模拟氮沉降对中亚热带森林土壤中可溶性氮含量的影响

通过野外模拟试验,研究CK〔对照,0 kg(hm2.a)〕、LN〔低氮,30 kg(hm2.a)〕和HN〔高氮,100 kg(hm2.a)〕处理3个氮沉降水平对亚热带针叶(杉木)和阔叶(浙江桂、罗桴栲)森林土壤中可溶性氮含量的影响.结果表明:施氮后3 d,土壤中的w(SIN)(可溶性无机氮含量)在CK和LN处理之间差异不显著,仅发现HN处理与LN及CK处理之间的差异显著.施氮后3个月,各处理之间差异不显著;与施氮后3 d相比,土壤中的w(NH4+-N)在CK处理显著增加了42%～68%(P<0.05),而HN处理则显著降低了45%～58%(P<0.05);土壤中的w(NO3--N)平均降低了24%～88%,其中HN处理降幅最大也最显著;杉木林土壤降幅最大.施氮后3 d,随着施氮水平的提高土壤尤其是杉木林土壤中的w(SON)(可溶性有机氮含量)增加,其占w(TSN)(可溶性总氮含量)的比例降低.然而3个月后,施氮影响趋缓甚至相反;与施氮后3 d比较,HN处理下w(SON)降低,而其占w(TSN)的比例却有所升高,表明SON损失仍低于SIN.阔叶天然林土壤中的w(SON)显著高于杉木人工林,表明凋落物性质差异造成的影响与w(SON)变化有关.     

氮添加对亚热带森林土壤有机碳氮组分的影响

为了研究氮添加对森林土壤有机碳氮组分稳定性的影响,选取我国亚热带典型常绿阔叶林(浙江桂天然林和罗浮栲天然林)和针叶林(杉木人工林),开展为期5年的野外模拟氮沉降试验,分别设置对照〔0 kg/(hm2·a),以NH₄NO₃中的N计,下同〕、低氮〔75 kg/(hm2·a)〕和高氮〔150 kg/(hm2·a)〕3个氮添加水平,用H₂SO₄分2步酸水解获得LPⅠ(活性有机库Ⅰ)、LPⅡ(活性有机库Ⅱ)和RP(惰性有机库),定量研究土壤活性和惰性有机碳氮组分以及微生物生物量碳氮对氮添加的响应. 结果表明:氮添加仅对w(LPⅡ-C)(LPⅡ-C为活性有机碳Ⅱ)有显著影响,而对其他活性和惰性有机碳氮组分的影响不显著,并且对不同林分的影响存在差异. 与对照处理相比,低氮处理下浙江桂天然林、罗浮栲天然林和杉木人工林土壤w(LPⅡ-C)的增幅分别为15.3%、29.8%、68.8%;高氮处理下杉木人工林土壤w(LPⅠ-C)(LPⅠ-C为活性有机碳Ⅰ)、w(LPⅠ-N)(LPⅠ-N为活性有机氮Ⅰ)和w(RP-C)(RP-C为惰性有机碳)的增幅分别为32.4%、78.6%、28.7%;氮添加使得土壤w(SMB-C)(土壤微生物生物量碳)的增幅为18.1%~202.5%、w(SMB-N)(土壤微生物生物量氮)的增幅为0%~103.6%;在氮添加处理下,除杉木人工林土壤SMB-N/LPⅠ-N〔w(SMB-N)/w(LPⅠ-N)〕是随着氮添加水平的增加而降低外,微生物对其他林分土壤活性有机氮的利用均表现为随着氮添加水平的增加而增加. 研究显示,氮添加对阔叶林和针叶林土壤活性和惰性有机碳氮组分的影响存在差异,但差异不显著,这与它们归还土壤的凋落物性质差异有关,并且凋落物的分解差异也可能是影响土壤不同碳氮组分变化的原因.      

