丹江口库区覆膜土壤不同土层氮素矿化速率及其影响因素

以丹江口库区五龙池小流域玉米黄棕壤为例,利用原位土壤氮矿化试验,研究覆膜条件下0～10、10～20、20～30 cm土层土壤氮素矿化速率及其影响因素.结果表明: 玉米生长期内,土壤氨化速率随土层加深呈逐渐降低的趋势;土壤硝化速率在苗期、拔节期、抽穗期表现为10～20 cm＞0～10 cm＞20～30 cm,在成熟期随土层加深呈逐渐升高的趋势;土壤氮矿化速率在苗期、拔节期、抽穗期随土层加深呈逐渐降低的趋势,在成熟期随土层加深呈逐渐升高的趋势.与无覆膜相比,覆膜会加快0～10 cm土壤氨化过程,也会提高拔节期、抽穗期和成熟期0～10、10～20 cm土层土壤硝化速率和氮矿化速率,但苗期覆膜土壤硝化速率、氮矿化速率均低于无覆膜土壤.逐步回归分析显示,土壤含水量和全氮含量是0～10 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子,土壤温度、含水量、全氮含量是10～20 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子,土壤温度是20～30 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子.     

亚热带不同林分土壤矿质氮库及氮矿化速率的季节动态

以亚热带地区天然林、格氏栲人工林和杉木人工林为对象,采取PVC管原位培养连续取样法,对不同林分土壤净氨化速率、净硝化速率及净氮矿化速率进行为期一年(2014年9月—2015年8月)的研究,分析林分类型和季节动态对土壤矿质氮库和净氮矿化速率的影响.结果表明: 硝态氮是该地区土壤矿质氮库的主要存在形式,天然林和杉木人工林土壤硝态氮含量分别占总土壤矿质氮库的55.1%～87.5%和56.1%～79.1%,林分间土壤铵态氮含量差异不显著,硝态氮含量差异显著,其中格氏栲人工林土壤硝态氮含量显著低于天然林和杉木人工林.土壤硝态氮库和矿质氮库在不同月份间差异显著,在植物非生长季节(10月至次年2月)较大,在植物生长季节(3—9月)较小.各林分全年土壤净硝化速率均较低,净氨化速率是净氮矿化速率的主要存在形式,林分类型对土壤净氨化速率有显著影响,其中杉木人工林显著低于天然林和格氏栲人工林.月份对土壤净氨化速率有显著影响,各林分土壤净氨化速率变化规律不一致,但均在11月和2月达到一年中的最低值.重复测量方差分析显示,林分类型和季节动态对土壤矿质氮库及氮矿化速率均有显著影响.温度和水分是影响土壤矿质库及氮矿化速率的重要因素,凋落物对土壤氮矿化速率的影响主要是通过质量控制而非数量控制.     

模拟增温对青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化的影响

本文研究了青藏高原东部窄叶鲜卑花高寒灌丛生长季前期、生长季后期和非生长季3个生育期的土壤氮转化速率对模拟增温的响应,分析全球气候变暖对高寒灌丛土壤氮循环过程的影响。结果表明: 模拟增温使高寒灌丛土壤温度显著升高1.2 ℃,土壤水分显著降低2.5%。高寒灌丛生长季土壤净氮矿化(氨化和硝化)速率显著高于非生长季,但土壤净氮固持速率显著低于非生长季。土壤氮矿化在生长季前期以硝化作用为主,在生长季后期和非生长季以氨化作用为主。模拟增温对高寒灌丛土壤氮转化过程的影响在不同时期存在显著差异。模拟增温显著增加了生长季前期土壤净氨化、净硝化、净氮矿化、净氮固持速率和非生长季土壤净硝化、净氮矿化速率,并显著降低了生长季后期土壤净硝化、净氮矿化、净氮固持速率和非生长季土壤净氨化速率。但模拟增温对高寒灌丛非生长季净氮固持速率和生长季后期净硝化速率的影响不显著。未来气候变暖将显著改变青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化,进而加速高寒灌丛土壤氮循环过程。     

