国秀丽[1]2003年在《温度和水分对土壤碳、氮转化影响的研究》文中研究指明全球变化是近年来人们关心的热点问题，土壤作为碳、氮的储库，在碳、氮元素生物地球化学循环及全球气候变化中起着非常重要的作用。 本文采用室内模拟试验，通过不同温度(25℃和30℃)、水分(土壤含水量占田间持水量的55％，70％，85％)及不同施肥(CK：不施肥，N：单施氮肥，NPK：施用氮、磷、钾肥)处理中土壤各种形态碳、氮的转化，系统地研究了水热条件及施肥处理对土壤不同形态碳、氮的影响，讨论了土壤碳、氮变化与水热之间的关系。为农田生态系统碳、氮的生物地球化学循环及全球变化下农业生产中肥料的合理施用提供科学依据。 研究结果表明，温度和水分在短期内对土壤有机碳和全氮影响不大。但随培养时间的延长，土壤有机碳呈下降趋势。在低水分时，土壤有机碳下降程度弱于高水分，高温条件下土壤有机碳下降程度大于低温。 温度和水分对土壤易氧化有机碳的影响差异不显着。不同温度水分对土壤微生物量碳有显着性影响。在其它条件一致、不同水分条件下，土壤水分含量对土壤微生物量碳的影响是：85％＞70％＞55％。不同温度对土壤微生物量碳影响程度为高温大于低温。施用肥料能提高土壤微生物量碳的含量，但NPK处理与N处理差异不大。土壤水溶性碳对环境变化比较敏感，受土壤温度水分影响很大。随土壤含水量的增加，土壤水溶性碳的含量增加。但同一水分不同时间相比，随时间延长，土壤水溶性碳含量降低，温度对土壤水溶性碳影响不大。不同处理相比，CK处理土壤水溶性碳含量低于N处理和NPK处理。N处理和NPK处理间显着性较小。 土壤全氮受水分温度影响不大，施用肥料处理土壤全氮有升高趋势。N处理与NPK处理土壤全氮高于对照。土壤碱解氮受温度水分影响较全氮大。施用氮和氮磷钾能提高土壤碱解氮的含量。吉林农业大学硕士学位论文温度和水分对土壤碳、氮转化影响的研究 土壤氨态氮和稍态氮在不同温度水分下差异较大，土壤氨态氮在不同温度水分作用下含量随培养时间的延长，开始大幅度降低。施用肥料能提高土壤氨态氮的含量，其中，NPK处理>N处理>cK处理。 土壤峭态氮的含量随培养时间延长而逐渐升高，土壤稍态氮含量高温条件下cK处理高于低温，在不同水分条件下，随土壤含水量增加，土壤峭态氮含量增加。 综合本试验结果可以看出，短期温度、水分、施肥对土壤碳、氮的影响主要表现在活性养分上，而对于全量养分影响不大。土壤中碳、氮的转化是复杂的，温度、水分和施肥对土壤碳、氮的影响是多方面的，土壤碳、氮的转化与代谢对气候变化的反应还有许多问题需要进一步进行研究。
解钰[2]2015年在《水热因素对（亚）热带土壤氮转化和N_2O排放的影响及对调控措施的指导意义》文中进行了进一步梳理水分和温度是土壤氮转化过程的重要影响因素,它们通过二条途径影响土壤氮的转化过程：长时间作用改变土壤基本性质而影响氮转化过程和速率(稳定作用)；短时间改变土壤环境条件和微生物活性直接作用于氮转化过程和速率(瞬时作用)。研究和区分水热因素对土壤氮转化过程及N_2O排放的稳定和瞬时作用,对认识土壤氮素转化规律、合理应对全球气候变化等具有极其重要的意义。本研究利用海南岛较小范围内,年均温非常接近,干燥度变化很大的自然条件,在湿润、半湿润和半干旱区各采集6个森林土壤为研究对象,采用15N同位素稀释法结合MCMC模型运算,研究了水分因素对土壤氮转化关键过程及N_2O排放的稳定作用。同时采用实验室培养法,研究了水热因素对土壤净转化速率及N_2O排放的瞬时作用,凋落物和硝化抑制剂对不同性质的土壤氮转化速率和N_2O排放的影响。实验室条件下(60%WHC和25℃)采用15N同位素稀释法,测定了海南岛湿润、半湿润、半干旱区森林土壤氮初级转化速率。结果表明,随着干旱指数(Di)的增加,土壤氮初级矿化速率、有机氮周转速率、初级硝化速率和净硝化速率显着增加(P<0.05),但净矿化速率差异不显着(P>0.05)。相关性分析发现,土壤pH与土壤初级矿化速率、有机氮周转速率、初级硝化速率显着相关(P<0.01)；粘粒含量与初级硝化速率显着相关(P<0.01)。相同培养温度和湿度的条件下,不同气候区土壤N_2O排放差异不显着。定量各氮转化过程对N_2O产生的相对贡献,发现虽然差异未达到统计显着水平(P>0.05),但反硝化过程对N_2O排放的贡献率有较明显的从湿润地区(45%)向半干旱地区(31%)逐渐降低的趋势。硝化产物中N_2O的比例随着土壤pH的提高而显着下降(P<0.01)。