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东北典型温带森林生态系统氮素转化释放过程的研究

傅民杰

   温带森林在全球森林生态系统中占有重要的地位,也是对全球暖化响应最为敏感的生态系统之一。研究该生态系统中氮素的转化过程和影响机制既可以加深对生态系统结构与功能的认识,也可为评估全球暖化的影响提供科学依据。本研究以4种典型温带森林生态系统:红松人工林(HS)、落叶松人工林(LYS)、蒙古栎林(MGL)和硬阔叶林(YK)为对象,研究了森林凋落物(叶片、细枝、未分解混合叶及半分解混合叶)氮素的固持与转化、土壤微生物量氮固持与释放、土壤有机氮硝化与矿化、生长季N_2O释放。以移栽自不同纬度的兴安落叶松林土壤为代表研究解冻期土壤N_2O的释放。结果表明: 树种组成对凋落物分解影响显著,阔叶树种凋落物组分分解明显快于针叶树种。叶片或混合叶片的分解率高于细枝。凋落物分解率与初始C/N呈显著负相关。叶片、细枝以及地面未分解凋落物组分在分解早期阶段总氮含量均呈增加趋势,而半分解混合凋落物分解过程中总氮含量保持相对稳定。凋落物中氮释放与C/N显著负相关,初始C/N较低的水曲柳叶片和胡桃楸叶片在分解初期显示出明显的氮释放特征。 4种森林土壤微生物量氮具有明显的时空特征:晚春和初夏期间微生物量氮固持明显,而秋季表现出明显的氮释放。森林土壤微生物量氮随土壤深度增加而减少。4种林型间微生物量氮差异显著,阔叶林微生物量氮高于针叶林。春季解冻期,0-10 cm(MGL:0-5 cm)土壤微生物量氮与土壤水分含量变化同步,在土壤水分最高的时期,微生物量氮达到固持高峰。生长季YK、MGL、HS和LYS 0-10 cm(MGL:0-5 cm)土壤中微生物量氮占其土壤总氮比例依次为:2.3%、2.4%、2.1%和1.1%。土壤微生物量氮与土壤水分呈显著正相关,而与温度无关。 4种森林土壤无机氮(NH_4~+-N和NO_3~--N)季节变化特征相似。土壤有机氮矿化和硝化具有明显的时空特征,5-7月矿(硝)化作用强烈。随土壤深度加深,净氮矿化率和净硝化率逐渐降低。4种林型间0-10 cm(MGL:0-5 cm)土壤净氮矿化率和净硝化率差异显著,净N矿化率依次为YK(0.60±0.01 mg.kg~(-1).d~(-1))>HS(0.38±0.03 mg.kg~(-1).d~(-1))>MGL(0.35±0.04mg.kg~(-1).d~(-1))>LYS(0.24±0.03 mg.kg~(-1).d~(-1))。下层土壤净氮矿化率无显著差异。生态系统构成决定了土壤氮素的矿化能力,阔叶林和针阔混交林矿化率大于针叶林。春季解冻期4种温带森林土壤均存在明显的矿化过程。土壤氮矿化与土壤温度和微生物量氮显著正相关,而与土壤水分呈二次函数关系。 4种温带森林生态系统均是N_2O释放源,生长季可释放0.07-0.93 kgN_2O-N.hm~(-2)。在生长季土壤干旱期,该森林可吸收环境中的N_2O,成为短期N_2O汇。4种林型间N_2O释放量差异不显著。土壤N_2O通量与土壤水分、NH_4~+-N和微生物量氮显著正相关。土壤硝化过程是该森林生态系统生长季土壤N_2O释放的主导过程。该森林土壤在春季解冻过程中可释放出大量的N_2O(1.49-2.94 kgN_2O-N.hm~(-2).29d~(-1))。土壤温度和土壤微生物量碳是解冻过程中N_2O释放的主要影响因素。 研究表明,温带森林凋落物氮释放受其初始C/N显著影响,初始C/N越高的凋落物组分其氮固持效应越显著。阔叶林微生物量氮的有效性显著高于针叶林。4种温带森林在生长季与非生长季均是N_2O源。4种纬度落叶松林土壤解冻过程中N_2O释放敏感性随纬度升高而下降。……   
[关键词]:温带森林;凋落物;有机氮;微生物量氮;氮固持;氮释放;净硝化率;净N矿化率;N_2O
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:东北林业大学2009年