戴云山自然保护区森林土壤氮转化特点研究

利用^(15)N稳定同位素成对标记法并结合MCMC数值模型,研究了戴云山国家级自然保护区天然毛竹林(BF)及其邻近黄山松–杉木林(NF)土壤氮素初级转化速率,以评估该地区森林生态系统土壤氮状态,并分析其保氮机制。结果表明:BF土壤NH_4^+-N的总产生速率(以N量计,13.16μg/(g×d))是NF土壤的2倍(6.25μg/(g×d)),其中黏土矿物对NH_4^+-N的解吸作用是BF产生NH_4^+-N的主要过程(55%),而NF主要以有机氮的矿化作用为主(56%)。BF土壤氮素初级矿化速率为5.56μg/(g×d),显著高于NF的3.40μg/(g×d)。土壤氮素初级矿化速率与土壤全氮含量显著正相关(P<0.05),而与C/N比表现显著负相关(P<0.05)。BF与NF土壤NH_4^+-N总产生量的90%均被土壤微生物的同化作用以及黏土矿物的吸附作用所消耗。两种土壤的硝化作用微弱,BF土壤总硝化速率(以N量计,0.23μg/(g×d))与NF土壤(0.26μg/(g×d))相差不大。两种林地土壤硝化作用均以有机氮的异养硝化为主,自养硝化过程可忽略不计。BF与NF土壤中NO_3~–-N消耗速率均超过了产生速率,表明BF与NF土壤均能有效降低NO_3~–-N的潜在淋失风险,其中BF土壤中NO_3~–-N的消耗以微生物的同化作用为主(58%),而NF土壤以NO_3~–-N异化还原为NH_4^+-N过程为主(68%)。戴云山国家级自然保护区两种亚热带森林土壤的氮转化过程均以NH_4^+-N转化为主,产生的绝大多数NH_4^+-N会迅速通过微生物对NH_4^+-N的同化作用以及黏土矿物对NH_4^+-N的吸附作用固持到有机氮库中;自养硝化过程微弱,使得无机氮主要以NH_4^+-N的形式保存于土壤中,同时酸性土壤环境有效削弱了NH_4^+-N的挥发损失。此外,相对较高的NO_3~–-N微生物同化速率以及异化还原为NH_4^+-N速率,进一步有效降低了NO_3~–-N的淋溶损失以及反硝化作用的气态损失风险,使该地区森林土壤能够在多雨的条件下有效保持氮素,满足植物的生长需求。

秸秆还田量对培肥农田黑土氮素初级转化速率的影响

秸秆还田是土壤培肥的重要措施之一,但培肥后土壤对氮素循环的调控功能是否具有可持续性以及与后续秸秆还田数量的关系尚不清楚。本研究对黑土旱地农田进行9年培肥处理后,设置了连续3年秸秆还田处理,秸秆还田量分别为年均秸秆产量(7500 kg·hm-2)的100%、67%、33%和0,探讨不同秸秆还田量对培肥土壤(0~10 cm)氮素转化过程的影响。结果表明:秸秆还田通过影响氮素初级转化速率,控制培肥土壤NH4+-N和NO3--N的产生与消耗过程。当秸秆还田量低于67%时,NH4+-N生成速率显著降低,而其消耗速率显著提高,土壤保留NH4+-N的能力下降,而NO3--N生成速率增加,土壤NO3--N固持能力下降,增加NO3--N的积累及淋溶损失风险。对于东北旱地农田,利用秸秆归还进行黑土培肥,需要不低于67%收获量的秸秆持续还田才能维持土壤对氮素的保持功能。