不同利用方式红壤氮素矿化、硝化和反硝化特征及参数估算

摘要

土壤氮循环是陆地生态系统氮素循环的重要组成部分。土壤理化性质和利用方式会影响到土壤矿化、硝化和反硝化作用过程，从而影响到土壤的供氮能力与温室气体排放。因此土壤氮素的矿化作用、硝化作用和反硝化作用过程、影响因素及其模拟、预测，历来是土壤科学和环境科学关注的热点问题。比较分析不同利用方式土壤的矿化、硝化和反硝化作用，准确定量模拟土壤氮素矿化过程，探讨其影响机理，研究其预测方程，有助于分析土壤氮素转化效率和预测土壤温室气体排放，对于提高土壤氮素管理水平具有重要意义。
　　以亚热带典型红壤区湖南省金井镇小流域为研究对象，在研究比较五种不同利用方式（菜地、稻田、荒地、林地和茶园）土壤氮素状况的基础上，采用淹水培养法研究了不同利用方式土壤的矿化、硝化和反硝化作用特征及影响机理;并分别利用动力学模型拟合比较，通过多元回归建立了土壤基本理化性质与拟合参数的估算方程。
　　主要研究结果如下:
　　(1)采用连续淹水培养法研究了不同利用方式土壤氮素矿化特征。研究表明，不同利用方式土壤的矿化氮累积量差异较大，稻田＞菜地＞荒地＞林地＞茶园，其中稻田土壤的矿化氮累积量最高（219.27 mg/kg），是其他利用方式土壤的2-6倍;且氮素快速矿化主要在培养前7天，之后逐渐平缓，并在28天趋于稳定。应用氮矿化模型对氮矿化作用进行了拟合。结果表明，单氮库和双氮库模型均能较好拟合氮矿化作用，拟合效果差异不明显。应用两种模型拟合的氮矿化势都与土壤全氮、土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮、pH、碱解氮有显著相关性;仅利用土壤微生物生物量碳及pH两变量就能较好地预测氮矿化势，且土壤微生物生物量碳相对pH对氮素矿化动力学参数估算具有更关键作用。
　　(2)采用连续淹水培养法研究了不同利用方式土壤氮素硝化特征。研究表明，不同利用方式土壤硝化氮累积量差异显著，菜地＞茶园＞荒地＞稻田＞林地，其中菜地土壤的硝化氮累积量最高，为其他利用方式的10-60倍;不同利用方式土壤的硝化速率大小与硝化氮累积量一致，菜田土壤最快，林地土壤最慢;且硝化氮前五天累积速率缓慢，而后快速增长，可能由于土壤pH值较低的缘故，直到培养结束土壤硝化作用也未曾趋于平稳。应用零级动力学模型能很好的拟合土壤硝化氮累积速率，拟合的氮硝化氮累积速率与土壤微生物生物量磷、pH有显著相关性;利用土壤微生物生物量磷及pH两变量能较好地预测氮矿化势和矿化速率常数。
　　(3)采用连续淹水培养法研究了不同利用方式土壤氮素反硝化特征。研究表明，不同利用方式土壤的反硝化氮累积量差异明显，其大小依次为稻田土壤＞菜地土壤＞荒地土壤＞林地土壤＞茶园土壤，其中稻田土壤的反硝化氮累积量最高(330.83mg/kg)，是其他利用方式土壤的3-8倍;且氮素快速反硝化主要在培养前7天，之后逐渐平缓，并在28天趋于稳定。应用一级动力学模型能较好的拟合氮反硝化作用。应用一级动力学模型拟合的氮反硝化势与土壤全氮、有机质、土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮、碱解氮有显著相关性;氮反硝化速率常数与土壤微生物生物量磷有显著相关性;仅利用土壤微生物生物量碳就能很好地预测氮反硝化势，利用土壤微生物生物量磷和砂粒含量能较好的预测土壤反硝化速率常数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土壤矿化、硝化和反硝化作用

1．2．2 土壤矿化、硝化和反硝化作用研究方法

1．2．3 土壤矿化、硝化和反硝化作用的影响因素

1．2．4 不同利用方式土壤的矿化、硝化和反硝化作用

1．2．5 土壤的矿化量、硝化量、反硝化量模型研究

第二章 试验材料与方法

2．1 研究区域概况

2．2 采样与分析方法

2．3 土壤氮矿化与拟合模型

2．3．1 土壤氮矿化试验

2．3．2 拟合模型

2．4 土壤氮硝化与拟合模型

2．4．1 土壤氮硝化试验

2．4．2 拟合模型

2．5 土壤氮反硝化与拟合模型

2．5．1 氮反硝化试验

2．5．2 拟合模型

2．6 模拟评价

第三章 不同利用方式土壤氮素状况

3．1 不同利用方式土壤氮素形态

3．2 不同利用方式土壤理化性质

3．3 土壤氮素状况的影响因素

3．4 讨论

3．5 小结

第四章 土壤氮素矿化作用特性

4．1 土壤氮素矿化作用曲线

4．2 土壤氮素矿化作用模型拟合

4．3 土壤氮素矿化作用影响因素

4．4 土壤氮素矿化作用预测方程

4．5 讨论

4．5．1 氮矿化曲线及其受土壤性质的影响

4．5．2 土壤氮矿化动力学参数估算

4．6 小结

第五章 土壤氮素硝化作用特性

5．1 土壤氮素硝化曲线

5．2 土壤氮素硝化作用模型拟合

5．3 土壤氮素硝化作用影响因素

5．4 土壤氮素硝化作用预测方程

5．5 讨论

5．6 小结

第六章 土壤氮素反硝化作用特性

6．1 土壤氮素反硝化曲线

6．2 土壤氮素反硝化拟合模型拟合

6．3 土壤氮素反硝化作用影响因素

6．4 土壤氮素反硝化作用预测方程

6．5 讨论

6．6 小结

第七章 结论与展望

7．1 讨论

7．1．1 土壤有机质、全氮的影响

7．1．2 土壤微生物生物量碳、氮的影响

7．1．3 土壤pH的影响

7．1．4 土壤矿化、硝化和反硝化作用的联系

7．2 结论

7．3 主要创新点

7．4 研究展望

参考文献

硕士期间研究成果

致谢