氮添加梯度对土壤初级氮转化速率和氧化亚氮产生途径的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 宋蕾 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 牛书丽 |
| 关键词 | 氮富集 土层 氮循环 15N标记 功能基因 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 鉴于当前人类活动引起的生态系统氮输入日益增加，全球各地建立了许多野外氮添加控制实验来探究氮输入对生态系统功能的影响。氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分，并通过土壤氮转化过程调控植物生长和氧化亚氮排放而影响生态系统碳固存和气候变化。因此，氮输入对土壤氮转化过程和氧化亚氮排放的影响是全球变化生态学领域的重要科学问题。尽管当前一些基于氮添加梯度的研究发现生态系统功能对氮输入量增加的响应具有非线性的特征，但是土壤氮转化和氧化亚氮产生途径对不同氮输入量的响应当前尚不明确，氮转化和氧化亚氮排放对氮输入响应的机制仍需进一步探究。因此，本研究利用氮添加梯度为0、2、4、8、16和32 g N m‒ yr‒的位于四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站的高寒草甸长期野外氮添加梯度实验样地深入探究不同土层(0-10、10-20和20-40 cm)土壤初级氮转化速率和不同来源氧化亚氮排放对氮添加梯度的响应和机制。同时，本研究还结合整合分析的方法来增加研究的广度，总结不同氮添加量对土壤初级氮转化速率影响的普遍规律以及影响氧化亚氮排放对氮添加响应的关键微生物因子。具体研究结果如下： (1)高寒草甸土壤初级氮矿化速率在各个土层中均随氮添加梯度的增加而降低，这种变化是由氮添加所引起的氮可利用性过高、土壤酸化以及土壤碳氮化学计量比失衡导致的。其中，表层土壤(0-10 cm)的变化主要是由土壤酸化造成的，较深层土壤(10-20和20-40 cm)的变化主要是由土壤碳氮化学计量比失衡即碳限制造成的，且在越深的土层中碳限制的作用越大。而土壤初级硝化速率在不同土层对氮添加梯度的响应不同。表层土壤初级硝化速率(0.93 mg N kg‒ d‒)随着氮添加的增加呈现钟形响应曲线，这种变化规律与氨氧化细菌丰度对氮添加的响应有关；较深层土壤初级硝化速率随着氮添加的增加而降低，这种变化规律与初级氮矿化速率对氮添加的响应有关。 (2)高寒草甸各土层土壤初级铵同化速率均随氮添加的增加而降低，表层土壤的降低与氮添加下初级硝化速率过高、初级氮矿化速率减少以及土壤酸化有关；较深层土壤初级铵同化速率的降低仅与初级氮矿化速率的降低有关。初级硝同化速率在各个土层中均随氮添加的增加而呈现出钟形响应曲线。该速率在表层土壤中的变化与初级铵同化速率和初级硝化速率的变化有关，而在较深层土壤中的变化与真菌丰度的变化有关。 (3)高寒草甸各土层土壤总氧化亚氮排放均随氮添加的增加而升高。其中，在总氧化亚氮排放中占主要部分的硝化源氧化亚氮排放随氮添加的增加而增加，而在总氧化亚氮排放中占比低的反硝化源氧化亚氮排放随氮添加的增加而降低。硝化源氧化亚氮排放的变化与硝化产生的氧化亚氮相比于硝化速率的占比的变化有关，反硝化源氧化亚氮排放的变化与narG和nirS基因丰度的变化有关。 (4)不同于在研究站单个点位上的研究结果，全球尺度上氮添加对初级氮矿化速率和初级硝化速率的促进作用非常明显，但是氮添加的这种促进作用随氮添加的增加而减弱。高氮添加(>5.5 g N m‒ yr‒)对初级铵同化速率和初级硝同化速率均有促进作用，而低氮添加(<5.5 g N m‒ yr‒)不影响初级硝同化速率且抑制初级铵同化速率。这种不同的结果可能是由于相比于本研究站点，全球大部分生态系统的氮限制更为强烈；同时，本研究站点中的氮添加梯度的范围要大于全球多数已有研究的氮添加量范围。此外，氧化亚氮排放对氮添加的响应普遍容易与氨氧化细菌amoA基因丰度和narG基因丰度的变化相关，这与在研究站的研究结果基本一致。 以上这些结果丰富了氮输入对土壤初级氮转化速率和氧化亚氮排放影响的认识，为更好地预测氮沉降或施肥背景下的土壤氮循环和氧化亚氮排放提供了理论基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 123 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199836]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宋蕾. 氮添加梯度对土壤初级氮转化速率和氧化亚氮产生途径的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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