森林草原交错带三种植被类型土壤可溶性有机氮组分特征及其对矿化的调控

作     者：张雨恒 

作者单位：沈阳农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白龙

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：森林草原交错带 植被类型 可溶性有机氮 氮矿化 土壤酶 

摘      要：可溶性有机氮(Soluble Organic Nitrogen,简称SON)是土壤氮素中最活跃的组分之一,土壤氮矿化的重要氮源,在陆地生态系统氮循环及养分平衡方面起着重要作用,同时SON的移动性容易造成水体的富营养化,并加剧土壤的NO排放。因此,SON受到土壤学、生态学以及环境科学等多学科的广泛关注。SON在土壤微生物的作用下矿化为无机氮,此过程受气候、土壤、植被及微生物等多种因素的影响。森林草原交错带位于森林和草原的两大植被类型中间的过渡带,是以旱生灌木和草本植物占优势,降水量、平均气温均高于温带草原和高寒草原地区。为了掌握森林草原交错带内林地和草地植被类型SON组成结构、土壤氮素矿化特征及蛋白酶、尿酶对矿化的调控作用,本研究以位于辽宁省阜新市彰武县北部的沈阳农业大学阿尔乡教学科研基地为平台,以灌丛草地、杨树(Populus)落叶阔叶林地和樟子松(Pinus sylvestris)常绿针叶林地为研究对象,通过测定不同时期土壤NH-N和NO-N含量,计算土壤的氨化、硝化速率,分析季节动态特征;分析三种植被类型SON含量及组分特征及其在氮矿化中的作用;探讨蛋白酶、脲酶对土壤氮素矿化的调控作用。主要研究结果如下:1在整个生长季,森林草原交错带内草地、阔叶林地和针叶林地的不同土层土壤NH-N含量均呈现夏季增加、秋季减少的趋势,NO-N含量均呈现夏季减少秋季增加的趋势。三种植被类型土壤的无机氮含量均以NO-N含量为主,分别占土壤无机氮含量的53.62%(草地)、56.83%(阔叶林地)和53.53%(针叶林地)。三种植被类型土壤净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率均在夏季(8月)达到最大值。初夏(5月),草地和阔叶林地0-15cm土壤矿化作用以硝化作用为主,而针叶林地土壤以氨化作用为主。6月和8月三种植被类型0-15cm土壤矿化作用均以硝化作用为主,7月以氨化作用为主。秋季(9月)的植被生长末期,土壤氮转化以氨化作用为主。15-30cm土壤中,夏季初三种植被类型土壤矿化作用均以氨化为主,其他各时期矿化特征与0-15cm土壤相同。2三种植被类型中,无机氮含量均占土壤全氮含量的5%以下。酸解性有机氮占全氮的比例分别为24.82%(草地)、18.95%(阔叶林地)和23.7%(针叶林地)。草地土壤中,各酸解性氮组分大小及占酸解氮的比例依次为酸解氨态氮(43%)、氨基酸态氮(34%)、氨基糖态氮(12%)、酸解未知氮(11%);阔叶林地中表现为酸解氨态氮(52%)、氨基酸态氮(39%)、氨基糖态氮(4%)、酸解未知氮(5%);针叶林地中表现为酸解氨态氮(50%)、氨基酸态氮(36%)、氨基糖态氮(9%)、酸解未知氮(5%)。两种林地土壤的酸解氨态氮比重显著高于草地。3草地土壤中,NH-N含量与氨基糖态氮呈显著正相关(P0.01),可能是土壤氮氨化的主要参与者;酸解铵态氮与NO-N含量成极显著正相关,与铵态氮无相关性,酸解氨态氮可能在氮素硝化作用中起主要作用。阔叶林地土壤中,酸解氨态氮与NH-N含量均呈极显著负相关,氨基糖态氮与NH-N、NO-N含量均呈现极显著正相关,说明在阔叶叶林地土壤中氨基酸态氮和氨基糖态氮起主要作用。在针叶林地土壤中,酸解氨态氮和氨基糖态氮均在矿化作用中起主要作用。4草地土壤中蛋白酶活性和脲酶活性均低于林地土壤,两种林地土壤间无显著差异。在草地土壤中,随着酶活性的增强,NO-N和酸解氨态氮均呈现减少趋势,草地土壤中脲酶促进土壤氮素矿化。在阔叶林地土壤中,蛋白酶和脲酶活性均能促进土壤氮素矿化作用。针叶林土壤中,蛋白酶活性增强,氨态氮随之增加,而酸解铵态氮呈下降状态。说明蛋白酶可能参与针叶林地土壤中氮素矿化。