群落土壤净硝化速率20℃比10℃高79.03%—128.89%,而净氨化速率仅高37.81%—63.33%。综上所述,温度变化对川西亚高山森林土壤氮矿化具有显著影响,而温度效应因森林类型、土壤层次和氮形态而不同。与矿质土壤层相比,土壤有机层氮矿化对温度变化更为敏感。     

长白山两种主要林型下土壤氮矿化速率与温度的关系

在实验室条件下,控制土壤的温度与含水量,测定长白山两种森林类型,阔叶红松林和云冷杉林土壤的氮净矿化速率。将含水量适度和饱和的原样土柱置于5℃、15℃、25℃和35℃恒温箱中培养30d。分析培养前后的NH^ 4-N和NO^-3-N含量,确定土壤有机氮的矿化速率。结果表明,对于不同的土壤和不同的含水量,土壤的净的净矿化速率与温度呈正相关;而净硝化速率在低温段与温度正相关,在高温段则呈负相关,而且整个培养期硝态氮的变化不大。建立两种森林类型土壤氮净矿化速率与温度的一次线性和指数回归方程,发现指数回归效果较好,用回归方程模拟两种森林类型土壤的年矿化量分别为111．8kg/(hm^2.a)和57．4kg/(hm^2.a),与实测值1217．36kg(hm^2.a)和47．41kg/(hm^2.a)很接近。     

丹江口库区覆膜耕作土壤净氮矿化随夏玉米生长期的变化

农田土壤净氮矿化对土壤氮素流失和农业非点源污染有重要影响.以丹江口库区五龙池小流域夏玉米黄棕壤为例,进行原位矿化试验,通过与无覆膜耕作土壤相比较,研究覆膜耕作条件下土壤净氮矿化在夏玉米生长期内的变化.结果表明: 夏玉米整个生长期内,覆膜耕作土壤净氨化量、净硝化量和净氮矿化量均明显高于无覆膜土壤,分别高6.63、12.96和19.59 mg·kg^-1;覆膜耕作土壤净氨化速率表现为在苗期较高、抽穗期最低、成熟期增至最高的变化特征,而土壤净硝化和净氮矿化速率均呈现苗期较高、拔节期最低、成熟期升至最高的变化过程;覆膜耕作土壤净氮矿化速率均与土壤全氮和NO₃^--N含量、土壤含水量之间呈显著线性关系.覆膜可有效调节土壤水热条件,促进土壤净氮矿化.     

温度和水分对辽河保护区典型湿地土壤氮矿化的影响

为研究辽河保护区湿地土壤的氮矿化特征, 以采自辽河保护区盘锦辽河口国家级自然保护区(滨海湿地)、石佛寺七星湿地公园(库塘湿地)、福德店东西辽河交汇口(河口湿地)的湿地土壤为研究对象, 采用室内模拟试验研究了温度和水分因子对不同类型湿地土壤氮矿化的影响。结果表明: 温度和湿地类型对土壤氨化速率和硝化速率影响极显著(P<0.01), 三种类型湿地土壤的氨化速率均随温度的升高先上升后下降, 而水分、温度和水分的交互作用影响不显著(P>0.05)。温度对土壤氮矿化量和净氮矿化速率的影响均极显著相关(P<0.01), 温度影响表现为: 10℃<20℃<30℃。土壤含水率为60%—90%时, 水分对辽河保护区湿地土壤氨化、硝化和氮矿化的影响并不显著(P>0.05)。30℃时, 土壤硝化速率随水分的增加而呈减少的趋势。湿地类型对土壤硝化速率、氮矿化量和净氮矿化速率的影响为: 盘锦滨海湿地>福德店河口湿地>七星库塘湿地。试验表明在60%—90%水分范围内, 温度升高将明显促进辽河保护区不同类型湿地土壤中氮的矿化过程。     

气候变化对草甸草原土壤氮素矿化作用影响的实验研究

 用盖顶PVC管法,将锡林河流域中1469m高海拔处的草甸草原原状土柱分别移植到海拔1187m、960m的低海拔处培养,用以研究温度变化对土壤氮素的净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的可能影响。经过一个生长季培养后的测定结果表明：从高海拔到低海拔,实验所选择的3个地点的年均气温分别为-0.5℃、2.2℃和4.4℃,受此不同气温的影响,移植到这3个地点的草甸草原土壤氮素的净氨化速率分别为0.05 mgN·kg-1·m-1,0.13mgN·kg-1·m-1和1.09mgN·kg-1·m-1;净硝化速率分别为0.05mgN·kg-1·m-1,0.76mgN·kg-1·m-1和0.26mgN·kg-1N·m-1;净矿化速率分别为0.10mgN·kg-1·m-1,0.89mgN·kg-1·m-1和1.35mgN·kg-1·m-1。由此可推断未来气候变化将促进草甸草原土壤氮素的净矿化作用。     