大兴安岭北部天然针叶林土壤氮矿化特征

采用顶盖埋管法对大兴安岭地区天然针叶林(樟子松林、樟子松-兴安落叶松混交林和兴安落叶松林)土壤铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)、净氮矿化速率进行研究,并探索土壤理化性质与氮矿化之间的相关性,为大兴安岭地区森林生态系统土壤养分管理及森林经营提供帮助。结果表明:观测期内(5—10月)3种林型土壤无机氮变化范围为31.51—70.42 mg/kg,以NH~+_4-N形式存在为主,占比达90%以上,且与纯林相比混交林土壤无机氮含量较高。3种林型土壤净氮矿化、净氨化、净硝化速率月变化趋势呈V型,7、8月表现为负值,其他月份为正值。净氮矿化速率变化范围樟子松林为-0.54—1.28 mg kg~(-1) d~(-1)、樟子松-兴安落叶松混交林为-0.13—0.55 mg kg~(-1) d~(-1)、兴安落叶松林为-0.80—1.05 mg kg~(-1) d~(-1)。土壤净氨化过程在土壤氮矿化中占主要地位,占比达60%以上。3种林型土壤净氮矿化、净氨化及净硝化速率垂直差异显著,0—10 cm土层矿化作用明显高于10—20 cm土层(P0.05)。土壤氮矿化速率与土壤含水量、土壤有机碳含量、土壤C/N、枯落物全氮含量和枯落物C/N均存在显著相关性。不同类型的森林土壤及枯落物的质量也存在差异,进而影响土壤氮矿化特征。     

恢复年限、林下植被及季节对马尾松林土壤氮转化的影响

侵蚀红壤区植被恢复能有效防治土壤侵蚀,改善生态环境。提高侵蚀退化地土壤氮矿化潜力、增加氮有效性是改善贫瘠土壤植被生长发育的关键途径,对恢复侵蚀地生态系统具有重要意义。采用顶盖埋管培养法研究了不同恢复年限(Y0、Y16、Y34))不同芒萁处理的马尾松林土壤净氮矿化量和净氮矿化速率的季节变化特征,分析了植被恢复年限、林下植被覆盖及季节变化对土壤氮矿化的交互影响。结果表明,植被恢复能使侵蚀退化地土壤养分条件得到改善。不同恢复年限马尾松林净氮矿化最高值出现在夏秋季,而在春季为负值。植被恢复能使土壤净氮矿化量显著增加,且净氮矿化过程以氨化作用为主。净氨化速率与净矿化速率具有相似的季节变化,硝化速率随着恢复年限增加季节变化减小。林下裸露地净氮矿化量及速率低于芒萁覆盖地,且去除芒萁可以降低净氮矿化量及速率。方差分析表明,恢复年限、季节变化及其交互作用能显著影响土壤净氮矿化量及矿化速率(P0.001),而芒萁处理未能达到显著水平(P0.05)。马尾松林土壤氮转化过程季节变化明显,林分管理应按季节变化进行,林下芒萁覆盖对侵蚀退化地马尾松林土壤氮恢复具有重要作用。     

雪被斑块对川西亚高山两个森林群落冬季土壤氮转化的影响

为了解气候变暖情景下雪况变化对高寒森林冬季土壤氮转化的影响,测定了川西亚高山冷杉(Abies faxoniana)+红桦(Betula albo-sinensis)混交林(MF)和冷杉次生林(SF)三类雪被斑块(浅雪被、中厚度雪被和厚雪被)内冬季土壤氮矿化特征。结果表明:经过一个冬季(2011-2012),两个森林群落土壤净氮氨化量都为负值,净氮硝化量都为正值,且净氮硝化量显著高于净氮氨化量;冬季土壤氮氨化、硝化、矿化和固持量都是中度雪被厚度最高,但各雪被斑块之间都未达到显著水平。各雪被斑块下,冷杉次生林土壤氮矿化参数都显著高于针阔混交林,但雪被斑块和林型交互作用对冬季土壤氮矿化无显著影响。这表明,该区冬季土壤氮矿化以硝化过程为主,硝化和氨化过程可能受不同微生物群落调控;短时期内,未来气候变化所导致的雪被减少对该区森林冬季土壤氮转化影响可能不明显。     

