长白山不同林型土壤反硝化速率和产物比例文献综述

 2022-07-21 09:07

文献综述

摘要:长白山是我国典型的温带森林分布区,大气网路监测表明,该区氮沉降量已经超过欧洲许多国家的氮沉降量。已有的研究表明,氮沉降量增加促进土壤氮素的矿化作用,从而进一步增加土壤有效氮含量,可能引发与氮有关的环境问题。目前,对长白山森林土壤氮的矿化,N2O排放已经进行了较多的研究,然而,关于该地区森林土壤反硝化速率及产物组成的研究至今还未见报道。

关键字:不同林型,土壤反硝化,氮矿化

引言:N2O是增温效应最强的温室气体之一,它的单分子增温潜势分别是CO2的290倍, CH4的14倍,而且它还能在平流层氧化成NO , 再与平流层的O3反应并使O3保护层受到破坏, 使更多的宇宙射线透过大气层并直接危及生物圈, 从而使人类的生存健康受到严重影响 。氮是土壤养分中对植物生长最重要的元素。从发育初期到成熟 ,植物的生长都需要氮。一般认为,氮的有效性往往影响森林生态系统的生产力。土壤有机质的分解是森林生态系统中氮的主要来源,森林土壤中氮的矿化与固定对生态系统中氮的有效性起非常重要的作用。

正文:土壤反硝化作用包括生物反硝化过程和化学反硝化过程,以生物反硝化过程最为重要。生物反硝化过程是指微生物在无氧或微量氧供应条件下的硝酸呼吸过程。其中,反硝化微生物将NO3-,NO2-或者NO2作为呼吸过程的末端电子受体,并将其还原为NO2-,NO,N2O或N2。土壤反硝化速率的影响因素有通气与水分状况、温度、碳源、氮源、土壤pH值、土壤质地、植物根系和微生物等。土壤反硝化的最终产物是氮气.反硝化作用也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下,还原硝酸盐,释放出分子态氮(N2)或一氧化二氮(N2O)的过程。微生物和植物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途,一是利用其中的氮作为氮源,称为同化性硝酸还原作用:NO3-→NH4 →有机态氮。许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体,把硝酸还原成氮(N2),称为反硝化作用或脱氮作用:NO3-→NO2-→N2uarr;。能进行反硝化作用的只有少数细菌,这个生理群称为反硝化菌。大部分反硝化细菌是异养菌,例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等,它们以有机物为氮源和能源,进行无氧呼吸。反硝化作用使硝酸盐还原成氮气,从而降低了土壤中氮素营养的含量,对农业生产不利。农业上常进行中耕松土,以防止反硝化作用。反硝化作用是氮素循环中不可缺少的环节,可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少,消除因硝酸积累对生物的毒害作用。

胡艳玲等[1]研究了长白山地区阔叶红松林和杨桦次生林生长季土壤有效氮含量及其在高氮、低氮处理下的变化状况。结果表明,这两种林型土壤有效氮含量具有明显的季节变化特征。二种林型的土壤中,铵态氮是先减少后增加再减少的变化趋势,但硝态氮在两种林型土壤中的变化趋势却是不同的:在阔叶红松林土壤中呈减小的趋势,生长季末略有增加。而杨桦次生林土壤中则是先减小后增加再减小。袁颖红等[2]研究发现,铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁的质量分数在不同层次的土壤中都随土层深度的增加而下降,而土壤pH值则随土层深度的增加而增加。周才平等[3]研究了长白山阔叶红松林和云冷杉林两种林型的土壤控制了温度和含水量的情况下的净硝化速率。得出了不同林型的土壤在不同的含水量条件下,低温时土壤的净硝化速率与温度呈正相关,高温时则呈负相关的结论。肖冬梅等[4]测定了长白山阔叶红松林中两个样地的N2O排放通量。发现阔叶红松林的凋落物对林地土壤N2O排放有非常显著的影响。续勇波等[5]对不同成土母质和不同利用方式的土壤样本进行了培养试验。实验结果显示,当NO3 -N被反硝化的量相同的情形下,还原N2O能力强的土壤,排放的N2O可能较少。郭谦谦等[6]研究了短期的盐水入侵及Fe(III)浓度增强对淡水湿地土壤反硝化速率及理化特征的影响。研究结果表明,短期的盐水入侵、Fe( III) 浓度增强并不会对淡水沼泽湿地土壤反硝化的速率产生很明显的影响,但是,盐水和Fe(III)共同施加会显著提高湿地土壤反硝化速率。汪旭明等[7]探讨了影响不同类型湿地土壤反硝化速率及反硝化速率的因子的作用途径和效应。周梦娟等[8]探究了碳源类型在反硝化过程中对氮素转化和微生物群落组成的影响。发现经过富集后的微生物,其中细菌的多样性和物种丰度下降,但发挥反硝化作用的微生物相对丰度却慢慢增加。王大鹏等[9]研究了海南橡胶林砖红壤土壤总硝化速率和反硝化速率对温度、水分及碳氮源的响应。结果表明,在一定土壤温度范围内,温度升高,土壤的总硝化速率也加快。随着土壤水分的升高,土壤总硝化速率和反硝化速率均呈线性增加。Barton等[10]回顾文献报道的农业和森林土壤反硝化率,发现氮肥土壤的反硝化速率最高。结果表明,根据我们目前的认识,很难预测土壤反硝化率。如果土壤中存在氮素,则还应进行试点研究。安妮奈斯等[11]将山毛榉和云杉混交林土壤进行潜在反硝化试验。结果表明,当C2H2堵塞时,硝酸盐的消失速率高于N2O的生成速率。硝酸盐、亚硝酸盐、N2O与C2H2阻滞的总和不能恢复原土壤硝酸盐含量,在这样一个封闭的培养体系中表现出N的不平衡。亚硝酸盐和铵离子浓度在培养过程中的变化无法解释。 Deslippe等[12]探讨了在反硝化过程中发生的含氮化合物的生物转化以及影响反硝化菌数量和酶活性的因素。发现反硝化的讨论特别强调氮输入和内部动力学草地及其对土壤反硝化关键变量和过程的影响等。影响反硝化作用的因素包括土壤氮、碳(C)、pH值、温度、供氧和含水量。

不同于之前各种对于森林土壤氮的矿化、N2O的排放所进行的研究,本次研究的是该地区森林土壤反硝化潜力及产物组成。本次研究着重点是长白山不同林型土壤反硝化过程和速率,明确其主要影响因素。这对于认识氮素循环过程,预测该地区不同类型的森里土壤中NO3-N的去向具有重要意义。

参考文献

[1]胡艳玲, 韩士杰, 李雪峰, 等. 长白山原始林和次生林土壤有效氮含量对模拟氮沉降的响应[J]. 东北林业大学学报, 2009, 37(5): 36-38

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