我国西南典型森林小流域氮的饱和状态与氮沉降的酸化有效性
文献类型：学位论文
| 作者 | 蒋春来 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-10 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张晓山 ; 牟玉静 |
| 关键词 | 大气氮沉降 氮循环 15N自然丰度 森林小流域 Atmospheric nitrogen deposition N cycle Natural 15N abundance Forest small catchment |
| 其他题名 | Nitrogen saturation and acidified validity of nitrogen deposition in forest ecosystem in South China |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 近年来由于不断增加的矿物燃料燃烧、化肥的使用及畜牧业等导致了大气氮沉降量的不断增加，除加剧酸沉降的影响外，还造成了一些森林生态系统的氮饱和。在氮饱和的森林生态系统中,氮沉降的增加将导致NO3-淋溶的增加及土壤酸度的提高,从而影响土壤质量及林业的可持续发展。然而我国对氮沉降及其影响的研究工作还十分匮乏，尤其在氮污染严重的地区，更加迫切地需要这类研究工作。 由于生态系统的氮循环过程十分复杂，必须依赖多种方法开展研究，氮同位素方法作为一种先进的方法，它可以在长时间尺度上量化和半量化森林生态系统的氮循环过程，具有很大的应用前景。本文采用了自然15N丰度法和稳定氮同位素示踪法研究了我国西南森林生态系统的氮饱和状态及氮沉降的酸化有效性。实验选择了我国西南三个典型的森林小流域（铁山坪、鹿冲关和雷公山）开展了相关研究，在这三个小流域中调查了植物、林内凋落物和土壤的δ15N值，比较了不同大气氮沉降梯度下植被和土壤的δ15N值的分布特征，探索了自然15N丰度法在研究森林生态系统氮饱和状态上的应用，填补了国内空白。此外，实验在雷公山小流域设置了18个样方，通过模拟氮沉降实验（稳定氮同位素示踪实验），研究了喷洒NH4NO3、(NH4)2SO4和Ca(NO3)2三种不同形式的氮化合物对雷公山森林小流域土壤溶液的影响及氮沉降的酸化有效性。 对三个森林小流域植物和土壤δ15N值的研究表明，我国西南地区亚热带森林小流域植物和土壤的δ15N值相对热带是明显偏低的，但与温带的值相似。植物不同的δ15N值可能是由于物种组成和菌根作用不同导致的。更封闭的氮循环和较低的硝酸根淋溶导致了鹿冲关土壤表面具有较低的δ15N值，而雷公山地区相对高的降雨量和硝酸根的淋溶量导致了该地区具有较高的δ15N值。然而，在氮丰富且具有大量硝酸根淋溶的铁山坪流域，土壤表层也发现了较低的δ15N值，这可能是由于大量的缺乏15N的氮沉降所导致的。 铁山坪是一个氮沉降量很高的森林小流域，它的植物到土壤表层δ13C的变化说明凋落物的分解程度是比较高的。δ13C和δ15N两种同位素具有明显的相关关系，因此土壤有机氮矿化的程度也是高的。通过比较植物和土壤的δ15N值，我们发现对于扰动比较大的铁山坪小流域，尽管具有大量的凋落物沉降，但土壤的条件并没有通过有机碳和有机氮的输入得到明显的改善。 主成分分析结果表明，土壤的净硝化率、氮输入及植物氮含量与森林生态系统的氮饱和状态具有明显的相关性，研究基地的氮饱和顺序为铁山坪 > 雷公山 > 鹿冲关。土壤有机层到土壤矿质层（0-10cm）的15N富集因子与森林生态系统的氮饱和状态成反比，即富集因子值越小，说明森林生态系统氮饱和状态越高。因此，土壤有机层到土壤矿质层的15N富集因子可以作为揭示我国南部亚热带森林生态系统氮饱和状态的指示指标。 模拟氮沉降实验表明，对于NH4NO3、(NH4)2SO4和Ca(NO3)2三种不同形式的氮化合物处理的样区，总的硝酸根淋溶通量具有明显差异，硝态氮处理的样区土壤水氮淋溶通量比铵态氮处理的样区土壤水氮淋溶通量大，这说明在雷公山小流域，外加硝态氮比铵态氮更能增加氮素从森林土壤流失的潜力。(NH4)2SO4处理的样区，高氮处理增加了Ca2+的浓度。对于CaNO3处理的样区，高氮处理的Mg2+和Ca2+的浓度较低氮处理的Mg2+和Ca2+的浓度均有所增加。整个实验期间， (NH4)2SO4处理样区产生的H+量及其酸化有效性均是最大的。结果表明，外加氮处理不但增加了氮素从森林土壤流失的潜力，而且使土壤进一步的酸化，大气NH4+沉降比NO3-沉降更能促进土壤酸化。 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-06-24 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/450]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_大气环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 蒋春来. 我国西南典型森林小流域氮的饱和状态与氮沉降的酸化有效性[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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