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。     

南亚热带马尾松人工林土壤氮矿化对减雨的响应

为预测降水变化对人工林生态系统土壤氮矿化过程的影响,以南亚热带马尾松（Pinus massoniana Lamb.）人工林为研究对象,采用PVC顶盖埋管法,研究穿透雨减少50%和不减雨（对照）下土壤氮矿化特征。铵态氮是南亚热带马尾松人工林无机氮存在的主要形态,土壤氮矿化以氨化作用为主。穿透雨减少显著降低了土壤净硝化速率、土壤含水量、pH、可溶性有机碳含量、过氧化物酶及丛枝菌根真菌饱和脂肪酸,而显著增加了土壤净氨化速率、硝态氮、N-乙酰-葡萄糖苷酶和蛋白酶,但是影响程度因季节和土层而异。土壤净氨化速率与N-乙酰-葡萄糖苷酶呈极显著负相关,土壤含水量是对土壤净硝化速率影响力最大的变量,β-葡萄糖苷酶、真菌饱和脂肪酸及细菌真菌饱和脂肪酸比的影响次之。表明短期降水减少显著改变了马尾松人工林的土壤理化性质、净氨化和硝化速率,这可能会进一步影响其树木生长和养分吸收。     

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。     

高寒草甸退化对祁连山土壤微生物生物量和氮矿化速率的影响

为深入了解高寒草甸退化对草原生态系统中土壤微生物碳氮量、土壤氮矿化及土壤微生物相关酶的变化特征,以祁连山东缘4个不同退化程度(未退化、轻度退化、中度退化和极度退化)的高寒草甸为研究对象,采集了深度为0—10 cm的土壤样品,并对不同退化程度高寒草甸中植物因子、土壤理化性质、土壤氨化速率、土壤硝化速率、土壤净氮矿化速率以及转化氮素的相关酶和微生物进行了相关研究。结果表明:(1)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中氨化速率和净氮矿化速率逐渐降低,硝化速率逐渐升高;(2)高寒草甸的退化降低了有关氮素转化相关酶,如土壤蛋白酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶的活性,而β-乙酰葡糖胺糖苷酶的活性呈先下降后上升趋势,且在极度退化草地活性最高;(3)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中微生物生物量碳和氮的含量逐渐降低,同时土壤基础呼吸、土壤微生物熵和代谢熵的指数也呈下降趋势。RDA分析表明,高寒草甸中氨化速率和净氮矿化速率与微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤基础呼吸、植物高度、植被盖度、地上生物量、蛋白酶、脲酶以及亮氨酸氨基肽酶呈显著正相关,而硝化速率则表现为负相关性。因此,高寒草甸退化对土壤微生物特性以及氮素转化和循环具有重要影响。     

铲草和施肥对降香黄檀与印度檀香混交林土壤氮素矿化淋溶的影响

珍贵树种降香黄檀与印度檀香混交种植是当前华南地区人工林发展的一种重要模式.本研究设置对照(不做处理)、铲草、施肥、铲草+施肥4个处理,研究抚育措施对林地土壤净矿化速率、净硝化速率、净铵化速率和氮素淋溶速率的影响.结果表明:4个处理0~10 cm土层在春、秋季有最大净氮矿化速率,分别为18.92、18.13 mg·kg^-1·month^-1;在春、秋季有最大硝化速率,分别为20.35、18.85 mg·kg^-1·month^-1;夏、冬季有最大铵化速率,分别为0.22、0.26 mg·kg^-1·month^-1;秋季的氮素淋溶最严重,为15.98 mg·kg^-1·month^-1,全年最大淋溶为86.69 mg·kg^-1.铲草、施肥、铲草+施肥都在一定程度上抑制了土壤氮的净矿化和硝化速率,铲草、施肥、铲草+施肥处理年氮矿化量分别下降26.2%、16.1%、6.3%,年氮硝化量分别下降17.1%、16.6%、1.4%,同时也抑制了土壤铵态氮的累积.铲草、施肥、铲草+施肥处理全年氮素淋溶量依次减少25.2%、8.6%、6.1%.相对于铲草、施肥、铲草+施肥抚育措施,季节因素对土壤氮素矿化和淋溶过程的影响更显著.铲草、施肥、铲草+施肥措施在一定程度上抑制了土壤氮素硝化和铵化过程,减少了土壤氮素的矿化和淋溶损失量,有利于土壤肥力的保存和氮素的累积.     

