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湿地作为一种独特的生态系统,在全球变化过程中发挥着重要作用。近年来由于人类活动的干扰,湿地面积锐减。三江平原是我国天然湿地面积最大的地区,也是近50年来湿地开垦面积最大的地区。湿地垦殖为农田后,农事活动流失的氮素通过各种途径进入湿地,使湿地氮输入量增加,打破了湿地的氮平衡,进而改变了湿地氮的生物地球化学循环。本论文选取三江平原典型小叶章湿地为研究对象,通过野外原位观测和室内培养相结合的方法,对土壤硝化-反硝化和矿化等氮循环的关键过程进行研究,探讨了氮输入后土壤氮可利用性的变化,并分析了植物的碳氮变化特征。对氮输入后主要温室气体N2O、CO2进行研究,揭示外源氮输入对温室气体排放的影响。最后,研究了外源氮输入对土壤活性有机碳含量变化的影响,得出以下主要结论:
氮输入初期对土壤硝化-反硝化产生激发作用,并随氮输入量增大,激发效应增强。施氮后反硝化速率与土壤硝态氮含量达到极显著相关(p<0.01),但与对照相关性不显著。不同含水量状况下,土壤硝化-反硝化作用对氮输入的响应不同,40%土壤含水量下,适量的氮输入促进土壤硝化-反硝化作用,过量的氮输入抑制土壤硝化-反硝化作用,而在70%土壤含水量下,N2O排放和反硝化损失速率随着氮输入量的增大,促进作用增强。
土壤的净矿化和净硝化速率季节变化主要受温度条件的控制,氮输入初期刺激土壤微生物生长,特别是硝化-反硝化微生物生长,使土壤净矿化和净硝化出现负值。除净矿化在个别阶段氮输入略高于对照,其余培养阶段净矿化和净硝化速率对照大于同期氮输入处理,表明氮输入对净矿化和净硝化有一定的抑制作用。氮输入促进了植物生长,使植物地上生物量有所增加,施氮没有改变植物的季节生长动态,但使植物生长季变长。施氮后全氮含量季节变化没有改变(p<0.05),随氮输入量增加,植物全氮含量增加(p<0.01)。
氮输入处理与对照DOC含量季节变化趋势基本一致,氮输入对土壤DOC影响仅在氮输入初期比较明显,此时氮输入处理的DOC含量明显高于对照。土壤微生物量碳含量季节变化明显,氮输入对微生物影响不显著。土壤微生物碳含量与C/N有显著相关关系(p<0.05),氮输入处理全氮全碳相关性显著,氮输入加速了土壤全碳分解,并使全碳含量呈降低的趋势。氮输入通过影响植物生长影响土壤碳氮比。不同的土壤含水量不同氮输入梯度对有机碳矿化的影响不同,40%土壤含水量状况下,培养初期各氮输入处理有机碳矿化量明显高于对照,但随着培养进行有机碳矿化率迅速降低,但始终高于对照;70%土壤含水量状况下,低氮输入抑制土壤有机碳矿化,高氮输入促进土壤有机碳矿化。