亚热带典型森林土壤有机氮、可溶性和溶解性有机氮(SON/DON)特征研究

摘要

土壤中85％以上的氮素以有机氮形式存在。其中存在于自然水溶液中的有机氮组分称之为溶解性有机氮(DON)，而风干土中可被纯水或盐溶液浸提的被称为可溶性有机氮(SON)。DON和SON虽仅占土壤有机氮库的一小部分，但代表了土壤及水体中的溶解氮的主体部分，因而是其中最活跃的组分之一。因此森林生态系统土壤有机氮的研究具有重要的环境生态意义。
　　本文以大围山国家森林公园、大山冲森林公园典型森林土壤剖面(0～100cm)为研究对象，采用野外调查、原位监测与定位研究相结合的方法，在研究土壤全氮、无机氮和有机氮组分的基础上，重点研究了溶解性有机氮剖面分布与影响因素。主要研究内容如下。
　　一、研究了大围山国家森林公园不同海拔高度土壤有机氮和可溶性有机氮含量特征变化规律。结果表明，森林土壤全氮、酸解性有机氮、可溶性有机氮含量均随剖面深度增加而呈下降趋势;而山顶土壤全氮、酸解性有机氮、可溶性有机氮含量较山底土壤高。土壤有机氮占全氮比平均97.39％±1.17％，酸解性有机氮占全氮比例64.38％±10.68％，酸解性有机氮各组分随剖面深度增加而降低;土壤可溶性有机氮含量较低(9.92～23.45 mg·kg-1)，游离氨基酸氮(1.62～12.02 mg·kg-1)占可溶性有机氮比例约27.36％±9.95％，土壤性质显著影响其含量;酸解性有机氮、可溶性有机氮与土壤全氮、可溶性总氮和无机氮具有显著的相关性(P＜0.05，n=30)，同时与土壤容重、总有机碳和全磷均具有极显著的相关性(P＜0.01，n=30)。
　　二、研究了大山冲森林公园的三种典型森林植被（针阔混交林、常绿阔叶林和落叶阔叶林）土壤中的溶解性有机氮和可溶性有机氮剖面特征规律。结果表明，(1)不同森林类型土壤氮含量及组分存在显著差异。全剖面氮素组分含量表现为:针阔混交林(全氮:1.85±0.46 g kg-1;速效氮:61.12±15.50 mg kg-1;微生物氮:8.38±5.99 mgkg-1)＜常绿阔叶林(全氮:1.87±0.90 g kg-1;速效氮:71.45±44.92 mg kg-1;微生物氮:17.80±19.52 mg kg-1)＜落叶林(全氮:2.10±0.64 g kg-1;速效氮:85.48±37.68 mg kg-1;微生物氮:20.07±15.65 mg kg-1);(2)不同森林类型土壤溶解性有机氮含量存在显著差异。表现为针阔混交林＜常绿阔叶林＜落叶林，其中针阔混交林溶解性有机氮含量0.29～0.70 mg kg-1，总游离氨基酸含量0.05～0.11 mg kg-1。土壤溶液中总游离氨基酸含量占溶解性有机氮含量比例表现为，针阔混交林(17.61％±3.88％)＜常绿阔叶林(21.54％±8.22％）＜落叶林(34.98％±9.52％);(3)土壤溶解性有机氮与土壤有机碳、胡敏酸、富啡酸、全氮、全磷、速效氮、微生物碳氮和pH均达到极显著相关关系(P＜0.01，n=24)，与土壤容重和含水率存在显著相关关系(P＜0.05，n=24)。
　　三、研究比较了土壤可溶性有机氮等传统分析方法间的差别及相关关系，建立了培养-离心法获取土壤溶液并测定溶解性有机氮的新方法。研究比较了分析方法间的差别及相关关系。溶解性有机氮远低于土壤可溶性有机氮含量，各测定方法间存在极显著相关性。不同浸提剂提取的可溶性有机氮含量均基本表现为，针阔混交林＜常绿阔叶林＜落叶林。各提取剂提取效率基本表现为，超纯水＜0.5 mol·L-1硫酸钾溶液＜1mol·L-1氯化钾溶液，1 mol·L-1氯化钾溶液的提取效率是超纯水的1.29～3.81倍。
　　四、研究了大山冲森林公园的三种森林植被（针阔混交林、常绿阔叶林和落叶阔叶林）凋落物、凋落物氮以及表层土壤溶解性有机氮(DON)含量动态变化特征。结果表明，(1)表层土壤DON含量在5月份前后达到最大，平均0.72±0.48 mg·kg-1。三个样地中，落叶林样地中的DON含量较低;(2)各样地土壤DON含量占土壤总氮含量比值，随季节改变的变化表现为，先逐渐增长后下降趋势，在进入11月后又快速上升。各样地土壤DON含量占土壤总N含量比，年度平均值分别为:针阔混交林(0.64±0.23)＞常绿阔叶林（0.53±0.20）＞落叶林（0.37±0.14）;(3)土壤DON与DOC、DOC/DON比、DON占土壤总N比、DOC占土壤总C比、DON占凋落物总N比、DOC占凋落物总C比以及土壤总N占凋落物总N比均达到极显著相关关系(P＜0.01，n=54)，与凋落物N含量和凋落物C/N比存在一定的显著相关关系(P＜0.05，n=54)。
　　亚热带典型森林土壤有机氮是土壤全氮的主体，受海拔高度、气候变化、森林类型和土壤理化性质等的影响，各氮素组分随土壤剖面深度的增加呈下降趋势。由于溶解性有机氮的活跃性、有效性以及很强的迁移性，其特征变化规律将深刻影响森林生态系统氮循环过程。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究综述

