氮沉降背景下蚯蚓对土壤N2O释放及无机氮持留的影响

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蚯蚓是土壤生态系统中非常重要的土壤动物,影响着土壤的物理、化学和生物学特性,被称为“生态系统工程师”。在土壤氮循环中,氮矿化作用、硝化作用、反硝化作用以及氮素在土壤中的固持都受到蚯蚓活动直接或间接的影响。氮沉降增加是全球环境变化的重要内容,年均沉降量呈不断上升的趋势,华南地区人口众多、经济发达,这种趋势尤为显著。无机氮是氮沉降中氮的主要形式,并且直接关系到土壤肥力和植物生长。土壤无机氮经过转化后进入大气、被植物吸收或是被土壤固持,当土壤无机氮输入大幅增加时,蚯蚓、植物和微生物如何影响无机氮的转化和分配过程,这些问题具有重要的理论和实际意义。以往的研究很少关注蚯蚓如何影响无机氮的命运,而且缺乏野外的研究。基于此,本研究在中国科学院鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站,通过林下施氮模拟氮沉降,用磷脂脂肪酸方法研究土壤微生物群落的变化,用15N同位素示踪法测量N2O和植物中的15N以反映进入大气和植物的无机氮量,并使用添加15N同位素60天后的土壤进行连续熏蒸培养以反映持留在土壤中15N的稳定性,获得以下几方面结果:  1)蚯蚓在不种植植物也不施氮的条件下,会显著地提高N2O排放量以及无机氮向N2O转化量,与对照相比提高了3-10倍。但在有植物或施氮的条件下,蚯蚓对N2O排放量以及无机氮向N2O转化就表现为无效应,甚至是一定的抑制效应;  2)植物和施氮可以提高无机氮在土壤中的留存量,土壤中的δ15N比对照提高0.77-3.29‰,持留的无机氮中稳定态的和易利用的氮都增加。持留氮中易利用的部分在蚯蚓存在时有增加的趋势。  3)蚯蚓和施氮对植物的生长没有影响,也没有改变植物对无机氮的吸收能力。  4)植物对微生物群落有显著的促进作用,在施氮之后植物的促进作用更加显著,蚯蚓对微生物群落结构没有影响,但是在没有植物也不施氮的系统中,蚯蚓对微生物有一定的促进效果,但不显著。  综合以上结果,结论是:蚯蚓的存在并不会总是提高N2O通量,其作用受到植物和氮沉降的明显影响;影响无机氮持留的主要是土壤中的微生物过程和植物的作用,而非蚯蚓的肠道过程。
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