亚热带植被恢复对土壤可溶性氮组分及土壤氮矿化的影响

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氮(nitrogen,N)是植物生长发育不可缺少的矿质营养元素,是许多陆地生态系统生产力的主要限制来源。亚热带植被恢复对土壤多种性质N组分影响的综合研究仍很少见,植被恢复对土壤N库组分及其有效性的影响机理仍很不清楚。为此,本研究采用空间代替时间的方法,在湘中丘陵区选取4种处于不同植被恢复阶段的林地:檵木+南烛+杜鹃灌草丛(LVR)、檵木+杉木+白栎灌木林(LCQ)、马尾松+石栎+檵木针阔混交林(PLL)、石栎+红淡比+青冈常绿阔叶林(LAG)作为一个恢复序列,研究土壤可溶性N组分含量、密度的变化及其与土壤理化性质、微生物生物量的关系;同时采用室内好气培养法研究不同植被恢复阶段土壤N矿化特征的季节变化,揭示森林土壤有效N库及其转化速率对植被恢复的响应机制,为科学评价亚热带地区森林植被恢复与重建的效果,为科学制定森林生态系统可持续经营措施和土壤N库管理提供科学依据。研究结果如下:(1)植被恢复显著影响土壤理化性质、微生物生物量。随植被恢复,土壤容重、pH值呈现下降趋势,但不同恢复阶段之间差异不显著;各土层<2 μm黏粒百分含量、有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量和微生物生物量碳(Bc)、氮(BN)、磷(BP)随植被恢复显著提高,与LVR相比,LCQ、PLL、LAG各土层<2 μm黏粒百分含量增幅为2.36%~65.68%,SOC含量为30.47%~127.41%,TN含量为97.44%~216.67%,TP 含量为 10.00%~108.33%,BC 为 31.61%~74.96%,BN 为 54.27%~113.55%,BP 为 12.90%~85.05%。(2)植被恢复对土壤可溶性N组分含量、密度影响显著。可溶性有机氮(SON)和铵态氮(NH4+-N)含量随植被恢复而显著增加,与LVR相比,LAG、PLL、LCQ 0-20cm 土层SON含量分别增加了 35.23%、26.75%、18.34%,NH4+-N含量分别增加了 85.51%、45.58%、37.10%;各土层硝态氮(NO3--N)含量随植被恢复先下降再增加,LAG最高,LCQ最低;各植被恢复阶段SON含量最高,NO3--N含量最低;随植被恢复,SON含量占TN含量的百分比例提高,而NH4+-N、NO3--N的百分比例下降;0-20 cm土层SON、NH4+-N、NO3--N密度随植被恢复而增高,SON密度最大,其次是 NH4+-N,NO3--N 密度最低,与 LVR 相比,LAG、PLL、LCQ 0-20 cm 土层SON 密度分别增加了 267.20%、98.40%、86.30%,NH4+-N 分别增加了 17.7%,7.9%和11.6%,LAG的NO3--N密度增加了 13.16%;SON和NH4+-N密度的增长速率呈“快—慢—快”的特征,而NO3--N密度呈“慢—慢—快”的特征。土壤理化性质、微生物生物量对SON、NH4+-N的影响大于NO3--N。各植被恢复阶段0-20 cm 土层NH4+-N含量表现为:非生长季高于生长季,且LAG、PLL、LCQ季节之间差异显著;而NO3--N含量表现为:非生长季低于生长季,仅LVR、LAG季节之间差异显著;SON含量也表现为:非生长季低于生长季,且各植被恢复阶段季节之间差异显著。(3)植被恢复对土壤N矿化影响显著。无论是生长季还是非生长季,土壤净铵化量、净硝化量和净矿化量均随植被恢复而显著提高,与LVR相比,在非生长季,0-20 cm土层LCQ、PLL、LAG净铵化量提高了 25.00%~67.86%,净硝化量提高了357.41%~1219.44%,净矿化量提高了 212.50%~726.04%;在生长季,分别提高了57.67%~122.75%,67.47%~379.26%,64.61%~304.33%;不同植被恢复阶段土壤 N矿化过程均以硝化过程为主,净硝化量占净矿化量的56.25%~89.85%,且随植被恢复而增高。土壤净氨化速率、净硝化速率、净矿化速率与年凋落物量、土壤<2μm黏粒百分含量、SOC、TN、TP含量以及BC、BN、BP呈极显著正相关。各植被恢复阶段0-20 cm 土层净铵化量、净硝化量和净矿化量的季节变化均表现为:生长季显著高于非生长季。
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