外源氮在温带森林土壤中的归趋动态及其对土壤酶的影响

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近几十年来,人类社会的快速发展带来了大气活性氮沉降量的逐渐增加,从而改变陆地生态系统氮循环。森林生态系统作为潜在的氮汇,可固存一定量的沉降氮,从而缓解氮沉降增加带来的后果。土壤团聚体作为土壤结构基本单元,对沉降氮在土壤中的固持具有重要作用。目前,森林生态系统各个氮库对沉降氮的固持作用仍不清楚,尤其在时间尺度上,缺乏长期研究。并且不同土壤团聚体对沉降氮的固持作用,很少有研究。本试验以长白山阔叶红松林为研究对象,利用15N配对标记NH4NO3的方法,探究沉降NO3-/NH4+在长白山阔叶红松林各主要氮库中去向及其时间动态;探究沉降NO3-/NH4+在阔叶红松林0-5cm表层土壤不同粒级团聚体(>250μm、53-250μm、<53μm)中的分布。同时利用整合分析的方法,从74篇文献中获取了1034个观察数据,探究外源氮添加对13种主要土壤酶活性的影响。其主要结果如下:  (1)在短时间内(410天),凋落物和0-5cm层土壤分别是铵态氮和硝态氮的主要氮库,而随着时间的动态变化(15N标记后14天到1200天),15NH4+和15NO3-在各个氮库中发生了重新分配:  (a)植物部分:随着时间推移,植物地上部对15N吸收逐渐增加,且不同植物类型表现不一致,阔叶树种对15NO3-表现出偏好吸收,而草本以及灌木植物对两种形态的氮则均表现出较强的富集作用。  (b)凋落物:随着时间推移,凋落物总体对于15N的回收率逐渐下降,但其中凋落物未分解层和半分解层对于15N的富集呈现出逐渐下降,而高度分解层呈现先增加后下降的趋势;而对于15NH4+和15NO3-两种处理,凋落物表现出较高的15NH4+富集和回收。  (c)土壤:前期0-5cm是15N的一个主要的汇,而随着时间的动态变化,进入到5-15cm土层的15N增加。同时对比两种处理发现,土壤对于15NO3-的富集回收要大于15NH4+的。  (2)在整个实验过程中,>250μm粒级的土壤大团聚体在土壤质量中的比例都是最大,且该粒级中氮含量也最大。因此,无论是15NO3-还是15NH4+,大部分的15N都回收在土壤大粒级团聚体中,且15NO3-要大于15NH4+。但随着土壤粒级的减小,土壤15N的富集度增加,说明土壤小粒级团聚体对15N的固持作用更强。同时随着时间的动态变化,各粒级土壤团聚体对15NO3-的固持回收基本呈现出先减小后增多的趋势,而对15NH4+呈现出逐渐增加的情况。  (3)氮添加显著的增加了碳,氮和磷循环水解酶的活性,增幅分别为6.9%,5.6%和10.7%。然而,对于土壤氧化酶,氮的添加使其活性降低了6.1%。且不同生态系统类型,氮肥类型,施肥速率和施肥试验时间都对土壤酶活性具有影响。
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