由此可见,水分因素影响土壤性质而改变氮的初级转化速率和净硝化速率,但不改变标志氮供应能力的净矿化速率和N_2O排放。为进一步检验水分和温度对N_2O排放的瞬时作用,室内培养条件下测定了不同水分含量(25%WHC～100%WHC)和温度(20℃～40℃)对湿润和半干旱区森林土壤的无机氮供应及N_2O排放的影响。结果发现,不同气候区土壤净矿化速率、净硝化速率对水分变化的响应有较大差异。湿润和半干旱气候区土壤净矿化速率均随土壤水分含量的升高呈上升趋势,说明净矿化速率受水分瞬时作用的影响较大,水分瞬时作用不受土壤理化性质差异的控制。土壤净硝化速率对水分变化的响应则因土壤而异,半湿润土壤净硝化速率在65%WHC时最大,之后随着土壤水分含量的增加而呈下降趋势,净硝化速率与水分含量呈抛物线关系；半干旱气候区土壤净硝化速率则随着土壤含水量的增加而呈上升趋势。培养期间,供试土壤N_2O累积排放量均随着土壤水分含量的增加而上升,说明水分对土壤N_2O排放的影响主要是瞬时作用的结果,并不受土壤性质(如pH、质地)的影响。温度对土壤净矿化速率和净硝化速率的影响不同。湿润和半干旱气候区土壤净矿化速率均随温度的升高呈上升趋势,说明温度对净矿化速率具有显着的瞬时作用,而且其作用模式不因土壤理化性质不同而异。温度对土壤净硝化速率也有显着的瞬时作用,其作用模式也不因土壤理化性质而异：湿润区土壤20℃～30℃培养条件下的净硝化速率显着低于40℃条件的净硝化速率,但20℃和30℃之间差异不显着；半干旱气候区土壤净硝化速率则随温度的增加而显着提高。培养期间,供试土壤N_2O累积排放量均随着温度的增加而显着上升,说明温度对土壤N_2O排放的瞬时作用也不因土壤理化性质而异。凋落物管理是林地土壤氮转化过程的重要调控措施,其调控效率可能因土壤性质和气候的差异而有较大差异。室内培养条件下,设置不同温度水平,研究了落物对不同气候带土壤氮转化过程的影响,结果发现20℃～40℃条件下,添加C/N比为33的典型亚热带阔叶林凋落物,整体上降低了湿润和半干旱气候区土壤净矿化速率。净硝化速率对添加凋落物的响应因土壤而异：湿润区土壤中,在各温度条件下,添加凋落物均显着降低土壤净硝化速率,而在半干旱区土壤中,添加凋落物提高了土壤净硝化速率。湿润区土壤中,在20℃和30℃条件下,添加凋落物显着提高了土壤N_2O产生速率,但在40℃时,添加凋落物并未影响土壤N_2O平均产生速率；在半干旱区土壤中,20℃时,添加凋落物提高了土壤N_2O平均产生速率,但差异不显着,而30℃和40℃时,添加凋落物显着提高了土壤N_2O平均产生速率。硝化抑制剂对土壤氮转化及N_2O排放的调控可能因土壤性质而异,为了明确硝化抑制剂对硝化作用和N_2O排放的抑制效果与土壤性质(主要是pH、质地)的关系,在全国采集了pH和质地差异很大的6个水稻土,在60%最大持水量和25℃条件下进行室内培养试验。结果发现,供试水稻土的硝化率与土壤pH呈显着的正相关；N_20累积排放量与土壤硝化率呈显着正相关,表明N_2O主要通过硝化作用产生。硝化抑制剂Nitrapyrin对土壤硝化及N_2O排放的抑制率高于DCD,但对硝化作用的抑制效果均与土壤硝化能力无显着相关性。Nitrapyrin对N_2O排放的抑制效率随土壤硝化能力的提高而增加。无论是Nitrapyin还是DCD均不能有效地抑制硝化作用很弱的酸性水稻土的N_2O排放,可能与该类土壤N_2O排放主要以异养硝化作用为主有关。
倪银霞, 黄懿梅, 牛丹, 赵彤, 闫浩[3]2015年在《宁南山区林地土壤原位矿化过程中碳氮转化耦合特征》文中研究指明为了解宁南山区典型植被恢复模式之一——人工林地土壤碳氮转化的特征以及二者的关系,运用PVC顶盖埋管法进行1 a的原位矿化培养实验,每隔2个月采样,研究柠条、山桃、山杏林地中土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳与土壤有机氮、无机氮以及净氨化速率、净硝化速率、净矿化速率和微生物固定速率在一年中的变化特征以及碳氮耦合关系.结果表明在原位培养过程中,61~120 d碳氮的变化最明显,主要受到土壤水分的影响;土壤有机碳和全氮极显着正相关,土壤微生物量碳氮、可溶性有机碳氮显着正相关;土壤有机碳转化速率显着影响净氨化速率、净硝化速率和MBN转化速率,且符合一元线性回归方程;柠条地培养一年后土壤微生物商(MBC/SOC)、MBN/SON显着升高,而且净硝化速率、净矿化速率显着大于山桃和山杏.
