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白洋淀芦苇型水陆交错带根际环境对氮素转化的影响认领

作者：

牛翠云

学位授予单位：

河北农业大学

摘要：

湿地水陆交错带由于其显著的边缘效应，在水-陆生态系统之间的能量流动和物质循环中发挥着特殊的作用。湿地交错带植物作为水陆交错带中的重要组成部分，尤其是其发达的根系及其所形成的特殊根际环境，在湿地生态系统中的物质传输过程中具有至关重要的且不为人见的作用。因此，本研究以白洋淀湿地水陆交错带为研究对象，研究其根际环境对氮素转化的影响。首先，选择了2个典型水陆交错带样点，采用密闭式静态箱气体采集法，土壤剖面采样技术等，于2015年3月至2015年11月开展长期定位监测，研究不同季节（春季、夏季、秋季、冬季）芦苇根际土壤N2O气体排放、土壤剖面全氮、有机氮、土壤NH4+-N、NO3--N含量变化特征，明确氮素季节变化规律;然后，采用原状根箱模拟试验法，结合15N稳定同位素示踪技术，追踪外源氮素在芦苇根际土壤剖面的转化特征及向植物体内的迁移通量，进一步阐明水陆交错带芦苇根际环境对外源氮转化关键过程（硝化/反硝化）的影响;最后，综合分析根箱试验结果，结合土壤酶和微生物学分析技术，初步探明其微生物学机理，为全面认识湿地水陆交错带在湿地氮素转化中的作用，以及今后湿地生态系统保护和管理提供科学的理论依据。主要研究结果如下:　　(1)水陆交错带芦苇根际环境氮素转化季节变化规律　　白洋淀芦苇型水陆交错带土壤氮素形态在不同土层中含量有所不同，土壤中氮素主要以有机氮形式存在，各土层中有机氮含量占全氮含量的97％以上，且主要集中在土壤表层，随土层深度的增加而降低。在土壤剖面中NH4+-N含量差异较小，除80-100cm土层NH4+-N含量略高外，0-80cm土层NH4+-N含量在8.34～9.74mg/kg之间。土壤各层NO3--N含量均呈现随土层深度增加先降低后又上升趋势。　　水陆交错带土壤氮素主要储存在60cm以上土层，贡献率达到了70％以上。在1m土体范围内，受生活污染较严重的S1土壤氮储量(1.39kg/m2)低于受渔业生产污染相对较重的S2(1.43kg/m2)，湿地水陆交错带对氮素的截留效果明显。　　白洋淀芦苇型水陆交错带土壤N2O排放通量变化呈现出明显的季节变化规律。秋季（8月）排放通量达到最大值，平均为174.71μg·(m2·h)-1，冬季（11月）最少，平均为5.01μg·(m2·h)-1;同时，N2O排放通量与表层土壤含水量、采样箱内温度、5cm和10cm土壤温度均呈现显著正相关关系，与表层有机碳不存在显著相关关系。　　(2)水陆交错带芦苇根际环境对外源氮转化关键过程（硝化/反硝化）的影响规律　　芦苇植株地上部和地下部对外源氮素均具有很强的吸收能力，且主要集中在地上部，地下部的氮素截留作用也非常明显。芦苇植株总吸氮量为7.03kgN/hm2，与小麦相比增加4.45倍，且主要集中在地上部。芦苇地下部吸氮量占总吸氮量的29.73％，小麦仅占9.31％。　　外源氮素添加后，苇地土壤氮素残留有向下运移出植物根区的趋势，且芦苇20-60cm根际区域对于氮素的截留能力较强，损失率较低，只有28.79％。苇地表层0-20cm氮素残留总量较多，土壤15N残留量随土层深度的增加大体呈降低趋势。与小麦相比，除0-20cm表层外，芦苇其余各层土壤15N残留量均明显增加。　　水陆交错带湿地芦苇土壤N2O排放引起的氮素损失较小。苇地土壤N2O排放在外源氮索添加后的第1-3d内急剧降低，后处于一个基本稳定值，第18-19d和第26d均出现了排放小高峰。N2O平均排放速率为67.54μg/(m2·h)，排放总量为453.85g/hm2，与麦田相比，均降低71.69％。　　苇地土壤铵态氮、硝态氮和可溶性总氮的淋失主要发生在外源氮素添加后的第1d，且均随淋洗时间的增加呈降低趋势，硝态氮是氮素淋溶流失的主要形态。芦苇根际对于外源氮素具有较强的吸持能力，氮素利用率高，氮素淋溶损失少。　　(3)生态交错带芦苇根际环境氮素转化的微生物学特征　　土壤微生物的变化对于氮素的转化起到了关键的作用。表层0-20cm土壤氨氧化细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量明显增加，高出同时期麦田10.69％、59.10％和40.06％，土壤脲酶和蛋白酶活性则增加不显著。

摘要译文

关键词：

湿地水陆交错带; 氮素转化; 根际环境; 微生物学; 季节变化

学位年度：

2017

学位类型：

硕士

学科专业：

土壤学

导师：

张俊梅郭艳杰

中图分类号：

S154.3[土壤微生物学]

学科分类号：

0713[生态学];083606[微生物发酵工程];090301[土壤学]