不同土地利用类型对丹江口库区土壤氮矿化的影响

氮(N)素是陆地生态系统净初级生产力的重要限制因子, 土地利用类型的变化对生态系统氮循环过程有着重要的影响。采用PVC顶盖埋管原位培养的方法, 对丹江口库区清塘河流域相邻的侧柏(Platycladus orientalis)人工林、人工种植灌木林地和农田3种土地利用类型的氮素矿化和硝化作用进行了研究。结果表明, 侧柏人工林、灌木林地和农田的NH₄⁺-N浓度(mg·kg^-1)依次为1.33 ± 0.20、1.67 ± 0.17和1.62 ± 0.13, 不同土地利用类型间的NH₄⁺-N浓度无显著性差异; 而3种土地利用类型下土壤NO₃^--N浓度(mg·kg^-1)差异显著, 农田NO₃^--N浓度(9.00 ± 0.73)显著高于侧柏人工林(1.27 ± 0.18)和灌木林地(3.51 ± 0.11)。NO₃^--N在灌木林地和农田中分别占土壤无机氮库的67.8%和84.8%, 是土壤无机氮库的主要存在形式; 而侧柏人工林中NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度则基本相等。土壤硝化速率(mg·kg^-1·30 d^-1)从农田(7.13 ± 2.19)、灌木林地(2.56 ± 1.07)到侧柏人工林(0.85 ± 0.10)显著性降低。侧柏人工林、灌木林地和农田的矿化速率(mg·kg^-1·30 d^-1)依次为0.98 ± 0.12、2.52 ± 1.25和6.58 ± 2.29。矿化速率和硝化速率显著正相关, 但是矿化速率在不同的土地利用类型间差异不显著。培养过程中灌木林地和农田NH₄⁺-N的消耗大于积累, 氨化速率为负值, 导致灌木林地和农田矿化速率小于硝化速率。氮素的矿化和硝化作用受土壤含水量和土壤温度的影响, 并对土壤含水量更为敏感。土壤C:N与土壤矿化和硝化速率显著负相关。研究结果表明: 土地利用类型的变化会改变土壤微环境和土壤C:N, 进而会影响到土壤氮循环过程。     

Effects of precipitation intensity and temporal pattern on soil nitrogen mineralization in a typical steppe of Nei Mongol grassland

Aims Our objective is to: 1) explore the dynamics of soil nitrogen (N) mineralization in a grassland ecosystem in response to the changes in precipitation intensity and temporal distribution, and 2) identify the controlling factors.Methods The two study sites located in a typical steppe of the Nei Mongol grassland were fenced in 2013 and 1999, respectively. Our field experiment includes manipulations of three levels of precipitation intensity (increased 50%, decreased 50%, control) in three temporal patterns (increased or decreased precipitation for three years; increased or decreased precipitation for two years and no manipulation for one year; increased or decreased precipitation for one year and no manipulation for one year).Important findings 1) The soil net N mineralization and net nitrification rates decreased with changes in the temporal distributions of precipitation from one year to three years, with the maximum values of soil net N mineralization and nitrification rates observed in the treatments of increased or decreased precipitation for one year and no manipulation for one year (+PY1 or -PY1). This indicates that the high precipitation intensity and longer precipitation may have negative effects on soil net N mineralization and nitrification rates, while the moderate soilmoisture and temperature may stimulate soil mineralization. 2) The soil net N mineralization and nitrification rates, soil cumulative N mineralization, and nitrification in the fenced site in 1999 were higher than those in the site fenced in 2013, implying that a long-term enclosure may have promoted nutrient storage and soil quality restoration. 3) The long-term treatments of increased or decreased precipitation had significant effects on soil water content and temperature, whereas the short-term, discontinuous precipitation produced minor effects on soil moisture and temperature. Moreover, the controlling factors for soil N mineralization were different between the two fields. Soil moisture had a major effect on soil inorganic N content and net N mineralization rate in the site fenced in 2013, while soil temperature played a dominant role in the site fenced in 1999, with the net N mineralization rate depressed by higher soil moisture. Our findings suggest that the precipitation intensity and temporal distribution had important impacts on soil N mineralization in the Inner Mongolia grassland; these effects was site-dependent and particularly related to soil texture, community composition, and disturbance, and other factors.     