苗方琴[4]2011年在《采伐对油松人工林土壤碳、氮转化速率的影响》文中进行了进一步梳理为了揭示油松人工林在生长季内表层土壤碳、氮转化速率的变化规律,并且考察碳、氮转化速率对于林地内不同采伐强度的响应,本文采用气压过程分离技术(BaPS)测定了6-9月未采伐和采伐后样地内表层土壤的总硝化速率、反硝化速率和呼吸速率。研究结果表明,土壤碳、氮转化速率在生长季内各月存在差异,分别在8月、9月出现最大值,其间土壤温度和含水量是主要影响因子。采伐后总硝化速率生长季内平均值变小；反硝化作用则除8月较强,其他叁月多次出现零值；呼吸速率随采伐强度增大而递增,但在最大采伐强度样地内突降为最小值。土壤碳、氮转化速率随采伐强度的变化主要受到土壤含水量、有机碳含量和全氮含量的影响。在上述两方面研究中,总硝化速率和反硝化速率的变化趋势均表现出很强地一致性,但二者与呼吸速率之间的线性相关性较弱。
傅民杰[5]2009年在《东北典型温带森林生态系统氮素转化释放过程的研究》文中研究说明温带森林在全球森林生态系统中占有重要的地位,也是对全球暖化响应最为敏感的生态系统之一。研究该生态系统中氮素的转化过程和影响机制既可以加深对生态系统结构与功能的认识,也可为评估全球暖化的影响提供科学依据。本研究以4种典型温带森林生态系统:红松人工林(HS)、落叶松人工林(LYS)、蒙古栎林(MGL)和硬阔叶林(YK)为对象,研究了森林凋落物(叶片、细枝、未分解混合叶及半分解混合叶)氮素的固持与转化、土壤微生物量氮固持与释放、土壤有机氮硝化与矿化、生长季N_2O释放。以移栽自不同纬度的兴安落叶松林土壤为代表研究解冻期土壤N_2O的释放。结果表明:树种组成对凋落物分解影响显着,阔叶树种凋落物组分分解明显快于针叶树种。叶片或混合叶片的分解率高于细枝。凋落物分解率与初始C/N呈显着负相关。叶片、细枝以及地面未分解凋落物组分在分解早期阶段总氮含量均呈增加趋势,而半分解混合凋落物分解过程中总氮含量保持相对稳定。凋落物中氮释放与C/N显着负相关,初始C/N较低的水曲柳叶片和胡桃楸叶片在分解初期显示出明显的氮释放特征。4种森林土壤微生物量氮具有明显的时空特征:晚春和初夏期间微生物量氮固持明显,而秋季表现出明显的氮释放。森林土壤微生物量氮随土壤深度增加而减少。4种林型间微生物量氮差异显着,阔叶林微生物量氮高于针叶林。春季解冻期,0-10 cm(MGL:0-5 cm)土壤微生物量氮与土壤水分含量变化同步,在土壤水分最高的时期,微生物量氮达到固持高峰。生长季YK、MGL、HS和LYS 0-10 cm(MGL:0-5 cm)土壤中微生物量氮占其土壤总氮比例依次为:2.3%、2.4%、2.1%和1.1%。土壤微生物量氮与土壤水分呈显着正相关,而与温度无关。4种森林土壤无机氮(NH_4~+-N和NO_3~--N)季节变化特征相似。土壤有机氮矿化和硝化具有明显的时空特征,5-7月矿(硝)化作用强烈。随土壤深度加深,净氮矿化率和净硝化率逐渐降低。4种林型间0-10 cm(MGL:0-5 cm)土壤净氮矿化率和净硝化率差异显着,净N矿化率依次为YK(0.60±0.01 mg.kg~(-1).d~(-1))＞HS(0.38±0.03 mg.kg~(-1).d~(-1))＞MGL(0.35±0.04mg.kg~(-1).d~(-1))＞LYS(0.24±0.03 mg.kg~(-1).d~(-1))。下层土壤净氮矿化率无显着差异。生态系统构成决定了土壤氮素的矿化能力,阔叶林和针阔混交林矿化率大于针叶林。春季解冻期4种温带森林土壤均存在明显的矿化过程。土壤氮矿化与土壤温度和微生物量氮显着正相关,而与土壤水分呈二次函数关系。4种温带森林生态系统均是N_2O释放源,生长季可释放0.07-0.93 kgN_2O-N.hm~(-2)。在生长季土壤干旱期,该森林可吸收环境中的N_2O,成为短期N_2O汇。4种林型间N_2O释放量差异不显着。土壤N_2O通量与土壤水分、NH_4~+-N和微生物量氮显着正相关。土壤硝化过程是该森林生态系统生长季土壤N_2O释放的主导过程。该森林土壤在春季解冻过程中可释放出大量的N_2O(1.49-2.94 kgN_2O-N.hm~(-2).29d~(-1))。土壤温度和土壤微生物量碳是解冻过程中N_2O释放的主要影响因素。研究表明,温带森林凋落物氮释放受其初始C/N显着影响,初始C/N越高的凋落物组分其氮固持效应越显着。阔叶林微生物量氮的有效性显着高于针叶林。4种温带森林在生长季与非生长季均是N_2O源。4种纬度落叶松林土壤解冻过程中N_2O释放敏感性随纬度升高而下降。