日光温室夏季休闲期间的土壤管理对可溶性氮的影响

日光温室夏季休闲期间大水漫灌和高温闷棚是普遍的土壤处理措施,该过程灌水多、温度高,对氮素循环影响大.为了探明休闲期间土壤管理对氮素保持与损失的影响,通过田间试验揭示夏季休闲期间大水漫灌、高温闷棚对不同灌溉施肥模式(滴灌、漫灌)和不同有机物料还田处理(单施有机肥、有机肥配施小麦秸秆、有机肥配施玉米秸秆)土壤可溶性氮的影响.结果表明:作物收获后,滴灌和漫灌各处理平均w(矿质氮)分别为103.9和68.6 mg/kg,大水漫灌使滴灌0~30 cm土层w(矿质氮)显著降低30%,漫灌w(矿质氮)变化不大.日光温室夏季休闲期w(SON)(SON为可溶性有机氮)为16.3~69.1 mg/kg,SON相对含量为15%~48%.大水漫灌使滴灌和漫灌w(SON)分别显著增加2.9和2.5倍;高温闷棚使滴灌和漫灌w(SON)显著降低107.1和72.4 kg/hm2,降幅分别为41%和34%,同时w(矿质氮)分别显著增加117.9和126.7 kg/hm2,土壤氮素矿化速率分别为1.7和1.8 mg/(kg·d).与单施有机肥相比,长期有机肥配施玉米或小麦秸秆可显著增加滴灌w(矿质氮),但对w(SON)无影响.综上,休闲期间的土壤管理对土壤表层氮素含量的影响较大,其中大水漫灌容易造成滴灌残留氮素的大量损失,而随后的高温闷棚加速了SON的矿化.      

黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应

以长期定位试验为基础,研究不同长期施肥模式对中国东北黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤碳、氮的影响.结果表明,有机肥的施入显著提高了表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,其中以有机无机配施处理最为显著.与不施肥相比,常量和高量有机无机配施分别增加了表层SOC含量24.6%和25.1%,分别增加了表层土壤TN含量29.5%和32.8%,亚表层土壤SOC和TN含量对施肥无响应.尽管常量及高量有机无机配施分别增加了黑土0～40 cm土壤碳储量11.6%和7.6%、氮储量17.3%和12.7%,但各处理之间无显著差异,仅增加了黑土碳、氮储量的变异性.与不施肥相比,有机肥的施用不仅显著增加了表层和亚表层土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性碳、氮(DOC、DN)的含量,且显著提高了这些组分在总有机碳、全氮中所占的比例.有机无机配施处理能使表层土壤SMBC/SOC、SMBN/TN值分别提高0.36～0.59和1.21～1.95个百分点,而DOC/SOC、DN/TN也分别达到0.53%～0.72%和1.41%～1.78%.土壤微生物生物量碳氮、可溶性碳氮及其在总有机碳、氮中所占的比例对于施肥的响应在土壤剖面上表现更为敏感,更能反映土壤肥力对于长期施肥的响应.有机肥的施入尤其是有机无机配施能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、氮活性,有利于提升土壤肥力和养分供应能力,但同时也导致了农田系统碳、氮的大量损失,容易引起潜在的环境污染.     

不同添加量凋落物及生物质炭对土壤微生物群落结构的影响

以亚热带杉木人工林土壤为研究对象,采用培养试验,研究了杉木凋落物及其生物质炭(Biochar,BC)在不同添加量条件下(0、1%、2%、3%、4%、5%土壤质量分数)对土壤微生物群落结构的影响.结果表明:凋落物处理的土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)、细菌、真菌含量均随添加量的增加而增加,而丛枝菌根真菌(AMF)和放线菌(ACT)含量在不同添加量处理间则无显著差异.对于BC处理,在3%添加量下土壤微生物总PLFA、革兰氏阳性细菌(GP)、革兰氏阴性细菌(GN)、真菌、AMF和ACT含量均达到最大,表明BC对土壤微生物活性的促进作用与凋落物截然不同.此外,凋落物添加对真菌的影响较大,但对ACT的影响则显著低于BC处理.主成分分析表明,凋落物和BC添加均显著改变了土壤微生物群落结构,且前者的影响更为明显,而添加量对其影响则较小.冗余分析发现,土壤全氮与C/N比值分别为影响凋落物与BC处理中微生物群落结构变化的主要因子.     

