氮沉降对湿地松林土壤氮转化与微生物效应研究

中国是世界三大高氮沉降区之一。沉降氮对自然生态系统特别是生态系统较为脆弱的南方红壤湿地松林生态系统土壤氮转化及其微生物作用机制鲜有研究。本项目拟在系统监测区域大气氮沉降水平的前提下，基于野外人工模拟湿地松林氮沉降过程，分别采用乙炔还原法、凋落物分解法和原状土柱培养-乙炔抑制法等对生物固氮、氮素矿化和反硝化作用等的速率及其动态进行定量研究，结合土壤理化性质和土壤酶活性状况分析土壤氮素转化过程对氮沉降的响应特征，并利用BIOLOG碳素利用法的群落水平生理剖面（CLPP）和磷脂脂肪酸（PLFA）分析微生物群落多样性变化特征及其与氮素转化动态的关系，进而探讨氮沉降胁迫下影响湿地松林土壤氮素转化关键因子及其微生物响应机理。在氮沉降全球化的背景下，本研究对于促进南方丘陵红壤地区湿地松林的可持续管理具有重要理论价值和实践意义，同时为预测全球变化条件下土壤生态系统结构及功能的变化趋势具有重要的指导意义。

中国是世界三大高氮沉降区之一。沉降氮对自然生态系统特别是生态系统较为脆弱的南方红壤湿地松林生态系统土壤氮转化及其微生物作用机制鲜有研究。本项目拟在系统监测区域大气氮沉降水平的前提下，基于野外人工模拟湿地松林氮沉降过程，原位监测氮素的迁移、转化过程及土壤微生物群落多样性变化特征，进而探讨氮沉降胁迫下影响湿地松林土壤氮素转化关键因子及其微生物响应机理。研究结果显示，大气氮沉降形态主要以NH4+-N为主，占氮沉降总量58%以上，且沉降量呈逐年上升趋势。氮沉降可以增加土壤总氮含量，但同时也抑制了生物固氮活性，促进土壤氮素的矿化、硝化和反硝化作用，最终导致土壤氮素利用率下降和氮素损失量增加。对于减轻这一不利影响而言，铵态氮表现要好于硝态氮，其中以铵态氮20kg N hm-2 a-1处理的综合效果最佳。不同类型土壤微生物对氮素营养形态偏好不一，低浓度的氮（20kg N hm-2 a-1）沉降有利于某些优势菌的生长，而高氮或氮缺乏都会抑制其生长，在铵态氮和硝态氮联合配施的情况可一定程度上抵销高氮胁迫的影响。但微生物多样性不仅取决于氮量是否合适，更重要的是氮素形态的多样化。40kg N hm-2 a-1的硝态氮和铵态氮配施更有利于维持较高的微生物多样性。在氮沉降全球化、加剧化的背景下，本研究对于促进南方丘陵红壤地区湿地松林的可持续管理具有重要理论价值和实践意义，同时为预测全球变化条件下土壤生态系统结构及功能的变化趋势具有重要的指导意义。