张俊俊[6]2017年在《秦岭山地森林和草甸生态系统土壤碳氮动态特征及其对气候变化的响应》文中提出中国秦岭地区既是气候的转换区域,也是气候变化的敏感区。本研究通过室内控制实验,研究秦岭地区不同森林和草甸生态系统土壤主要温室气体排放对不同温度的响应以及气体之间的相互关系。鉴于低温条件对山地生态系统分布格局的重要性,本文对该地区主要生态系统(松树林、栎树林和草甸)的土壤碳排放以及对应的土壤碳氮动态和土壤氮转化进行研究,探讨了野外条件下的土壤溶解性有机碳和溶解性无机氮的季节和剖面变化以及相关的土壤特性。利用开顶箱(Open-top chambers,OTC)模拟增温和利用减雨架模拟减雨,本实验设置对照、增温、减雨和增温与减雨交互四种处理,研究了增温和降水减少对不同季节和不同土层深度土壤的碳氮动态的影响。本文的主要研究结果与结论如下:(1)选择叁种培养温度(8°C、18°C和28°C),研究了山地森林和草甸生态系统土壤二氧化碳(CO_2)和氧化亚氮(N_2O)排放对不同温度的响应。研究结果显示,土壤CO_2的排放随温度的增加而增加,随土层深度的增加而减小。其中栎树林土壤CO_2的排放量最高,其次为松树林和草甸。土壤N_2O排放在叁种生态系统间无显着性差异。CO_2和N_2O的温度敏感性表现为森林大于草甸。叁种生态系统CO_2和N_2O排放的温度敏感系数(Q10)值的范围分别为1.07-2.25和0.82-1.22。研究表明,土壤CO_2和N_2O的排放之间呈显着的正相关性(P<0.01)。此外,不同生态系统的土壤特性对CO_2和N_2O的排放在不同温度水平具有不同的影响。其中,土壤溶解性有机碳(DOC)、紫外吸光度(SUVA)以及硝态氮是CO_2排放的重要控制因子,而铵态氮和pH值是N_2O排放的主要控制因子。实验结果显示,叁种生态系统土壤CO_2排放对温度的敏感性高于N_2O,表明该地区土壤CO_2和N_2O排放对全球变暖具有不同的响应。本研究对主要温室气体(CO_2和N_2O)以及土壤特性对气候变暖的响应具有一定的参考价值。(2)温度对土壤碳通量和氮转化过程具有重要影响,然而,目前关于低温条件下,气候转换区复合山地森林和草甸生态系统的碳释放和氮转化的研究尚较少。通过培养实验对松树林、栎树林和草甸叁种生态系统的土壤碳通量和氮转化动态进行了研究。结果表明,不同生态系统的土壤溶解性有机碳和土壤的芳香性物质含量随土壤碳矿化的变化而变化。森林和草甸表现为甲烷(CH_4)吸收,表明该地区在低温条件下可能是大气CH_4的弱的碳汇。不同生态系统的ch4吸收量无显着性差异,co2排放量表现为森林高于草甸,其中栎树林高于松树林。研究发现在有氧条件下不同生态系统的土壤co2和ch4之间具有极其显着的正相关性(p<0.01)。每个生态系统土壤的氮矿化和硝化速率均随着培养时间的增加而降低。研究显示,森林对土壤氮动态的影响大于草甸,并且松树林具有更高的土壤氮转化速率。土壤碳(co2和ch4)通量速率与土壤doc、铵态氮和硝态氮之间具有弱的相关性。本研究表明,不同生态系统的土壤可溶性无机氮对土壤co2和ch4具有一定的促进或抑制效应。(3)植被类型对陆地生态系统的碳氮循环发挥着重要作用。通过对不同森林(松树林和栎树林)和草甸生态系统的溶解性有机碳和无机氮的研究,我们发现叁种生态系统的doc和溶解性无机氮(包括铵态氮和硝态氮)具有明显的季节变化,而且都随土层深度的增加而减小。每个生态系统两个土层之间的doc浓度具有明显的差异性(p<0.05)。在生长季不同土层的doc和溶解性无机氮浓度均是草甸高于森林,且松树林高于栎树林。此外,松树林中的土壤有机碳(soc)和总氮(tn)含量以及ph值高于草甸和栎树林。不同生态系统的土壤碳氮比则是草甸最低,松树林最高。土壤表层温度和土壤含水量与土壤doc和溶解性无机氮之间均具有显着的相关性(p<0.01)。研究显示,土壤soc、tn和c/n(soc/tn)是控制doc和溶解性无机氮浓度的主要因子,且土壤ph值与doc浓度之间也具有显着的负相关(p<0.01)。土壤doc与溶解性无机氮浓度之间具有较强的正相关性(p<0.01)。(4)增温与降雨减少对土壤doc和溶解性无机氮(din)含量的影响均随季节发生不同的变化,而且土壤doc和din含量的最高值均出现在草甸,栎树林土壤出现最低值。其中,不同森林和草甸0-10cm土层的土壤doc含量变化范围为471.53-731.48mg/kg,10-20cm土层的土壤doc含量变化范围为435.92-694.94mg/kg。对于土壤din而言,不同植被类型0-10cm和10-20cm土壤din含量的变化范围分别为22.79-55.30mg/kg和13.29-34.71mg/kg。土壤doc和din含量均随土层深度的增加而下降。增温和减雨对不同植被类型土壤soc和tn的影响随季节和土壤剖面的变化也有所不同。经分析,增温与减雨各处理下土壤doc与din、土壤含水量、地表温度和tn的相关性显着(p<0.05),土壤doc与soc和ph值的相关性不显着。(5)叁种植被类型的土壤微生物量碳(mbc)含量具有一定的季节变化趋势,且随土层深度的增加,均呈现下降的趋势。其中,对照条件下,两种森林类型土壤mbc含量的季节变化趋势一致为春季>夏季>秋季>冬季。增温与对照条件下草甸土壤mbc含量不同季节的变化为春季>夏季>秋季。增温条件下,松树林土壤mbc含量的季节变化为夏季最高,秋季最低;而栎树林土壤mbc含量的季节变化为春季>秋季>夏季>冬季。增温与对照两种处理下,不同植被类型和土壤深度的土壤mbc含量均存在显着性差异(P<0.05)。不同森林和草甸土壤微生物量碳的总体表现为草甸最高,其次为松树林和栎树林。相关分析显示,土壤DOC、SOC、DIN、TN以及土壤温度和含水量与土壤MBC含量之间存在一定的正相关性,C/N比和pH值与其呈负相关性,说明土壤MBC含量的变化受土壤特性的影响较为明显。