毛竹林和阔叶林凋落物互置对土壤氮矿化的影响及微生物贡献

凋落物输入方式的改变导致凋落物数量和质量发生变化,进而对森林土壤氮矿化产生影响。选择未被入侵的次生阔叶林和毛竹入侵后形成的毛竹纯林为对象,对地表凋落物进行保留、去除与置换处理,采用室内培养法同时添加抗生素(链霉素和放线菌酮)分析真菌和细菌在土壤氮素矿化中的贡献。结果表明：(1)去除凋落物处理使阔叶林土壤净氨化速率增加27.0%,净硝化速率降低11.4%;毛竹林土壤净氨化速率增加23.4%。(2)置换凋落物处理使阔叶林土壤净氨化速率增加43.8%,净硝化速率降低33.5%;毛竹林土壤净硝化速率增加73.1%。(3)添加抗生素后,凋落物置换处理与对照相比,置换凋落物后阔叶林土壤真菌和细菌在净氨化中发挥主要作用;真菌在两种林分土壤净硝化中发挥主要作用,细菌在阔叶林土壤净硝化中发挥主要作用。(4)结合测定的凋落物化学性质可知,置换凋落物后引起真菌和细菌在土壤氮素矿化中贡献发生变化,是由于输入凋落物中木质素和纤维素含量的变化。综上,凋落物去除和置换改变了土壤氮素矿化速率,置换凋落物后改变了真菌和细菌对土壤氮素矿化的贡献。解析凋落物质量在土壤氮素矿化中的作用及微生物群落的相对贡献,有助于阐明毛竹入...     

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。     

Soil nitrogen turnover in proximal and distal stem areas of European beech trees

In European beech (Fagus sylvatica L.) forests, a large proportion of the water and ion input to the soil results from stemflow which creates a soil microsite of high element fluxes proximal to the tree trunk. The soil proximal to the stem is considered to have different rates of nitrogen turnover which might influence the estimation of N-turnover rates at the stand scale. In a previous study we reported high nitrate fluxes with seepage proximal to the stems in a forest dominated by European beech in Steigerwald, Germany. Here, we investigated the soil nitrogen turnover in the top 15 cm soil in proximal (defined as 1 m² around beech stems) and distal stem areas. Laboratory incubations and in situ sequential coring incubations were used to determine the net rates of ammonification, nitrification, and root uptake of mineral nitrogen. In the laboratory incubations higher rates of net nitrogen mineralization and nitrification were found in the forest floor proximal to the stem as compared to distal stem areas. No stem related differences were observed in case of mineral soil samples. In contrast, the in situ incubations revealed higher rates of nitrification in the mineral soil in proximal stem areas, while net nitrogen mineralization was equal in proximal and distal areas. In the in situ incubations the average ratio of nitrification/ammonification was 0.85 in proximal and 0.34 in distal stem areas. The net nitrogen mineralization was 4.4 g N m^-2 90 day^-1 in both areas. Mineralized nitrogen was almost completely taken up by tree roots with ammonium as the dominant nitrogen species. The average ratio of nitrate/ammonium uptake was 0.69 in proximal and 0.20 in distal areas. The higher water content of the soil in proximal stem areas is considered to be the major reason for the increased rates of nitrification. Different nitrogen turnover rates in proximal stem areas had no influence on the nitrogen turnover rates in soil at the stand scale. Consequently, the observed high nitrate fluxes with seepage proximal to stems are attributed to the high nitrogen input by stemflow rather than to soil nitrogen turnover. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Fertilization influences nitrogen dynamics in soils under Dalbergia sissoo

The influence of added ammonium, phosphorus, potassium, and gypsum on net nitrogen mineralization was studied in soil beneath a six-year-old plantation of the N₂-fixing tree Dalbergia sissoo in Pakistan. Soil with and without amendments was placed in polyethylene bags and incubated, buried in the soil, for 30 days. After that time the soil was analyzed and net ammonium and nitrate production and net nitrogen mineralization were calculated. The addition of ammonium stimulated nitrification indicating that the process was substrate limited. The inhibition of nitrification by Nitrapyrin showed that the process is autotrophic in these soils. Gypsum addition lowered soil pH from 8.0 to 7.2 and significantly stimulated ammonification, nitrification and net nitrogen mineralization. The addition of potassium more than tripled the soil K:Na ratio. Net ammonium and nitrate production and net nitrogen mineralization all increased in this treatment. The addition of phosphorus had no significant effect on soil nitrogen dynamics.     

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。     

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.