基于15N稀释法的森林草原交错带两种植被类型土壤氮转化特征研究

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土壤中95%以上的氮是以有机氮形态存在,植物无法直接吸收利用,只有通过矿化作用转化为有效氮才能被植物吸收利用。因此,土壤有机氮的矿化速率是衡量土壤供氮能力的重要表征,而过快的矿化速率又是土壤氮淋溶损失的重要过程。土壤有机氮矿化快慢不仅取决于有机氮源的种类和多少,而且还受土壤类型、植物类型及区域水热条件的影响。森林草原交错带是森林植被和草原植被共存为特征,有群落类型多、物种多样性高、生态环境抗干扰能力弱等特点。位于辽宁省西北部处东部森林向西部草原的交错带上,草地类型属于暖性灌草丛类,分布着灌草丛(以下简称草地)、人工林(以下简称林地)等,年降水量和平均气温均高于温带草地类型。为了掌握森林草原交错带不同植被类型土壤氮素转化特征及抑制剂对硝化作用的抑制作用,本试验选取草地和林地的两种植被类型为对象,通过氮同位素标记和实验室好氧培养法并采用最新的MCMC模型计算出两种植被类型土壤氮净转化速率、初级转化速率、微生物固持速率,以及N2O排放速率。通过尿素(0、10 kg·hm-2、20 kg·hm-2、40 kg·hm-2)和硝化抑制剂混合施入的方法分析了双氰胺(Dicyandiamide,DCD)对土壤氮硝化的抑制作用。结果及结论如下:(1)通过模型计算得出,森林草原带两种植被类型土壤氮素净矿化速率和氮素初级矿化速率有很大差异,净矿化速率为初级矿化速率的近一半,证实了净矿化速率在计算中存在的局限性。草地土壤氮素初级矿化速率为1.07 mg·kg-1·d-1,净矿化速率只为0.52mg·kg-1·d-1,相差2倍;初级氨化速率为1.08 mg·kg-1·d-1,净氨化速率-0.51 mg·kg-1·d-1,相差3倍;初级硝化速率为1.31 mg·kg-1·d-1,净硝化速率为1.28 mg·kg-1·d-1。林地土壤氮素初级矿化速率为1.35 mg·kg-1·d-1,净矿化速率为1.07 mg·kg-1·d-1;初级氨化速率为1.35 mg·kg-1·d-1,净氨化速率为0.30 mg·kg-1·d-1;初级硝化速率为1.20 mg·kg-1·d-1,净硝化速率为1.19 mg·kg-1·d-1。即森林草原交错带中,林地土壤氮素氨化能力强于草地土壤,而草地土壤氮硝化能力比林地土壤强。(2)通过模型计算得出,两种植被类型土壤的微生物固持均以氨固持为主,草地土壤的微生物固持能力为林地的2倍,再次证明土壤微生物固持速率在氮矿化中的作用。草地土壤微生物固持速率为0.56 mg·kg-1·d-1,主要以氨固持为主。林地土壤微生物固持速率为0.27 mg·kg-1·d-1,仍以氨固持为主。(3)通过试验得出,森林草原交错带两种植被类型土壤的N2O排放特征。其中草地土壤N2O排放速率为5.885.95μg·kg-1·h-1,而林地土壤N2O排放速率为5.936.04μg·kg-1·h-1,林地N2O排放速率高于草地。两种植被类型土壤中在添加15NH4Cl处理下的15N2O丰度均高于K15NO3处理,初步推测森林草原交错带中N2O排放主要来自硝化作用。(4)通过氮添加及抑制剂处理试验发现,DCD可以有效抑制土壤NH4+的硝化,并减少硝酸盐的积累,对草地土壤硝化的抑制效果随着氮添加量的增加而减弱。在21d培养期间,在10 kg·hm-2、20 kg·hm-2、40 kg·hm-2尿素处理的硝化抑制率分别为91.66%、79.15%、58.00%,且施氮肥浓度越低,DCD的抑制效果越好。
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