间伐和林下植被剔除对毛竹林土壤氮矿化速率及其温度敏感性的影响

选择中亚热带毛竹人工林为研究对象,利用野外原位和室内培养相结合的方法,探讨不同间伐强度(25%间伐、50%间伐)和林下植被剔除对土壤氮矿化速率及其温度敏感性的影响。结果表明,25%间伐显著增加土壤氨化速率(P0.01),但降低硝化速率(P0.01);50%间伐显著增加土壤硝化速率(P0.01),而林下植被剔除显著降低土壤硝化速率(P0.01)。相关分析的结果表明,土壤氨化速率与有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量呈显著负相关关系;硝化速率与SOC、含水量(SWC)呈显著正相关关系,与铵态氮(NH~+_4-N)含量呈显著负相关关系。随着温度的升高,不同处理下的氨化速率均显著增加(P0.01),而硝化速率显著降低(P0.01)。25%间伐显著降低土壤净氮矿化和氨化过程的Q_(10)值,对硝化过程的Q_(10)值影响不显著;50%间伐对氨化和硝化过程的Q_(10)值影响均不显著;林下植被剔除对氨化过程的Q_(10)值影响不显著,但显著增加硝化过程的Q_(10)值。不同处理下的土壤氮矿化过程的Q_(10)值介于1.17—1.36之间。25%间伐和林下植被保留有利于毛竹林土壤氮素的供给。     

Net mineralization and nitrification rates in a clay soil measured and predicted in permanent grassland from soil temperature and moisture content

Summary Net mineralization of N and net nitrification in field-moist clay soils (Evesham-Kingston series) from arable and grassland sites were measured in laboratory incubation experiments at 4, 10 and 20°C. Three depth fractions to 30 cm were used. Nitrate accumulated at all temperatures except when the soil was very dry (=0.13 cm³ cm^–3). Exchangeable NH₄-ions declined during the first 24 h and thereafter remained low. Net mineralization and net nitrification approximated to zero-order reactions after 24 h, with Q₁₀ values generally <1.6. The effect of temperature on both processes was linear although some results conformed to an Arrhenius-type relationship. The dependence of net mineralization and net nitrification in the field soil on soil temperature (10 cm depth) and moisture (0–15, 15–25, 25–35 cm depths) was modelled using the laboratory incubation data. An annual net mineralization of 350 kg N ha^–1 and net nitrification of 346 kg N ha^–1 were predicted between September 1980 and August 1981. The model probably overstressed the effect of soil moisture relative to soil temperature.     

模拟氮沉降对温带阔叶红松林地土壤氮素净矿化的影响

以长白山阔叶红松混交林为研究对象,于2006—2008年原位模拟不同形态氮((NH4)2SO4、NH4Cl和KNO3)沉降水平(22.5和45kgN·hm-2·a-1),利用树脂芯法技术(resin-core incubation technique)测定了表层(有机层0～7cm)和土层(0～15cm)土壤氮素净矿化、净氨化和净硝化通量的季节和年际变化规律。同时,结合前人报道的有关林地碳、氮过程及其环境变化影响的结果,力求有效预估森林生态系统中氮素年矿化通量对大气氮沉降量和水热条件等因子变化的响应。结果表明,长白山阔叶红松林地土壤氮素年净矿化通量为1.2～19.8kgN·hm-2·a-1,2008年不同深度的土壤氮素年净矿化通量均显著高于2006和2007年(P<0.05)。随着模拟氮沉降量增加,土壤氮素净矿化通量也随之增加,尤其外源NH4+-N输入对净矿化通量的促进作用更为明显(P<0.05),但随着施肥年限的延长,这种促进作用逐渐减弱。与林地0～15cm土壤相比,氮沉降增加对0～7cm有机层氮素净氨化和净矿化通量的促进作用更为明显,尤其NH4Cl处理的促进作用更大。结合前人报道的野外原位观测结果,土壤氮素年净矿化通量随氮素沉降量的增加而增大,氮沉降量对不同区域森林土壤氮素净矿化通量的贡献率约为52%;氮沉降量(x1)和pH值(x2)可以解释区域森林土壤氮素年净矿化通量(y)变化的70%(y=0.54x1-18.38x2-109.55,R2=0.70,P<0.0001)。前人研究结果仅提供区域年均温度,未考虑积温的影响,这可能是造成年净矿化通量与温度无关的原因。今后的研究工作应该加强区域森林土壤积温观测,进而更加准确地预估森林土壤氮素的年净矿化通量。     

