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碳输入方式对森林土壤活性氮库及氮循环的影响研究进展

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南京林业大学学报(自然科学版) 2021年

作者：谢君毅蔡斌张惠光徐侠南京林业大学生物与环境学院

作为森林土壤有机碳（SOC）的主要来源，不同碳（C）(如：地上凋落物、地下植物根系等)输入方式对森林生态系统土壤养分循环的影响一直是相关学者的研究重点。不同C输入方式是改变森林土壤氮（n）循环的重要影响因素。笔者综述了目前国... 详细信息

作为森林土壤有机碳（SOC）的主要来源，不同碳（C）(如：地上凋落物、地下植物根系等)输入方式对森林生态系统土壤养分循环的影响一直是相关学者的研究重点。不同C输入方式是改变森林土壤氮（n）循环的重要影响因素。笔者综述了目前国内外不同C输入对土壤活性n库、土壤N矿化、硝化过程及n;O排放的影响研究现状，分析了森林土壤活性n库及n转化过程对不同C输入变化的响应，发现：①地上C的输出可以降低土壤有效态氮(主要包括nH;-n和nO;-n)的含量，但地下C输出却增加了土壤nH;-n含量。C输入方式的改变对土壤微生物生物量氮（MBn）含量影响具有不确定性，这可能与生态系统类型、树种组成、时间尺度等因素相关。此外，地下C的输出对土壤可溶性氮（DOn）含量的影响较地上C输出的大，地下根系可能是影响土壤DOn含量的主要贡献者；②地上C输入对土壤N矿化及硝化速率的影响在短期内较大，而长期影响较小。其主要是通过间接改变土壤微生物活性从而影响了土壤N矿化及硝化过程，地下C输出增加了土壤N矿化速率，且随着时间尺度的增加表现更加明显；③地上C输入通过改变硝化和反硝化微生物的可利用C源而间接影响了氧化亚氮(n;O)的排放，且受到树种影响显著，而地下C输入对n;O的影响因根系质量等的差异而发生改变。综上可知，森林土壤活性n库及n循环过程对不同C输入具有不同的响应机制，且受生态系统类型、物种、时间等因素影响较大。目前在两种乃至多物种不同C的输入对森林土壤n的影响研究较少，且定性研究较为普遍，今后的研究亟需定量了解不同森林生态系统不同的C输入及其两者或多者物种之间的交互影响对土壤n的影响机制，且需更多地考虑在时间尺度上的长期变化过程。

关键词：森林生态系统凋落物及根系C输入土壤活性n库 N矿化 n O排放 n循环

沟灌水肥耦合对毛白杨林地水氮运移与根系分布的调控机制

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沟灌水肥耦合对毛白杨林地水氮运移与根系分布的调控机制

作者：刘峰北京林业大学

学位级别：硕士

随着我国木材需求量不断增加,速生丰产林提质增产迫在眉睫。杨树是我国重要的速生丰产树种,栽培面积已达757万公顷,但产量和质量远低于其潜在生产力以及国际中等水平,水肥管理措施低效是重要原因之一。盲目的水肥供应造成资源浪费、生... 详细信息

