【摘 要】
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氮是植物生长和光合作用必须的元素,在退化生态恢复过程中,植物对氮吸收增强,氮素往往成为影响植被恢复的关键因素。在激烈的水热矛盾影响下,干热河谷成为我国西南地区最为典型的脆弱生态系统,一旦遭到破坏,很难恢复。而该地区退化生态系统恢复,是西南地区生态恢复工程的重点和难点。开展干热河谷地区土壤氮循环的研究,可以为该地区土地资源整合,生态恢复工程提供理论参考。本论文通过对典型干热河谷和非干热河谷区不同土地
【基金项目】
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国家自然科学基金NSFC-云南联合基金重点项目“土壤侵蚀影响下干热河谷退化坡耕地的生态恢复机制”(项目号:U2002209);
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氮是植物生长和光合作用必须的元素,在退化生态恢复过程中,植物对氮吸收增强,氮素往往成为影响植被恢复的关键因素。在激烈的水热矛盾影响下,干热河谷成为我国西南地区最为典型的脆弱生态系统,一旦遭到破坏,很难恢复。而该地区退化生态系统恢复,是西南地区生态恢复工程的重点和难点。开展干热河谷地区土壤氮循环的研究,可以为该地区土地资源整合,生态恢复工程提供理论参考。本论文通过对典型干热河谷和非干热河谷区不同土地利用类型的土壤氮转化过程、微生物氮利用效率的对比研究,阐明了干热条件下土壤净氮转化和初级氮转化过程对不同土地利用类型的响应。进而评估了干热河谷供氮能力和保氮能力。主要结论如下:(1)干热河谷土壤有机碳和总氮均低于非干热河谷,干热河谷无机氮以铵态氮为主。非干热河谷土壤有机碳(19.69g/kg)比干热河谷(15.97g/kg)高出23.2%;非干热河谷土壤总氮(1.82g/kg)比干热河谷(1.37g/kg)高出33.1%。干热河谷土壤无机氮的存在形态以铵态氮为主,占土壤无机氮的88.4%,而非干热河谷铵态氮和硝态氮比例相当,铵态氮占比为60.3%。有机碳和总氮在不同土地利用类型表现出不同,原始林>次生林>灌草地>农地。(2)干热河谷土壤供氮能力弱于非干热河谷。干热河谷地区土壤初级氮矿化速率为1.42mgN·kg-1day-1,而非干热河谷为1.99 mgN·kg-1day-1,非干热河谷高出干热河谷39.8%,证明干热河谷供氮能力弱于非干热河谷。干热河谷初级氮硝化速率为7.15 mgN·kg-1day-1,而非干热河谷为6.94 mgN·kg-1day-1。综合干热河谷氮低矿化、高硝化的特点,表明其氮损失的风险较非干热河谷更大。初级矿化速率随土地利用表现出农地<灌草地<次生林 ≤原始林,即进行生态恢复,可以提高生态系统供氮能力。(3)干热河谷整体受到氮限制的风险较低。干热河谷微生物氮利用效率为53%,非干热河谷为59.6%。在不同土地利用类型下,干热河谷在次生林和原始林(萨王纳)的微生物氮利用效率低于农地和灌草地,意味着次生林和原始林受到氮限制风险较低;而非干热河谷在原始林阶段微生物氮利用效率较高,受到氮限制的风险较高。我们的研究表明干热河谷和非干热河谷氮循环过程存在显著差异,干热河谷的氮循环过程更加开放,在存在较大的氮流失风险。相反,邻近的非干热河谷表现出受到氮限制的特征。干热河谷的氮循环具有其特殊性,需要格外关注。
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