王卫霞[7]2013年在《南亚热带不同树种人工林生态系统碳氮特征研究》文中研究指明20世纪80年代，在我国热带和亚热带地区发起了大规模的造林运动，对退化荒坡进行生态恢复。然而在我国热带和亚热带林区造林恢复过程中，普遍存在着人工针叶纯林所占比重较大，由此引起生态稳定性较差、生态服务功能低、易受病虫害的攻击等一系列的问题。为了减少这些针叶人工纯林所带来的不利影响，许多不同功能型的阔叶树种(如速生树种和乡土珍贵树种，固氮树种和非固氮树种等)用于改造人工林经营模式已成为我国该地区人工林经营的发展趋势。关于不同功能型乡土珍贵阔叶树种，人们更多的是关注其木材收益，缺乏对其人工林生态系统碳氮特征的研究。本研究以中国林业科学研究院热带林业实验中心为研究地点，选取立地条件、林龄和经营历史相似的南亚热带不同树种人工林：格木(Erythrophleum fordii)人工林、红椎(Castanopsis hystrix)人工林和马尾松(Pinus massoniana)人工林，主要运用常规理化实验分析方法、气压过程分离技术(BaPS)、磷脂脂肪酸法(PLFA)和凋落物分解袋法，研究了：(1)不同树种人工林生态系统不同组分碳氮储量及其分配格局；(2)不同树种人工林土壤碳、氮元素转化的基本规律及其环境响应；(3)不同树种人工林土壤微生物群落结构组成及其对土壤碳氮转化的影响；(4)不同树种凋落物叶和细根分解特征及其相关关系。主要目的是通过对南亚热带不同树种人工林生态系统碳氮特征的比较研究，以期能为该区人工林营建中的树种选择以及人工碳汇林的经营管理提供科学参考。主要研究结果如下：(1)不同树种人工林乔木层各器官碳的分布与器官年龄的关系不明显，而氮的分布与器官年龄的关系则较为密切，表现为幼嫩器官中的氮含量大于老化器官，而老化器官的C/N比值大于幼嫩器官。说明碳具有相对稳定性，而氮具有流动性，并且氮素对幼嫩器官的生长具有重要作用。由于树种不同，其土壤有机碳和全氮含量具有显着差异，表土层有机碳和全氮含量均是乡土固氮树种格木林表现为最高，其次是红椎林，说明在本研究区乡土阔叶树种是最具有潜力的土壤改良树种。格木、红椎和马尾松人工林生态系统碳储量分别为236.22t·hm~(-2)、267.84t·hm~(-2)和200.57t·hm~(-2)，氮储量分别为17.91t·hm~(-2)、12.38t·hm~(-2)和10.59t·hm~(-2)。乔木层碳储量分别占42.57%、36.31%和40.28%，0~(-1)00cm土壤碳储量分别占55.77%、62.52%和57.83%；氮储量则是土壤占绝对优势，分别为92.00%、93.72%和95.53%。以上结果表明，在本研究区乡土阔叶树种人工林具有较高的碳氮储存量。(2)不同树种人工林土壤呼吸及土壤总硝化表现出明显的季节变化，且雨季碳、氮转化速率显着高于干季。所有林分土壤呼吸及土壤总硝化的季节动态变化很大程度上依赖于土壤温度和土壤水分含量，土壤温度分别解释了土壤呼吸和土壤总硝化变异的76-86%和54-79%；土壤水分含量分别解释了土壤呼吸和土壤总硝化变异的31-56%和14-32%。由于不同树种对土壤环境的影响不同，不同林分间土壤呼吸速率及土壤总硝化速率存在显着差异。与其他两种林分相比，固氮树种格木林林下土壤具有较低的C/N比值和较高的有机碳含量、全氮含量及有效氮含量，因此，格木林土壤呼吸速率及总硝化速率显着高于红椎林和马尾松林。(3)不同树种人工林林分间土壤微生物生物量和土壤碳氮转化存在显着差异，土壤有机碳、全氮含量较高的乡土阔叶树种红椎林和格木林下土壤微生物生物量和总PLFAs量也较高，固氮树种格木林下土壤碳氮转化速率表现为最高，且由于格木林下土壤较低的C/N比和pH值，导致格木林下土壤真菌生物量显着低于其它两种林分。产生这种差异的主要原因是不同树种由于自身凋落物组分和质量的差异而改变土壤的化学性质、土壤微生物特征，从而影响土壤碳氮转化速率。从季节变化来看，不同林分下土壤微生物生物量均表现为干季大于雨季，而土壤碳氮转化速率却表现为雨季最大，造成这种格局的主要原因是雨季(植物生长的旺盛期)植物对土壤养分的大量需求限制了土壤微生物对养分的可利用性，因此减少了微生物生物量的固持。这也暗示了植物生长对养分的吸收与土壤微生物对体内养分的保持具有同步性。(4)格木、红椎和马尾松凋落物叶分解系数分别为0.98a~(-1)、0.88a~(-1)和0.62a~(-1)，而细根分解系数则分别为0.65a~(-1)、0.59a~(-1)和0.47a~(-1)。不同树种对凋落物分解的影响不仅受凋落物自身化学性质的影响，还受不同树种林分内环境条件的影响，不同树种凋落物分解速率均与凋落物中氮含量呈正比，与C/N比、木质素/N比呈反比，与土壤水分含量的关系也较密切。不同树种凋落叶分解速率和细根分解速率表现出明显的正相关性，这归因于土壤水分含量和凋落叶、细根基质质量对凋落叶分解速率和细根分解速率的影响具有明显的相似性。