洱海沉积物中不同形态氮的时空分布特征

为揭示沉积物中氮形态变化的影响因素及其生态效应,对洱海表层沉积物中不同形态氮的空间分布和季节性变化特征进行了研究. 结果表明:洱海表层沉积物中w(TN)在2354～6174mg/kg之间,空间分布呈湖区北部＞南部＞中部的趋势;w(TTN) (TTN为可交换态氮)在1158～2921mg/kg之间,占w(TN)的43%,其分布趋势与w(TN)相同;各形态TTN表现为SOEF-N(强氧化剂可提取态氮,w为974～2515mg/kg)＞WAEF-N(弱酸可提取态氮,w为91～210mg/kg)＞SAEF-N(强碱可提取态氮,w为38～198mg/kg)＞IEF-N(离子交换态氮,w为66～130mg/kg),w(WAEF-N)和w(IEF-N)的分布趋势与w(TTN)相同,w(SAEF-N)中部较高,w(SOEF-N)南部较高. 沉积物中w(TN)和w(NTN)(NTN为非转化态氮)7月较高,TTN及其各形态氮质量分数1月较高. 不同形态氮质量分数随沉积物深度的增加均呈下降趋势,NTN的富集速率高于TN. 洱海沉积物中w(TN)高于长江中下游湖泊,表层TN富集明显. 沉积物氮释放风险较大,但其w(TTN)和w(IEF-N)占w(TN)的比例低于长江中下游湖泊,即洱海沉积物氮释放量小于长江中下游湖泊;洱海沉积物中各形态氮质量分数与w(TOM)均呈显著正相关,与水深呈负相关,显示有机态氮与有机质同步沉积且受外源输入影响较大,w(IEF-N)分布同时受水生植物等影响.      

灌溉与施氮对黑河中游新垦沙地农田土壤硝态氮动态的影响

研究了黑河中游绿洲边缘区新垦沙地农田不同灌溉量(分别为估算春小麦生育期需水量的0.6、0.8、1.0倍)和不同施氮量(0、140、221和300kg·hm-2)对春小麦不同生育期土壤硝态氮含量及分布动态的影响.结果表明,施氮量为硝态氮淋溶的决定因素,土壤剖面中硝态氮的含量随着施氮量的增加而增加,当施氮量在0～140kg·hm-2之间时,硝态氮的淋溶较为缓慢,而在221～300kg·hm-2范围时硝态氮的含量显著增加,这表明当施氮量高于221kg·hm-2时易引起硝态氮的淋溶.收获期土壤的硝态氮含量明显低于开花期,且硝态氮存在显著差异的土层深度变浅.在综合4个施氮处理的情况下,不同灌溉处理同一土层土壤硝态氮的含量无显著差异(p<0.05),这一结果表明灌溉量对春小麦生育期土壤硝态氮淋溶过程的影响要小于施氮量.不同灌溉处理同一土层土壤硝态氮含量的差异因施氮水平的不同而异,多数情况下,低灌溉处理(I0.6)与中等灌溉处理(I0.8)的土壤硝态氮含量高于高灌溉处理(I1.0),同时具有显著硝态氮含量差异的土层深度随施氮量的增加而递增,说明随着灌水量的减少硝态氮向下淋溶量也相应下降.     