随着我国木材需求量不断增加,速生丰产林提质增产迫在眉睫。杨树是我国重要的速生丰产树种,栽培面积已达757万公顷,但产量和质量远低于其潜在生产力以及国际中等水平,水肥管理措施低效是重要原因之一。盲目的水肥供应造成资源浪费、生态环境污染、林木产量低效低质等。发展沟灌栽培以及水肥耦合管理技术,关注N矿化反应、根区的水氮运移、根系分布、吸收利用过程中各环节,以及彼此间动态联系和整体调控机制,寻找合理的人工林水肥管理措施,满足现代林业发展要求。本研究以黄泛平原三年生三倍体毛白杨(Populus tomentosa)人工纯林为研究对象,进行沟灌水肥耦合培育。试验采用双因素完全随机区组设计,设置3个灌溉水平(I、I、I)和4个施n水平(F、F、F、F),以及CK对照(不灌溉不施肥),共13个水氮耦合处理。探究该林分影响N矿化的关键因素、土壤水氮运移分布规律、细根分布、生物量产量以及林木水肥利用效率等。明确不同水肥耦合措施对杨树人工林木的影响,并提出沟灌栽培杨树人工林的优化水肥管理制度。主要研究方法、结果和结论如下:1.采用树脂芯原位培养法,对雨季和不同水分处理下的矿化速率和矿质n含量进行测定。结果表明:影响矿化反应的关键在于土壤水分,充分灌溉(-20 k Pa)处理容易引起林地土壤养分深层渗漏。土壤含水量在10.2%～15.8%范围内,矿化速率随灌溉量的增加而加快,且不会出现深层渗漏现象。2.通过定点定时观测不同水肥耦合处理水、氮在土壤中的运移分布轨迹发现:(1)相同灌溉量,旱季、雨季均形成上低中高下稳定的椭圆形湿润体,但雨季湿润体在垂向、横向分别扩大67%和100%,均可达到0～100 cm的范围。土壤初始含水率越高,水分运移速率越快;降雨过程中雨滴的动能也可加快水分运移。(2)短周期内,nO-n的运移规律与土壤水分运移规律相似,但其运移速率滞后于水分,含量于湿润体内部高于边缘,以垂直运移为主;nH-n主要在0～40 cm土层累积,土层间分布层次分明;水肥入渗再分布过程中,25%左右的土壤含水率是硝化反应迅速进行的节点。(3)不同处理年度水养分运移中,施n量影响nO-n的累积,灌溉量影响运移和分布;100～140 cm土层nO-n渗漏量随施n量和灌溉量的增加而增加,IF处理浸出现象严重。nO-n在40～60 cm土层有所累积,其中IF处理累积量最高。3.通过对Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ区组,根、干、枝、叶等各部分林木生物量的采集,探究不同处理根系分布、林木生物量的相应差异。结果表明:(1)CK处理,根长密度(RLD)在80～150 cm土层显著高于其他水肥耦合处理。水肥耦合处理使根系分布浅层化,0～10 cm土层细根含量显著;集中分布在半径为50 cm土壤湿润体内,径向距树30cm处吸收根最为富集;水平、垂直方向分别可延申至150、100 cm。I处理根系生长状况优于F处理,根系生长对n的响应取决于灌溉水平。水肥管理措施可改变根系分布规律,使根系呈“双峰型”分布。(2)IF处理林木年均生物量、生物量增量、水肥综合利用效率最高,水肥利用效率高达1074.15,是IF处理的47.6倍;IF处理,叶和根生物量显著高于其他处理;IF处理,过高的盐浓度对根系生长造成毒害作用,根长密度显著低于其他水肥耦合处理(PnO-n浸出量最小,能够形成适量的RLD,促进林木生长。因此,IF处理是三年生毛白杨幼林的最佳水肥管理措施。

关键词：水肥耦合 N矿化水、氮分布细根分布林木生物量

添加凋落物对杨树人工林土壤氮、磷矿化的影响初探

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水土保持学报 2013年第3期27卷 189-193页

作者：葛晓敏陈晓东唐罗忠王瑞华吴麟沈淋曦南京林业大学森林资源与环境学院南京210037

采用室内培养方法,在30℃和土壤含水量为田间持水量的70%的条件下研究杨树人工林的枯叶或枯枝、枯地被植物、杨树根系以及混合凋落物的添加对土壤氮和磷矿化的影响。结果表明:(1)培养42d后,不同处理间的土壤有效磷含量存在一定差异,呈... 详细信息

采用室内培养方法,在30℃和土壤含水量为田间持水量的70%的条件下研究杨树人工林的枯叶或枯枝、枯地被植物、杨树根系以及混合凋落物的添加对土壤氮和磷矿化的影响。结果表明:(1)培养42d后,不同处理间的土壤有效磷含量存在一定差异,呈现枯叶+土>枯地被植物+土>混合凋落物+土>根+土>枯枝+土>对照的趋势;(2)不同处理间的土壤铵态氮含量差异比较小;(3)各种处理的硝态氮含量占总无机氮的78%以上;(4)在培养初期,除添加枯枝处理外,添加其他凋落物处理的土壤硝态氮和总无机氮含量明显下降,后期逐渐升高;(5)土壤无机氮、磷含量及其矿化速率与土壤和凋落物的性质密切相关。

