论文部分内容阅读
土壤有机氮矿化与氮素有效性制约着湿地生态系统的净初级生产力,也深刻影响着区域气候。若尔盖沼泽是世界上最大的高寒湿地,然而近几十年来由于气候干暖化和人为因素等的影响,高寒湿地出现逆向演替。探究湿地退化过程中土壤有机氮矿化的演变特征有助于充分认识高寒湿地退化的机理,为湿地生态恢复过程中氮素调控提供理论依据。本文选取若尔盖花湖湿地保护区及周边比邻区域内的相对原生湿地（Pristine marsh,RPM）、轻度退化湿地（Light degradation marsh,LDM）、中度退化湿地（Moderate degradation marsh,MDM）和重度退化湿地（Heavy degradation marsh,HDM）,利用室内模拟培养法、混合一阶和零阶模型、双因素模型分析了不同退化程度湿地土壤有机氮矿化特征,氮矿化速率对温度与水热交互作用的响应;运用RDA冗余分析、回归分析法解析了矿化氮与有机氮组分、氮转化酶的耦合关系,阐明了高寒湿地退化过程中土壤有机氮组分、氮转化酶对矿化氮的影响。主要研究结果如下:（1）4类湿地土壤硝氮积累量和净氮积累量都随培养温度的升高而增加,在40-70%饱和含水量（SSM）间对水分变化不敏感。不同退化程度湿地土壤硝氮积累量和净氮积累量大致表现为MDM>HDM>RPM、LDM。混合一阶和零阶模型Nt=N0(1-exp-kt)+Crt能很好地描述湿地土壤氮素的矿化动态。（2）4类湿地土壤硝化速率和净氮矿化速率随培养温度的增加而增大,在40%与70%SSM间变化小。与5℃培养下相比,湿地土壤在10、15、20、25℃培养下的硝化速率分别增加了10.1-98.4%、134.1-267.2%、253.1-466.5%、478.4-648.6%,净氮矿化速率分别增加了45.5-68.8%、283.4-358.3%、393.2-569.4%、531.0-683.2%。总体上温度升高导致湿地中度退化后土壤氮矿化速率的增幅增大,水分增加却导致湿地中度退化后土壤氮矿化速率的增幅降低。指数模型能很好地模拟矿化速率随温度的变化（R2>0.874,P<0.05）。水热双因素模型F（T,M）=A×e（B×T）×（C×M2+D）可很好地反映矿化速率对水热变化的响应（R2>0.869,P<0.05）。（3）矿化培养过程中,随着培养时间的增加,4类湿地土壤氨态氮、氨基酸态氮含量呈下降;氨基糖态氮含量在LDM和HDM土壤中也呈下降,但在RPM和MDM土壤中则先降低后升高;未知态氮含量在RPM、LDM和MDM中先升高后降低,在HDM中则逐渐增加。培养56 d后的土壤酸解氮、非酸解氮及各酸解氮组分含量相较于培养前的分别下降7.32-24.4%、1.4-56.4%,8.2-33.3%。湿地退化降低了除氨基糖态氮外各有机氮组分的含量。与RPM相比,LDM、MDM、HDM酸解氮含量分别显著下降53.3-58.3%、41.8-55.4%、72.3-78.8%,非酸解氮含量分别显著下降33.2-49.4%、30.6-57.9%、81.9-89.6%;酸解氨态氮含量分别显著降低48.0-59.9%、35.6-50.8%、72.4-76.9%,氨基酸态氮含量分别显著降低55.7-63.5%、43.1-57.1%、76.5-82.0%,酸解未知态氮含量分别显著降低51.6-63.2%、38.7-65.4%、71.8-85.8%。（4）矿化培养过程中,随培养时间的增加,4类湿地土壤的脲酶活性、RPM土壤的蛋白酶活性、RPM、LDM和MDM土壤的β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性,都先增加后降低;LDM、MDM、HDM土壤的蛋白酶活性、RPM、LDM土壤的L-谷氨酰胺酶、HDM土壤的β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性则降低。湿地退化降低了除脲酶以外的氮转化酶的活性。与RPM相比,LDM、MDM、HDM土壤蛋白酶活性分别显著降低25.0-69.2%、7.7-69.2%、78.6-87.4%,L-谷氨酰胺酶活性分别显著降低37.9-55.5%、27.0-52.0%、34.2-66.7%,β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶活性分别显著降低40.5-87.5%、13.2-79.3%、77.1-93.7%。只有MDM土壤的脲酶活性与RPM的差异显著,较RPM高46.1-369.0%。（5）RDA冗余分析显示RPM土壤矿化氮与脲酶呈显著正相关,与酸解氨态氮呈显著负相关（P<0.01）。LDM土壤矿化氮与蛋白酶、L-谷氨酰胺酶活性、酸解氨态氮均呈显著负相关（P<0.01）。MDM土壤矿化氮与蛋白酶活性、氨基酸态氮呈显著负相关（P<0.01）。HDM土壤矿化氮与酸解未知态氮呈显著正相关,与β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶和非酸解氮呈显著负相关（P<0.01）。表明湿地退化改变了氮组分、氮循环酶活性对土壤矿化氮的贡献。