基于碳氮化学计量探究植被格局变化对土壤汞累积的影响

以位于青藏高原东缘的贡嘎山海螺沟冰川退缩区为研究对象,基于有机土壤中汞、碳、氮的含量变化及化学计量关系,探讨了植被格局变化对土壤汞积累分布的影响.结果表明,有机土壤形成前期(10年尺度内),不同林分均因凋落物快速降解导致碳、氮含量显著降低与汞的络合位点增加,致使土壤中汞呈现强烈的富集效应;有机质后续的慢速降解矿化过程(10年至百年尺度)中,植被类型的影响作用明显,不同林分下有机土壤中汞的积累模式存在显著差异.针叶林有机层土壤汞浓度(277.54±117.19) ng/g大于演替前期阔叶林(204.23±14.38) ng/g的值.在有机质慢速矿化阶段中,阔叶林土壤汞随深度递减,而针叶林土壤汞基本保持恒定,这与针叶凋落物中氮含量(2.11%±0.20%)较阔叶(2.64%±0.10%)低,使得其针叶凋落物降解矿化速率变慢有关.此外,阔叶林分有机土壤中Hg/C随C/N增加而显著降低,但由于针叶林不同的凋落物输入特征和汞积累模式,其Hg/C与C/N不再呈现显著负相关.     

中亚热带5种类型森林土壤微生物群落特征

采用PLFA(phospholipid fatty acids,磷脂脂肪酸)分析法研究江西省九连山国家级自然保护区杉木纯林、马尾松纯林、杉木阔叶混交林、马尾松阔叶混交林与天然常绿阔叶林的土壤微生物群落结构特征,探讨植被特征和土壤理化特征对土壤微生物群落的影响. 结果表明:①杉木阔叶混交林土壤细菌、放线菌和总微生物生物量最高,分别为7.77、1.74和18.21 nmol/g,而马尾松纯林均最低. ②针阔混交显著提高了土壤微生物生物量及其丰富度. 土壤微生物生物量及其丰富度均与土壤含水率、w(AN)(AN为有效氮)、w(TC)、w(TN)呈显著正相关(R为0.426~0.701),而与C/N〔w(TC)/w(TN)〕呈显著负相关(R分别为-0.447、-0.518). ③w(AN)对土壤微生物群落结构的解释率达55.8%. 尽管林下灌木、草本层生物量对土壤微生物生物量影响不大,但对微生物群落结构有一定影响,解释率分别为5.5%和6.3%. 灌草层丰富度与土壤微生物生物量及其丰富度呈显著正相关(R为0.369~0.452). 可见,阔叶树种和林下灌草层能够显著影响土壤微生物群落组成.      

九龙江口湿地表层沉积物氮的形态分布特征

利用连续提取法对九龙江口湿地表层沉积物中不同形态氮含量进行了测定,探究了滨海湿地表层沉积物中氮形态及其与沉积物理化性质的相关关系.结果表明:九龙江口滨海湿地沉积物中w(TN)达到12.67 mg/g,可转化态氮(EFN)质量分数〔w(EFN)〕占w(TN)的18.78%.有机硫化物结合态氮(OSFN)和碳酸盐结合态氮(CFN)是九龙江口滨海湿地沉积物EFN的主要形态,w(OSFN)和w(CFN)分别占w(EFN)的37.82%和36.97%.不同潮水位和植被类型沉积物中的w(TN)和w(EFN)呈现差异性,表现为高潮位＞中潮位＞低潮位,红树林＞其他植被类型(北部互花米草、红树与互花米草混交和南部互花米草)＞光滩.w(CFN),w(OSFN),w(EFN)和w(TN)存在显著相关关系,表明w(TN)和w(EFN)的增加主要来源于OSFN和CFN.w(OSFN),w(EFN)和w(TN)与w(OM)存在显著相关关系,表明河口滨海湿地有机质的累积、矿化,可增加沉积物中的w(OSFN),w(EFN)和w(TN),从而对滨海湿地氮生物地球化学过程产生重要影响.      