关键词：杨树人工林凋落物 N矿化 P矿化

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城乡梯度森林土壤原易位N矿化

林业科学研究 2009年第1期22卷 69-74页

作者：余明泉杜天真陈伏生江西农业大学园林与艺术学院江西南昌330045 江西科技师范学院生物系江西南昌330038 南昌大学生命科学学院江西南昌330031

以位于南昌市城乡生态界面的湿地松(Pinus elliottii)人工林为研究对象,开展城区、郊区、乡村3个不同梯度土壤n原位、易位培养试验。结果表明:培养土壤来源对土壤的氨化、硝化速率影响差异极显著(P郊区土壤来源(-0.92 mg.kg-1.30d-1)>... 详细信息

以位于南昌市城乡生态界面的湿地松(Pinus elliottii)人工林为研究对象,开展城区、郊区、乡村3个不同梯度土壤n原位、易位培养试验。结果表明:培养土壤来源对土壤的氨化、硝化速率影响差异极显著(P矿化速率影响差异显著(P郊区土壤来源(-0.92 mg.kg-1.30d-1)>城区土壤来源(-2.02 mg.kg-1.30 d-1);硝化速率表现为乡村土壤来源(0.44 mg.kg-1.30 d-1)较低,城区(3.18 mg.kg-1.30 d-1)和郊区土壤来源(3.35 mg.kg-1.30 d-1)较高;净矿化速率表现为乡村土壤来源(0.54 mg.kg-1.30 d-1)0.05),对硝化速率、净矿化速率影响差异极显著(P矿化速率均表现为乡村(0.68 mg.kg-1.30 d-1和-0.29 mg.kg-1.30 d-1)和郊区(1.78 mg.kg-1.30 d-1和1.06 mg.kg-1.30 d-1)较低,城区(4.51 mg.kg-1.30 d-1和3.36 mg.kg-1.30 d-1)较高。总体来看,土壤n的矿化过程既与土壤理化特性有关,又明显受到城市化的影响。

关键词： N矿化易位培养城乡梯度森林土壤南昌市

热带森林凋落叶质量和多样性对土壤动物群落结构及其N矿化作用的调控

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热带森林凋落叶质量和多样性对土壤动物群落结构及其N矿化作用的...

作者：吴艺雪中国科学院研究生院（西双版纳热带植物园）

学位级别：硕士

本研究在野外采用人工控制因素(土壤节肢动物群落、凋落叶C/n和多样性)的试验方法,探讨了热带凋落物质量(C/n)、树种多样性对土壤节肢动物群落结构及其N矿化贡献的调控。实验设计第一主处理因素为凋落叶质量(2个处理水平,即高C/n：40-45... 详细信息

本研究在野外采用人工控制因素(土壤节肢动物群落、凋落叶C/n和多样性)的试验方法,探讨了热带凋落物质量(C/n)、树种多样性对土壤节肢动物群落结构及其N矿化贡献的调控。实验设计第一主处理因素为凋落叶质量(2个处理水平,即高C/n：40-45;低C/n：20-25),第二主处理因素为凋落叶多样性(4个处理水平,分别为：原生境地对照CK;4个树种、10个树种和19个树种),同时将土壤节肢动物设为副处理因素(2个水平：驱除和不驱除),采用裂区区组设计原理对以上因素实施野外处理。在试验处理2个月和5个月后(即2008年7月和10月)分别测定了0-10cm土样和地表凋落物中的土壤节肢动物群落及相关N矿化指标,并进行统计分析。结果如下： 1)凋落叶质量对土壤节肢动物群落结构及多样性没有显著作用,但对土壤动物某些类群的数量分布差异产生影响,如在凋落叶多样性为19种时,蜱螨目个体密度在高质量(低C/n)凋落叶处理条件下显著高于低质量(高C/n)凋落叶;此外,不同多样性凋落叶的混合对土壤节肢动物群落有显著影响,表现为凋落叶质量较差(高C/n)时,其种类多样性越高,土壤节肢动物群落多样性也越高。 2)驱除土壤节肢动物导致土壤矿质n含量显著降低,而对N矿化速率的影响目前仅发现在低C/n、10种多样性凋落叶条件下。 3)凋落叶多样性对土壤节肢动物群落的N矿化贡献有显著影响,表现为凋落叶多样性较高时(10种以上),土壤动物群落能显著提高土壤矿质n含量;当凋落叶多样性减少至4种时,土壤动物对N矿化的影响急剧降低(7月为负值)。凋落叶质量对土壤动物群落的N矿化贡献没有显著影响。 4)本试验数据显示,在较短处理时间内,凋落叶质量和多样性未对土壤微生物群落结构或土壤微生物生物量碳产生显著影响。 5)研究认为,保护热带树种森林多样性不仅有利于地下土壤动物群落多样性的维持,而且对土壤动物群落功能作用的发挥有重要意义。

