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森林土壤反硝化潜力及产物组成的地域性变异规律

吕海霞  
【摘要】:通过采集中国南北样带不同纬度森林土壤,采用加入KNO3在恒温25℃条件下淹水厌氧密闭培养-乙炔抑制法,测定了森林土壤的反硝化势以及气态产物N2O、NO和N2的产生量,从而研究森林土壤反硝化势和气态产物组成的地域性规律及其影响机制。 结果表明,供试的森林土壤pH(H2O)4.64~7.06,除山东博山的森林土壤呈中性(pH=7.06)外,其余森林土壤均呈酸性;有机碳含量23.40~115.53 g kg-1,其中黑龙江漠河森林土壤有机碳含量最高(115.53 g kg-1),海南的最低(23.40 g k-1);土壤全氮含量在1.68~6.56 g kg-1之间,黑龙江漠河的全氮含量最高,山东泰山的最低。 森林土壤反硝化势差异很大(0.19~0.81 mg kg-1h-1),地带性规律不太明显,也未发现热带亚热带森林土壤反硝化较弱。相关分析表明土壤反硝化势与土壤C/N有显著的负相关关系,与初始Eh有显著的负相关关系(p0.05),对森林土壤反硝化势与土壤理化性质进行逐步回归分析,发现土壤反硝化势与土壤初始Eh、ΔNH4+-N和NO3--N含量有较好的相关性,可以用回归方程表示为:反硝化势=-0.004×初始Eh+0.006×ΔNH44+-N+2.385(N=30,p=0.01,R2=0.56)。 在供试的所有森林土壤中,N2O排放量占气态产物组成比例差异很大,在39.7%-98.7%之间变化,从高纬度到低纬度,N2O占反硝化产物的比例呈抛物线分布,在中纬度时最高,低纬度和高纬度N2O的比例都有所下降。相关分析表明,N2O比例与土壤pH呈显著负相关(p0.05),与SOC/OXC呈显著负相关(p0.05);逐步回归表明,N2O占气态产物排放量的比例与土壤pH、SOC和土壤反硝化势有较好的相关性,可用回归方程表示为:N2O ratio= 13.725×pH-2.99×SOC+160.067(N=30,p=0.004,R2=0.56)。 NO占反硝化产物组成的比例较低,并且在纬度上呈指数分布,随着纬度的降低逐渐升高,热带亚热带森林土壤反硝化产物中NO比例显著高于温带森林土壤,相关分析表明,NO比例与土壤SOC呈极显著负相关(p0.01),与OXC、TN、SOC/OZC呈极显著正相关(p0.01)。逐步回归分析表明,NO占气态产物排放量的比例与土壤SOC有较好的相关性(p=0.004,R2=0.257),SOC是影响NO比例的重要因素之一 本研究中的森林土壤N2O+NO排放速率差异不是很大,说明N2O+NO排放速率趋于一个常数。相关分析表明,反硝化产物氮氧化物N2O+NO排放速率与土壤pH呈显著负相关(p0.01),说明高pH土壤中氮氧化气体的排放较少;热带亚热带地区通过反硝化作用产生的温室气体N2O+NO较多,反硝化过程并不能有效地将活性氮转化为惰性氮(N2)。因此,此类森林生态系统土壤反硝化作用的生态环境意义需要重新评估。


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