模拟氮沉降对森林土壤有机物淋溶的影响

在重庆铁山坪马尾松林内施加与大气氮沉降量相当的硝酸铵(NH4NO3)和硝酸钠(NaNO3),研究氮沉降加倍对土壤溶液可溶性有机物浓度的影响,分析氮沉降对森林土壤碳库的潜在作用.2005年起为期5a的现场观测表明,施氮后凋落物层土壤溶液的可溶性有机碳(DOC)浓度和通量在起初2a内与对照样区相比有明显升高,但之后反而降低.施氮还会降低凋落物层土壤溶液的DOC与DON(可溶性有机氮)比值,以及矿质土壤上层的DOC浓度,但对矿质土壤下层的DOC淋溶通量几乎没有影响.总体来看,在试验期内氮沉降对土壤碳库无显著影响,但土壤有机物可能有从富碳有机物向富氮有机物转化的趋势,氮沉降的成分(NH4+和NO3-)对土壤有机物的影响则没有明显差异.     

九龙江流域大气氮湿沉降研究

通过2004～2005年对位于我国东南沿海的九龙江流域及周边共17个站点的实地观测,运用GIS技术定量揭示了大气氮湿沉降强度和时空分布特征,并利用氮稳定同位素分析雨水硝态氮的主要来源.结果表明,①17个站点雨水总氮平均浓度为(2.20±1.69)～(3.26±1.37) mg·L-1(以N计,下同),铵态氮、硝态氮和有机氮分别占39%、25%和36%;②雨水氮浓度随降雨强度的增大呈降低趋势,旱季浓度明显大于雨季,降水对大气具有清洗作用;③低δ15N值表明雨水硝态氮主要来源于汽车尾气排放、化石燃料燃烧和化肥施用;④九龙江流域大气氮湿沉降量平均9.9 kg·hm-2,春夏2季约占全年的91%,大气氮湿沉降占沉降总量的66%,揭示了该地区1∶2的大气氮干湿沉降结构.大气氮湿沉降时空差异与降雨量和氮的排放直接相关.     

模拟氮沉降对北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸的影响

于2008年4月～2009年4月在龙王山北亚热带落叶阔叶林地进行模拟氮沉降试验,利用静态箱-气相色谱法测定土壤呼吸,研究氮沉降增加对森林土壤呼吸的影响.结果表明,氮沉降没改变土壤呼吸的季节性变化规律和日变化规律.与对照(CK)相比,低氮(TL)、中氮(TM)和高氮(TH)处理使森林土壤年平均呼吸速率分别降低了8.51%、9.74%和11.24%,使日平均呼吸速率分别降低了4.42%、11.09%和12.17%.森林土壤呼吸与土壤温度存在极显著的指数关系(p0.01),CK、TL、TM和TH的土壤呼吸温度敏感系数(Q10)分别为2.53、3.22、2.64和2.92,氮沉降提高了林地土壤呼吸的温度敏感系数.本研究表明,氮沉降显著降低了森林土壤呼吸,但提高了土壤呼吸的温度敏感性.     

前期干旱天数对生物滞留系统除氮性能的影响

生物滞留系统是海绵城市建设的优选设施之一,但其对氮素的去除特性受前期干旱天数（ADD）影响较大.通过设计不同ADD（1、2、3、5、7、12和22 d）条件,形成7种恒定干湿交替周期的生物滞留系统,研究ADD对氮素去除性能的影响,并根据不同ADD条件下氮还原酶和微生物种群的空间变化规律,分析ADD对生物滞留系统除氮过程的影响机制.结果表明,生物滞留系统对NH₄⁺-N的去除受ADD影响不显著,但去除率会因填料水力渗透性能和植物生长状况的影响而呈现较大的波动性;当ADD从7 d增至22 d时,NO₃^--N和TN去除率随ADD的增加而减小.ADD在一定程度上影响土壤中硝酸还原酶（NaR）、亚硝酸还原酶（NiR）和羟胺还原酶（HyR）的空间分布;生物滞留系统中氮素转化过程受淹没层含水率调控,且NO₃^--N可通过淹没层中氮还原酶的次第催化还原作用发生硝酸盐异化还原成铵（DNRA）,进而影响NH₄⁺-N的去除.ADD会显著改变土壤微生物群落结构及其空间分布,影响系统对不同形态氮的综合去除能力.其中,较短ADD（1~5 d）条件下,具反硝化能力的Firmicutes为优势菌门,其优势菌属Clostridium_sensu_stricto_1还具有DNRA功能.结果证实,恒定干湿条件下ADD对生物滞留系统中氮素的去除能力、氮还原酶活性以及微生物种群结构空间变化存在一定的影响.     