关键词：土壤动物凋落叶质量多样性 N矿化西双版纳

中亚热带丘陵红壤区森林演替典型阶段土壤氮矿化及其有效性

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中亚热带丘陵红壤区森林演替典型阶段土壤氮矿化及其有效性

作者：甘露南昌大学

学位级别：硕士

土壤氮素(n)转化是生态系统关键生态学过程之一,且土壤n有效性与群落演替间存在着反馈关系。本文以中亚热带丘陵红壤区森林演替的4个典型阶段,即灌丛林、马尾松林、针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,采用了室外定点连续监测、原位定点... 详细信息

土壤氮素(n)转化是生态系统关键生态学过程之一,且土壤n有效性与群落演替间存在着反馈关系。本文以中亚热带丘陵红壤区森林演替的4个典型阶段,即灌丛林、马尾松林、针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,采用了室外定点连续监测、原位定点培养和实验室模拟培养相结合的方法,较系统地开展了土壤有效n、N矿化、n有效性及其影响因素的研究。旨在揭示植被类型与土壤氮库的动态耦合关系,为植被恢复、森林生态系统管理及其可持续发展提供了科学依据。主要结论如下: (1)用PVC顶盖埋管法和离子交换树脂袋法分别研究了森林演替4个典型阶段土壤矿化速率及其有效性,结果均表现为:灌丛林＜马尾松林＜针阔混交林＜常绿阔叶林(P＜0.05,以下同)。 (2)森林演替各阶段土壤有效n和N矿化速率均表现出明显的季节变化;其中土壤nH-n为春、夏季高于秋冬季,nO-n为春、夏季低于秋、冬季,矿质n为冬季最高;氨化速率为春季最高,硝化速率春季最低,而净矿化速率因演替阶段不同季节波动规律不一致。 (3)森林演替的初级阶段土壤nH-n和氨化速率分别为矿质n和矿化速率的主体,而高级期阶段nO-n和硝化速率分别占绝对优势。 (4)采用3因素3水平3次完全重复的实验室模拟实验,结果表明:土壤氨化速率和净矿化速率随着温度的升高而逐渐增大,而温度对硝化速率的影响不显著;水分为半饱和状态时,氨化、硝化和净矿化速率均最大,自然水和饱和水状态时差异不显著;土壤氨化、硝化和净矿化速率均随着演替的进展而增大。总之,顺行演替有利于提高土壤的供n能力和n有效性;全球变暖有利于增强中亚热带森林土壤供n能力;季节性干旱和强降雨将降低土壤供n能力。

关键词：森林演替 N矿化 n有效性植被恢复

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土壤动物与n素循环及对n沉降的响应

生态学报 2003年第11期23卷 2453-2463页

作者：徐国良莫江明周国逸彭少麟中国科学院华南植物研究所广东肇庆鼎湖山树木园526070

以主要的生态过程之一—— n循环为对象 ,论述了土壤动物不仅对凋落物的分解有重要影响 ,而且在 n素矿化和植物对 n的吸收过程中也起着重要作用。同时 ,日益严重的全球变化问题之一—— n沉降对土壤动物的多样性及其在生态系统中的功能... 详细信息

以主要的生态过程之一—— n循环为对象 ,论述了土壤动物不仅对凋落物的分解有重要影响 ,而且在 n素矿化和植物对 n的吸收过程中也起着重要作用。同时 ,日益严重的全球变化问题之一—— n沉降对土壤动物的多样性及其在生态系统中的功能构成了极大的威胁。另还对土壤动物与 n循环研究的方法、土壤动物在 n循环过程中的作用机制、热带地区的需求及 n沉降下土壤动物的响应作了探讨 ,并提出 ,开展大尺度的专类研究及长期定位研究成为下一步研究的需要。

关键词：土壤动物 n循环 N矿化 n沉降