陈照志[8]2016年在《稻田土壤碳氮转化过程对大气CO_2浓度和温度升高的响应》文中认为以大气CO2浓度和温度升高为特征的气候变化,对土壤碳、氮的转化过程和温室气体的排放产生了重要影响。研究稻田土壤碳氮转化过程对大气CO2浓度和温度升高的响应以及土壤温室气体排放对气候变化的反馈效应,将有助于改善农田碳氮管理,科学应对气候变化。本文以稻麦轮作系统为研究对象,利用江苏省常熟市大气CO2浓度和温度升高田间模拟试验平台(T-FACE),通过室内15N同位素成对标记方法研究了大气CO2浓度和温度升高对土壤氮初级转化速率的影响,阐释大气CO2浓度和温度升高对稻田土壤氮素供应的作用机制;采用室内培养与模型曲线拟合的方法探究大气CO2浓度和温度升高对稻田土壤易分解和难分解有机碳库的含量、周转速率及其分解的温度敏感性的影响;利用田间土壤剖面气体采集系统原位研究大气CO2浓度和温度升高影响下稻麦轮作周期内土壤剖面甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的运移过程。T-FACE田间试验包括1个对照处理,即正常大气状态(CK),3个模拟气候变化处理,分别为大气CO2浓度升高至500μmol mol-1(EC),冠层大气温度升高2℃(ET),大气CO2浓度以及温度同时升高(ECT)。主要结果如下:1.通过对比稻麦轮作周期中小麦季和水稻季收获期T-FACE各处理的土壤氮初级转化速率,发现T-FACE各处理的土壤难利用有机氮的矿化和同化速率具有明显的季节变化特征,而且T-FACE各处理对小麦季土壤氮初级转化速率的影响大于对水稻季土壤的影响。其中一些氮初级转化速率并没有表现出季节变化特征,如EC和ECT处理均提高了易利用有机氮的初级矿化速率,而ET处理提高了难利用有机氮的初级矿化速率;ET处理分别使小麦季和水稻季土壤的自养硝化速率显着提高了 25.8%和57.3%。结果表明:大气CO2浓度和温度同时升高处理对稻田土壤氮初级转化速率的影响低于单独CO2浓度升高或温度升高处理,二者结合处理对氮初级转化速率的影响更接近于单独CO2浓度升高处理,因此,在二者结合处理中大气C02浓度升高对氮初级转化速率的影响起主导作用。2.通过对比T-FACE各处理2年和4年后的土壤氮初级转化速率,发现在涉及的40个氮初级转化速率中,有17个呈现出显着的年际变化。EC、ET和ECT处理2年后分别显着提高了氮初级矿化速率约104.2%、78.9%和49.0%,但是在处理4年后没有影响氮初级矿化速率。在处理2年和4年后,EC和ECT处理显着提高了易利用有机氮的矿化,而ET处理提高了难利用有机氮的矿化。EC和ECT处理2年后自养硝化速率分别提高了 5.9%和29.2%,但是在处理4年后没有影响自养硝化速率。ET处理2年后和4年后的自养硝化速率分别提高了 13.8%和57.3%。结果表明:CO2浓度升高主导着与温度升高的交互作用。和2年的时间点相比,大气CO2浓度和温度升高各处理4年后对氮初级转化速率的影响减弱。3.大气CO2浓度升高和温度升高对土壤有机碳的分解具有不同的作用。与CK处理相比,EC、ET和ECT处理显着提高了易分解有机碳在总有机碳中的比重,降低了易分解和难分解有机碳的分解速率。结果还表明,难分解有机碳的Q10值(2.42～3.36)显着大于易分解有机碳的Q10值(2.02～2.38)。大气CO2浓度升高和温度升高对土壤有机碳分解的温度敏感性具有相反的作用:大气CO2浓度升高提高了难分解有机碳的温度敏感性,而温度升高提高了易分解有机碳的温度敏感性。大气CO2浓度和温度同时升高显着提高了易分解和难分解有机碳的温度敏感性,表明在未来大气CO2浓度和温度升高情景下土壤有机碳的分解会增大。4.稻麦轮作系统土壤剖面CH4和N2O浓度和扩散通量表现出较大的季节变异性。土壤剖面CH4浓度在稻季较高,且随着土壤深度的增加而降低;在麦季较低,且随着土壤深度的增加而增加;同时,土壤剖面CH4浓度和扩散通量在7 cm 土层均具有明显的季节波动,表明CH4的产生、氧化和运移主要发生在土壤近表层。土壤剖面N2O在稻季主要在7 cm 土层产生,N2O浓度随着土壤深度的增加而降低,在麦季主要在表层(0-30 cm) 土层产生,30 cm 土层的平均浓度显着其它土层。大气CO2浓度和温度升高各处理显着增加了稻麦轮作周期土壤剖面7 cm 土层CH4浓度和扩散通量,对稻季土壤N2O剖面浓度没有影响,但显着提高了麦季土壤剖面N2O浓度。