1．2．1 森林土壤可溶性和溶解性有机氮来源

1．2．2 森林土壤可溶性和溶解性有机氮组成

1．2．3 森林土壤可溶性和溶解性有机氮测定

1．2．4 森林土壤可溶性和溶解性有机氮含量

1．2．5 森林土壤可溶性和溶解性有机氮影响因素

1．3 研究目的与意义

1．4 课题来源

第二章 研究材料与方法

2．1 研究区域概况

2．1．1 大围山国家森林公园

2．1．2 大山冲森林公园

2．2 技术路线

2．3 样地选择与样品采集

2．4 新鲜土壤溶液的提取

2．5 试验测定方法

2．5．1 土壤理化性质

2．5．2 可溶性和溶解性有机碳氮

2．5．3 调落物

2．6 数据处理

第三章 不同海拔高度森林土壤有机氮特征

3．1 土壤全氮及无机氮

3．2 土壤酸解性有机氮

3．2．1 酸解有机氮剖面分布

3．2．2 酸解性有机氮组分剖面分布

3．3 土壤可溶性有机氮

3．4 土壤有机氮与土壤理化性状的相关性分析

3．5 讨论

3．6 小结

第四章 不同森林类型土壤可溶性有机氮特征

4．1 土壤碳氮剖面分布

4．1．1 土壤全氮

4．1．2 土壤速效氮

4．1．3 土壤有机碳

4．2 土壤微生物量碳氮剖面分布

4．2．1 土壤微生物量碳氮

4．2．2 土壤微生物量碳氮与土壤理化性状的相关性分析

4．3 土壤可溶性有机碳剖面分布

4．3．1 不同浸提剂提取土壤可溶性有机碳的含量变化

4．3．2 可溶性有机碳与土壤理化性状的相关性分析

4．4 土壤可溶性有机氮剖面分布

4．4．1 不同浸提剂提取土壤无机氮的含量变化

4．4．2 不同浸提剂提取土壤可溶性有机氮的含量变化

4．4．3 土壤可溶性有机氮与土壤理化性状的相关性分析

4．5 讨论

4．5．1 土壤有机氮与土壤理化性状剖面变化

4．5．2 不同浸提剂提取土壤无机氮的含量变化

4．5．3 不同浸提剂提取土壤可溶性有机碳氮含量变化

4．6 小结

第五章 不同森林类型土壤溶解性有机氮特征

5．1 土壤溶解性有机碳剖面分布

5．1．1 溶解性有机碳

5．1．2 溶解性有机碳与可溶性有机碳的相关性分析

5．2 土壤溶解性有机氮剖面分布

5．2．1 土壤溶液无机氮

5．2．2 溶解性有机氮

5．2．3 溶解性有机氮与可溶性有机氮的相关性分析

5．3 溶解性有机碳氮与土壤理化性状的相关性分析

5．4 讨论

5．5 小结

第六章 不同森林类型土壤溶解性有机氮动态变化

6．1 植物凋落物组成及其碳氮动态变化

6．2 土壤pH及含水率动态变化

6．3 土壤全氮及总有机碳动态变化

6．4 土壤微生物碳氮动态变化

6．5 土壤溶解性有机碳氮动态变化

6．5．1 无机氮

6．5．3 溶解性有机碳氮

6．5．4 溶解性有机碳氮所占比

6．6 溶性有机碳氮与土壤理化性状的相关性分析

6．6．1 土壤碳氮与凋落物碳氦比值的相关性分析

6．6．2 溶性有机碳氦与土壤理化性状及凋落物碳氮的相关性分析

6．7 讨论

6．8 小结

第七章 结论及展望

7．1 主要结论

7．1．1 不同海拔森林土壤氮素及可溶性有机氮垂直变化特征

7．1．2 不同森林类型土壤氮素和溶解性有机氮剖面特征

7．1．3 不同森林类型凋落物及表层土壤碳氮组分全年动态变化

7．2 创新点

7．3 研究展望

参考文献

攻读学位期间的主要学术成果

致谢