磷酸二氢钙和氯化钾对乌栅土氮素淋失的影响

利用土柱淋洗,研究了N、P、K共施对太湖乌栅土氮素(Urea-N、NH₄⁺-N和NO₃^--N)淋失的影响.结果表明,在不施尿素的条件下,N的淋失以NO₃^--N为主,占淋失总氮(Urea-N、NH₄⁺-N和NO₃^--N之和)的93.39%.施加尿素后,Urea-N、NH₄⁺-N和NO₃^--N的淋失量明显增加,三者占淋失N的比例分别为3.95%、15.25%和80.80%,占施入N的比例分别为0.26%、0.80%和2.54%.Ca(H₂PO₄)₂或KCl均可显著增加3种形态N的淋失,使3种形态N占淋失TN的比例分别为4.54%、24.11%、71.35%和3.45%、24.53%、72.02%,占施入N的比例分别为0.39%、1.86%、3.34%和0.32%、2.12%、4.06%.Ca(H2PO4)2和KCl共施对N素淋失存在着一定的交互作用,使3种形态N占淋失TN的比例分别达到4.10%、27.35%和68.55%,占施入N的比例分别为0.42%、2.60%和4.26%.不同形态N淋失的先后顺序为:Urea-N >NH₄⁺-N>NO₃^--N,而淋失总量的顺序为:Urea-N < NH₄⁺3^--N.     

鼎湖山无机氮湿沉降来源研究

针对2007年3—8月鼎湖山站的降水资料,分析了鼎湖山春夏两季氮沉降特征及其来源. 结果表明:研究期间鼎湖山NO₃--N和NH₄＋-N的降水量加权平均质量浓度分别为0.59和1.03mg/L,其中春季湿沉降中ρ(NO₃--N)和ρ(NH₄＋-N)的平均值分别为0.78和1.54 mg/L,分别是夏季的2.17和1.67倍;降水ρ(NO₃-)与ρ(NH₄＋)呈显著正相关,与降水pH呈负相关. 利用气团轨迹后推以及天气形势分析得出,影响鼎湖山氮湿沉降的主要因素是陆地性降水,其ρ(NO₃--N)和ρ(NH₄＋-N)分别为0.75和1.43 mg/L,分别是海洋性降水的1.57和2.26倍;氮沉降通量分别为3.28和6.26 kg/hm2,分别占总无机氮沉降负荷的56.0%和64.6%.进一步利用气团后向轨迹对海洋性和陆地性降水进行云下气团分类,结果表明,陆地性NE方向的气团对鼎湖山氮的输送及沉降负荷最大.      

用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降

对庐山风景区不同海拔高度(263～1 400 m)上31个石生苔藓(Haplocladium microphyllum)氮含量〔w(TN),以干质量计〕和氮同位素值(δ15N)进行了分析. 苔藓w(TN)与海拔高度(L_altitude)的关系〔w(TN)=3.11-7.85×10-4L_altitude〕表明,在庐山风景区,随着海拔高度的升高,苔藓w(TN)呈逐渐下降趋势. 根据前人研究的苔藓w(TN)与大气氮沉降量的定量关系,估算出庐山山顶和山脚的大气氮沉降量分别为24.61和41.72 kg/(hm2·a). 苔藓δ15N在-4‰～-2‰范围出现的频率最高,表明庐山风景区大气氮沉降主要来源于农业或自然土壤中氮的释放.