综上所述,大气CO2浓度升高与温度升高的二者结合处理对土壤氮初级转化速率的影响弱于单因子处理,且在二者结合处理中CO2浓度升高对土壤氮初级转化速率的影响起主导作用。大气CO2浓度升高促进了易利用有机氮的矿化,温度升高促进了难利用有机氮的矿化,温度升高还刺激了自养硝化速率。大气CO2浓度和温度同时升高处理增加了易分解有机碳库占总有机碳的比重,降低了有机碳的周转速率;但大气CO2浓度和温度同时升高处理刺激了土壤有机碳分解的温度敏感性,表明在未来大气CO2浓度和温度升高情景下土壤有机碳的分解会增大。同时,大气CO2浓度和温度升高各处理还促进了表层土壤CH4和N2O的产生,对气候变化产生一定的正反馈效应。
艾娜[9]2008年在《不同处理土壤微生物量对氮素的固持及其调控研究》文中研究表明土壤微生物生物量是指土壤中体积小于5000μm3不包括植物体的生物总量,其主要生物类群为细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物等,是土壤有机质中最活跃和最易变化的部分,与土壤C、N、P、S等养分循环密切相关;其含量大小与土壤类型、植被、气候和耕作栽培措施等因素有关,可反映土壤肥力的变化。土壤微生物与氮素的矿化与固持关系密切。从植物营养角度出发,需要土壤中的氮素不断矿化以保证植物的生长发育;从提高土壤肥力和生态环境保护方面看,有必要增加土壤对氮的固持。近年来,不少研究者对不同土壤、不同利用方式及不同肥料对土壤微生物量影响开展了一些研究,但这些研究更多的集中在不同类型土壤微生物量碳或土壤微生物量氮含量,以及氮肥施用后作物吸收及氮肥的损失方面,关于不同处理土壤对施入的不同形态外源氮素固持、转化的研究相对较少。化肥与有机肥配合施用是提高作物产量和培肥土壤的有效措施。撂荒或自然休闲是恢复地力的传统方式,也是目前我国西部生态环境脆弱区进行生态环境建设采用的主要手段之一。这些措施无疑会影响土壤肥力状况以及微生物的数量和活性,其对土壤固持氮素特性有何影响,是值得研究的问题。因此,本文以我们在黄土高原南部进行的长期定位试验不同处理土壤为主要研究对象,研究了不同肥料处理及撂荒土壤对施入不同形态氮素(铵态氮及硝态氮)转化的影响,获得以下主要结论:1、氮磷钾和有机肥长期配施施用(MNPK)及长期撂荒处理显着地提高了土壤有机质和全氮含量以及土壤氮素矿化量和矿化率;长期施用化肥处理(NPK)虽然提高了土壤无机氮含量,但对土壤有机质、全氮和土壤氮素矿化量和矿化率的影响相对较小。2、高温高压灭菌对不同处理土壤硝态氮含量无明显影响,但显着增加了土壤铵态氮含量,增加幅度在9.14-19.36 mg·kg~(-1)之间;不同处理相比,MNPK处理的增加量最大,其次为NPK处理,其与相应未灭菌土壤的差异均达极显着水平;不施肥对照和撂荒处理与相应未灭菌土壤的差异达显着水平。灭菌土壤培养过程中土壤铵态氮含量也呈显着的增加趋势,铵态氮的增加与土壤有机质含量的相关性达显着水平,说明灭菌条件下增加的铵态氮与土壤有机质的含量关系密切。3、由于长期施肥或撂荒处理,供试土壤的有机质及可溶性有机碳含量存在明显的差别,但培养期间不同处理土壤对施入的外源硝态氮在土壤中的生物及非生物固持及转化过程无明显影响。同一处理土壤,不论灭菌与否,培养过程中施入土壤的硝态氮含量保持相对稳定,说明在本研究的培养条件下,生物因素和非生物因素对硝态氮在土壤中的转化无明显影响。4、当施入铵态氮后,不同处理土壤在培养第3天起微生物对外源铵态氮的固持已相当明显,培养结束后平均约有41%的铵态氮被土壤微生物固持,23%的铵态氮被非生物因素固持或发生挥发损失。长期不同施肥处理或撂荒土壤对外源铵态氮的非生物固持能力的影响无显着差异,但有机质含量较高的撂荒和化肥与有机肥配合施用处理土壤对施入的铵态氮生物固持能力高于不施肥对照和单施化肥处理。5、以难分解的小麦秸秆为碳源时,培养期间(168 h)土壤微生物对施入的不同形态外源氮的固持率较低,且微生物对铵态氮的固持率高于硝态氮。而以易降解的葡萄糖为氮源,土壤微生物对施入的不同形态外源氮的固持率较高,且对这两种形态氮素的固定能力几乎相当。如何采用施入不同性质的有机碳源来调节土壤氮素的固持与释放,以达到协调氮素供应,减少氮素损失,是值得研究的问题。