降水变化与氮添加对晋北盐碱化草地土壤净氮矿化的影响

于2018年在晋北典型农牧交错带盐碱化草地设置增减降水和氮添加处理试验, 2019年生长季(5—9月)采用原位顶盖PVC埋管法测定不同水、氮处理下土壤净氮矿化速率,研究盐碱化草地土壤净氮矿化速率对降水格局变化和氮沉降的响应。结果表明: 土壤净氮矿化速率表现出明显的季节动态。单独增减降水(±50%)和氮添加(10 g·m^-2·a^-1)以及氮添加+增加50%降水处理对土壤净氮矿化速率影响不显著,氮添加+减少50%降水处理显著提高土壤净硝化速率和净氮矿化速率,分别提高10.8和8.6倍。土壤净氮矿化速率与土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。氮添加在不同降水条件下对晋北盐碱化草地土壤氮矿化速率的影响存在差异,土壤含水量与pH值是晋北盐碱化草地土壤净氮矿化速率的主要影响因素。因此,全面评估草地土壤氮矿化过程对全球变化的响应模式,需要考虑降水格局变化与氮沉降增加的交互作用,以及盐碱化草地土壤理化性质的特殊性。     

天山林区土壤总氮矿化过程对季节性冻融的响应

森林土壤总氮矿化对冻融过程的响应机制尚不明确,氮矿化速率和转化情况尚缺乏定量刻画。通过土壤原位法与室内培养分析相结合,利用~(15)N同位素稀释技术,研究冻融期间天山林区乔木林地、灌丛、草地3种群落类型土壤总氮矿化及转化累积量的动态,分析土壤总氮矿化速率与土壤温度、含水率及微生物量氮(MBN)的相互关系。结果表明:(1)冻融过程及群落类型对总氮矿化速率和MBN含量有极显著的影响(P0.01),秋、春季冻融期的总氮矿化速率相比冻结期更高;(2)季节性冻融期间,乔木林地土壤总氨化累积量在3种群落类型中最高(163.9 kg N hm~(-2) a~(-1)),秋、春冻融期占整个时期的比值约为66%;而总硝化累积量在3种群落类型中相差较小,秋、春冻融期占比均约为77.4%;(3)土壤温度和含水率显著影响总氮矿化速率、净氮矿化速率和MBN速率,随土壤温度增加,总氨化速率(林地和灌丛)显著升高(P0.05);随土壤含水率增加,净氨化速率(灌丛)和净硝化速率(灌丛)显著降低(P0.05)。通过揭示天山林区土壤总氮矿化速率(总氨化速率和总硝化速率)及转化累积量对冻融过程的响应情况,本研究为天山森林土壤中氮的生物地球化学过程提供了有价值的基础数据。     

川西亚高山不同海拔森林土壤活性氮库及净氮矿化的季节动态

研究了川西理县毕棚沟不同海拔梯度(3600 m、3300 m和3000 m)森林群落土壤活性氮库及土壤净氮矿化速率的季节动态.结果表明: 研究区森林土壤活性氮库(铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮和可溶性有机氮)及净氮矿化速率存在明显的季节变化,但不同形态土壤活性氮库的季节动态有一定差异.4个采样时期(非生长季与生长季初期、中期及末期)各海拔土壤硝态氮浓度(8.38～89.60 mg·kg^-1)均显著高于铵态氮浓度(0.44～8.43 mg·kg^-1).生长季初期各海拔梯度的土壤净氮矿化速率均表现为负值(-0.77～-0.56 mg·kg^-1·d^-1),而非生长季、生长季中期和末期均为正值.除硝态氮外,不同海拔的土壤铵态氮、微生物生物量氮和可溶性有机氮浓度的差异极显著,海拔对它们的影响与季节变化有关.该区土壤净氮矿化以硝化为主,且氮矿化过程不受海拔梯度的影响.冬季土壤净氮矿化明显(0.42～099 mg·kg^-1·d^-1),早春高的土壤无机氮可能为植物生长提供基础养分,也可能通过淋溶方式从系统中丢失.