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水热变化后温带森林土壤CO_2和N_2O排放和氮素净矿化模拟研究

王莹  
【摘要】:本文以长白山原始阔叶红松林、次生杨桦林、人参种植地三种不同植被类型的不同土层深度的土壤(0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm)为对象,通过实验室模拟,研究水热变化对土壤活性碳氮库、两种温室气体CO2、N2O排放和氮素净矿化的影响。论文包含三部分内容:第一研究水热变化包括频繁的冻融过程、风干土重新润湿这一干湿过程对土壤活性碳氮库的影响。第二利用第一部分经过频繁冻融过程的土壤,研究在添加或者未添加营养源的情况下,乙炔气体添加对土壤活性碳氮库、C02与N20排放以及氮素净转化过程的影响。第三利用表层土壤风干后调节不同的含水量,研究风干土不同润湿强度以及不同温度对土壤活性碳氮库、C02与N20排放以及氮素转化的影响。 主要结论为: (1)经历频繁的冻融过程后,土壤可溶解性的有机碳和微生物碳氮的含量降低,水浸提TN的含量升高。频繁的冻融交替过程对上述指标均有极显著的影响。不同植被类型的土壤净矿化量为红松林杨桦林人参种植地。随着土层深度的增加,土壤净矿化量逐渐降低。 (2)风干土重新润湿,即调节不同的含水量后,与未风干的原始土壤相比,DOC、TN的含量有所增加,微生物碳氮的含量降低。红松林和杨桦林在含水量为60%时KCI体系的氮素净矿化量达到最大值,而人参种植地在水分含量为80%时KCI体系的氮素净矿化量达到最大值。氮素净矿化量为杨桦林红松林人参种植地。 (3)在未添加营养源的土壤中,乙炔气体添加对CO2的排放无影响,而在营养源充足的情况下,乙炔气体添加使CO2的排放量减少。对qCO2的研究结果表明,乙炔气体通过减少微生物碳的含量使qCO2的值升高。乙炔对土壤自养硝化作用的抑制效果在未添加营养源的土壤中更为明显,而且乙炔气体使氮素净矿化量减少。不同处理,CO2累积排放量与盐浸提DOC、微生物碳氮呈显著正相关;在添加营养源和乙炔气体的土壤中,N20累积排放量与土壤活性碳氮指标无关。 (4)相同的湿度条件下,DOC、TN的含量以及CO2的排放量随温度的升高而增加,微生物碳氮的含量随着温度的升高而降低。N2O的排放则没有一致的规律性。温度为15℃和25℃时,温度是qCO2、CO2排放Q10值的主要影响因素。当温度升高至35℃时,水分对两指标有重要的影响。相关分析表明:不同温度条件下,CO累积排放量与水浸提的DOC、微生物碳氮呈极显著的正相关,而与土壤含水量无关。N2O累积排放量与土壤含水量呈显著的正相关,与矿化量呈极显著的负相关。只有在25℃时,qCO2与土壤水分含量呈显著正相关。


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