春季冻融期寒温带3种森林类型土壤氮有效性研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fanjin001983
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大兴安岭地区位于我国寒温带,属于高纬度地区,对气候变化十分敏感。同时,大兴安岭是我国重要的国有林区之一,大兴安岭森林对水源涵养、水土保持起着十分重要的作用。春季冻融期强烈的温度变化对土壤生态过程有着一定影响,因此,研究春季冻融过程森林土壤活性氮及氮素矿化的变化,可以揭示我国寒温带地区冻融对土壤氮转化的影响规律,为寒温带地区森林生态系统氮素研究提供理论依据。本研究以我国大兴安岭地区3种主要森林类型(兴安落叶松林、樟子松林和白桦林)为研究对象,于2019年4月至5月春季冻融期间,利用野外原位培养连续取样法和树脂芯法,分析了春季解冻期森林土壤活性氮素(铵态氮、硝态氮和微生物生物量氮)及土壤有机氮矿化速率的动态变化。结果表明:(1)兴安落叶松林、樟子松林和白桦林在春季冻融期土壤具有较高的活性氮含量,且随土壤冻融过程的变化而产生波动。其中,3种林型土壤活性氮含量均随着土层深度的增加呈现出递减的变化趋势。在春季冻融初期,兴安落叶松林、樟子松林和白桦林0~5cm 土层NH4+-N含量随着土壤温度的上升而波动式升高,在4月27日至5月2日之间达到最大值(26.38±0.65 mg/kg、20.83±0.54 mg/kg 和 24.48±0.76 mg/kg),比 4 月 2 日冻融开始依次增加了 49.78%、126.12%和127.79%,随着温度的继续升高,冻融逐渐消失,NH4+-N含量逐渐下降。兴安落叶松林、樟子松林和白桦林5~30cm各土层NH4+-N含量的变化趋势均与0~5cm相似,冻融有利于NH4+-N的释放。但兴安落叶松林和白桦林5~10cm 土壤NH4+-N含量变化波动较樟子松林大。兴安落叶松林和白桦林土壤NH4+-N含量在春季冻融期显著高于樟子松林。(2)兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤N03--N含量的变化趋势与NH4+-N含量相似,3种林型0~5cm土层土壤N03--N含量在4月22日到5月2日之间达到最大值(5.66±0.23mg/kg、2.49±0.02mg/kg和 2.51±0.14mg/kg),比4 月 2 日春季冻融开始增幅85.66%、50.13%和36.70%,随后呈现降低的趋势。其余土层土壤NO3--N含量变化趋势与0~5cm的变化趋势有一定的相似性。兴安落叶松林土壤NO3--N含量在春季冻融期显著高于樟子松林和白桦林。(3)寒温带3种森林类型土壤微生物生物量氮含量在春季冻融期变化规律不同。兴安落叶松林和樟子松林0~30cm各土层土壤微生物生物量氮含量在春季冻融期变化情况相似,均是在4月2日春季冻融开始至土壤温度升至0℃左右时呈现一个明显的峰值,比春季冻融开始增加31.80%~106.54%,之后随着土壤温度的上升而波动式降低;但白桦林土壤微生物生物量氮含量的变化情况与兴安落叶松林和樟子松林不同,在春季冻融开始至土壤温度升至0℃左右时呈现波动式降低趋势,降低了 6.01%~38.51%,之后表现出波动式升高的变化趋势。(4)3种森林类型土壤无机氮在春季冻融期表现出明显的释放特征,但不同林型其变化规律有所不同,3种林型土壤铵态氮含量占无机氮含量的83.91%~97.22%,是春季冻融期土壤无机氮的主要存在形式。(5)冻融循环期间兴安落叶松林、樟子松林和白桦林0~10cm 土层土壤净氮矿化速率分别增加了 1.86倍、6.18倍和0.25倍;10~20cm 土层土壤净氮矿化速率除兴安落叶松林有所降低外,樟子松林和白桦林土壤净氮矿化速率分别增加了 4.09倍和2.25倍;土壤净氨化速率占土壤净氮矿化速率的73.47%~96.76%,土壤氮矿化以氨化作用为主。
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