蔡昕航[10]2016年在《沿海防护林4种林地土壤不同季节碳氮动态变化研究》文中研究说明本文以沿海沙地竹子、木麻黄、桉树、湿地松4个树种为研究对象,探讨不同林地土壤碳氮储量及分配格局,土壤呼吸速率、总硝化速率、反硝化速率以及土壤酶活性、土壤微生物的季节变化特征,为沿海防护林经营提供理论基础,为沿海地区气候变化研究以及生态系统碳氮动态研究提供相应的数据。主要研究结论如下：(1)不同林地同一土层土壤全氮、全碳含量具有一定差异。4种林地0-10cm层土壤全氮含量最高,4种林地全氮含量顺序为：木麻黄>桉树>竹子>湿地松,木麻黄最高,为0.86g/kg,湿地松最低,为0.36g/kg,竹林地与桉树林地全氮含量差异不显着,其它林地间差异显着。同一林地不同土壤深度的全碳含量差异显着,全碳含量由浅到深逐渐降低,土壤全碳含量最高部分集中在0-30cm土层中；不同林地土壤全碳含量有所差异,其中在0-10cm土层中,桉树>木麻黄>竹子>湿地松,桉树最高,为8.76g/kg,湿地松最低,为2.29g/kg,竹林地与湿地松林地的全碳差异不显着,在10-30cm土层中,4种林地差异显着,4种林地全碳含量顺序为：木麻黄>竹子>湿地松>桉树,木麻黄最高,为3.91g/kg,桉树最低,为1.24g/kg。(2)4种林地土壤氮储量差异显着,木麻黄林地最高,为3.97t/hm2,其次桉树为2.64t/hm2,显着高于湿地松的2.45t/hm2和竹子的2.38t/hm2。4种林地土壤碳储量差异显着,木麻黄林地最高,为26.63 t/hm2,其次桉树为17.30 t/hm2,显着高于湿地松的12.67t/hm2和竹子的12.05t/hm2,结果表明木麻黄林地相比较其它叁种林地具有更好的碳氮固定能力及储存能力。(3)4种林地土壤的呼吸速率随季节变化有着明显的动态变化,4种林地土壤呼吸速率最高值均在6月份,同一林地土壤呼吸速率随季节变化显着,相同林地不同月份土壤呼吸速率差异显着。除湿地松林地外,其它3种林地土壤呼吸速率与含水率呈显着正相关关系,该地区土壤呼吸主要受植物根系呼吸所影响,与微生物数量无显着关系,受林地特征所影响,不同酶对林地土壤呼吸的影响程度不同。(4)4种林地土壤反硝化速率有明显的季节变化,且变化趋势各不相同,最高值均在12月份。4种林地土壤反硝化速率与土壤温度为极显着负相关关系。桉树和湿地松林地的土壤反硝化速率与土壤含水率具有显着负相关关系。4种林地土壤反硝化速率与含水量、pH相关程度各不相同,土壤反硝化速率与细菌数量、真菌数量具有极显着负相关关系,由于林地土壤状况不同,不同土壤酶对反硝化作用影响状况具有一定的差异。(5)4种林地土壤总硝化速率存在季节变化,竹子、木麻黄、湿地松林地土壤总硝化速率变化趋势相似,桉树全年变化幅度较小。除桉树林地外,土壤总硝化速率总是木麻黄>竹子>湿地松,在6月份达到最高值。在相关性分析中,4种林地土壤总硝化速率与环境因子相关性有所差异,受林地理化性质影响,不同酶对林地土壤总硝化速率的影响程度有所差异。土壤呼吸、反硝化和总硝化速率可能因植被类型、立地条件、土壤环境等影响而有所差异,其影响因素对4种林地影响程度不同。(6)竹林地、木麻黄林地、湿地松林地中,土壤呼吸速率与总硝化速率显着相关,而在桉树林中相关性不显着。4种林地土壤呼吸速率与反硝化速率为负相关关系,反硝化速率与总硝化速率相关性不显着,不同地区土壤呼吸速率、总硝化速率、反硝化速率之间的相关关系具有一定的差异,同一林地研究结果并不适用于其它林地。(7)土壤微生物数量与土壤酶活性存在季节变化,变化趋势各异,经过相关性分析,同一林地的微生物与土壤酶之间的相关性不同,不同林地同一种土壤酶与微生物数量相关性有所差异,土壤酶的主要来源是土壤微生物活动分泌、植物根系分泌、植物残体与土壤动物的分解,不同林地土壤酶的来源有所差异造成土壤酶与微生物相关性的差异。(8)4种树种在不同方面对土壤的碳氮变化影响能力强弱不同,4种树种对沿海地区沙地土壤有改善作用,稳定土壤环境,提高沙地土壤C、N循环速率,调节沿海沙地气候环境,提高土壤肥力,提高土壤酶活性、微生物含量等作用,4种林种都适合与沿海沙地种植,对丰富沿海沙地造林树种,改善沿海地区环境都用重要的意义
参考文献：
[1]. 温度和水分对土壤碳、氮转化影响的研究[D]. 国秀丽. 吉林农业大学. 2003
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[3]. 宁南山区林地土壤原位矿化过程中碳氮转化耦合特征[J]. 倪银霞, 黄懿梅, 牛丹, 赵彤, 闫浩. 环境科学. 2015
[4]. 采伐对油松人工林土壤碳、氮转化速率的影响[D]. 苗方琴. 北京林业大学. 2011
[5]. 东北典型温带森林生态系统氮素转化释放过程的研究[D]. 傅民杰. 东北林业大学. 2009
[6]. 秦岭山地森林和草甸生态系统土壤碳氮动态特征及其对气候变化的响应[D]. 张俊俊. 西北农林科技大学. 2017
[7]. 南亚热带不同树种人工林生态系统碳氮特征研究[D]. 王卫霞. 中国林业科学研究院. 2013
[8]. 稻田土壤碳氮转化过程对大气CO_2浓度和温度升高的响应[D]. 陈照志. 南京农业大学. 2016
[9]. 不同处理土壤微生物量对氮素的固持及其调控研究[D]. 艾娜. 西北农林科技大学. 2008
[10]. 沿海防护林4种林地土壤不同季节碳氮动态变化研究[D]. 蔡昕航. 福建农林大学. 2016
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