人類農(nóng)業(yè)活動對不同土壤活性碳、氮庫及其凈礦化的影響.pdf

1、為探索人類農(nóng)業(yè)活動(土地利用變化和施肥)對土壤活性N庫、供N能力和尿素在土壤中轉(zhuǎn)化的影響，本研究選取3個典型區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，分別是西藏高原(相鄰的原始森林、天然草原和農(nóng)田)、河北壩上高原(相鄰的天然次生林、人工林、天然草原和農(nóng)田)和華北平原(京郊蔬菜大棚、河北欒城糧田、南皮糧田和山東惠民糧田)。采用室內(nèi)常規(guī)土壤理化性質(zhì)測定法、控制條件培養(yǎng)法和PcR-DGGE分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的方法，研究了上述不同區(qū)域、不同生態(tài)系統(tǒng)的C、N庫

2、、凈礦化、凈硝化、尿素轉(zhuǎn)化特征以及土壤氨氧化細(xì)菌(AOB)區(qū)系的差異。主要取得如下結(jié)果： 1、西藏高原相鄰的自然生態(tài)系統(tǒng)與人工農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)相比，原始森林的土壤有機(jī)質(zhì)和全N含量高于草原和農(nóng)田士壤。而農(nóng)田土壤的速效養(yǎng)分(無機(jī)N、有效P和有效K)含量最高，其中，土壤剖面中的無機(jī)N，特別是NO<,3><'->-N濃度顯著高于自然生態(tài)系統(tǒng)。原始森林和草原生態(tài)系統(tǒng)中，土壤各水平的c、N庫及c、N 凈礦化之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，但隨著人工擾動

3、轉(zhuǎn)化為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，十壤中各水平的c、N庫及c、N凈礦化之間的相關(guān)關(guān)系較弱。西藏高原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的0-20 cm土壤的凈N礦化率為1.47 mg kg<'-1>d<'-1>，接近原始森林和草原生態(tài)系統(tǒng)的2倍，原始森林和草原生態(tài)系統(tǒng)的土壤凈礦化沒有顯著差異。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈礦化的結(jié)果是以NO<,3><'->-N為主，NO<,3><'->-N 占無機(jī)N 凈增量的99.3％；原始森林土壤礦化后NH<,4><'+>-N和NO<,3><'->-N分

4、別占無機(jī)N增量的49.8％和50.2％；天然草原十壤凈礦化出的無機(jī)N中，NH<,4><'+>-N和NO<,3><'->-N的量分別占68.6~6和31.4％。每g尿素施入西藏高原原始森林、天然草原和農(nóng)田土壤中，30d后轉(zhuǎn)化為NH<,4><'+>-N的量分別為104.6，132.4利22.3mg，轉(zhuǎn)化成NO<,3><'->-N的量分別為25.2，60.1和105.4mg 。尿素態(tài)N在三個生態(tài)系統(tǒng)中30 d對土壤無機(jī)N庫的貢獻(xiàn)率分別為的28

5、.2％，41.8％和34.2％。每g尿素施入西藏高原原始森林、大然草原利農(nóng)田土壤中，可引起土壤CO<,2>排放量日增加69.9、38.6和33.6 mg kg<'-1>。西藏高原原始森林土壤中氨氧化細(xì)菌的種類和數(shù)量最少，天然草原土壤中的氨氧化細(xì)菌種屬最多，由天然草原轉(zhuǎn)換而成的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤中的氨氧化細(xì)菌介于原始森林和草原之間，而且草原和農(nóng)田土壤的氨氧化細(xì)菌的親緣關(guān)系最近。 2．河北壩上高原白然生態(tài)系統(tǒng)(森林或草原)轉(zhuǎn)換為農(nóng)田后

6、，或者將天然次生林轉(zhuǎn)換為人工林后，土壤總C、N庫利有效K下降，而土壤速效P和無機(jī)N呈上升趨勢。天然次生林和人工林的無機(jī)庫中，NH<,4><'+>-N為主要成分，草原和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的無機(jī)N庫中NO<,3><'->-N的含量較高。河北壩上高原4個生態(tài)系統(tǒng)的士壤凈N礦化和凈硝化順序為：天然次生林>草原>人工林>農(nóng)田；NO<,3><'->-N是4個生態(tài)系統(tǒng)凈N礦化的主要形態(tài)，且凈硝化與凈N礦化存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.843)。尿素施入4個

7、不同生態(tài)系統(tǒng)土壤中，經(jīng)過30d后的水解轉(zhuǎn)化，去向不完全一致：在天然次生林土壤中，主要是對NH<,4><'+>庫貢獻(xiàn)，NH<,4><'+>-N占無機(jī)N增量的98.6％，占尿素N的14.1％；尿素在農(nóng)田土壤中，主要是對NO<,3><'->-庫貢獻(xiàn)，NO<,3><'->-N占無機(jī)N增量的95.0％，占尿素N的17.9％；尿素在人工林和草原土壤中，對NO<,3><'->-N厙的貢獻(xiàn)相對更大些，NO<,3><'->-N分別占無機(jī)N增量的77.3％

8、和70.7％，分別占尿素N的33.1％和14.7％，而NH<,4><'+>-N僅占尿素N的9.7％和6.1％。 3、各區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的凈硝化幾乎等于各自的凈礦化，西藏高原農(nóng)田土壤的凈N礦化和凈硝化最高，而河北壩上高原最低，二者相差近10倍。華北低平原區(qū)的南皮和惠民縣農(nóng)田的士壤凈N礦化分別是17.7和16.5 mg kg<'-1>，略高于平原區(qū)京郊蔬菜大棚(14.4 mg kg<'-1>)和欒城高產(chǎn)農(nóng)田(13.2 mg kg<'