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【目的】研究温度升高对青藏高原和黄土高原土壤有机氮矿化的影响。【方法】采取青藏高原和黄土高原主要农田耕层(0~20 cm)土壤,采用Stanford和Smith提出的间歇淋洗通气培养法,分别在15 ,25 ,35和45℃条件下恒温培养210 d ,测定培养期间的有机氮矿化量。【结果】青藏高原土壤有机氮净矿化速率为0.16~1.48 mg/(kg? d) ,黄土高原土壤有机氮净矿化速率为0.12~1.02 mg/(kg ? d) ;在15~35℃的温度条件下,青藏高原和黄土高原土壤铵态氮净矿化累积量对温度变
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第 39 卷 第 1 期
2011 年 1 月
西北农林科技大学学报(自然科学版)
Journal of Northwest A & F University(Nat .Sci .Ed .)
Vol .39 No .1
Jan .2011
青 藏 高 原 与 黄 土 高 原 土 壤 氮 素 矿 化 过 程
对 温 度 变 化 的 响 应
倡 栘
邢顺林
1a ,1b
,刘 毅
2a ,2b
,李世清
1a ,1b
(1 西北农林科技大学 a 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 b 林学院 ,陕西 杨凌 712100 ;
2 中国科学院 a 武汉植物园 ,b 水生植物与流域生态重点实验室 ,湖北 武汉 430074)
[摘 要] 【目的】 研究温度升高对青藏高原和黄土高原土壤有机氮矿化的影响 。 【方法】 采取青藏高原和黄土
高原主要农田耕层(0 ~ 20 cm)土壤 ,采用 Stanford 和 Smith 提出的间歇淋洗通气培养法 ,分别在 15 ,25 ,35 和 45 ℃
条件下恒温培养 210 d ,测定培养期间的有机氮矿化量 。 【结果】 青藏高原土壤有机氮净矿化速率为 0 .16 ~ 1 .48
mg/(kg · d) ,黄土高原土壤有机氮净矿化速率为 0 .12 ~ 1 .02 mg /(kg · d) ;在 15 ~ 35 ℃ 的温度条件下 ,青藏高原和
黄土高原土壤铵态氮净矿化累积量对温度变化的响应相对较弱 ,而在 45 ℃ 时 ,青藏高原土壤铵态氮净矿化累积量显
著增加 ,并显著高于黄土高原土壤 ;在 15 ,25 和 35 ℃ 时 ,青藏高原土壤硝态氮净矿化累积量明显高于黄土高原土壤 ,
而在 45 ℃ 时 ,黄土高原土壤硝态氮净矿化累积量较高 。 青藏高原土壤矿质氮净矿化累积量在各温度条件下均明显
高于黄土高原土壤 ,且在 15 ℃ 时供试土壤矿质氮矿化累积量最少 ,在 35 ℃ 时供试土壤矿质氮矿化累积量最多 。 【结
论】 青藏高原土壤有机氮矿化对温度升高的响应较黄土高原土壤更为敏感 。
[关键词] 青藏高原 ;黄土高原 ;土壤氮素矿化 ;温度 ;间歇淋洗通气培养法
[中图分类号] S158 .5 [文献标识码] A [文章编号] 1671‐9387(2011)01‐0151‐08
Effect of temperature on nitrogen mineralization on the
Qinghai‐Tibet and the Loess Plateau
XING Shun‐lin
1a ,1b
,LIU Yi
2a ,2b
,LI Shi‐
q
ing
1a ,1b
(1 a S tate K e
y
L abor ator
y
o
f
Soil Erosion and D r
y
land Farmin
g
on the L oess Plateau ,b Col le
g
e o
f
Fo res tr
y
,
N o rthw est A & F Univ e rsit
y
,Y an
g
ling ,Shaanx i 712100 ,China ;2 a W uhan Bot anical G ar den ,
b K e
y
L abor ator
y
o
f
A
q
uatic Botan
y
and W ate rshe d Ecolo
gy
,Chinese A cadem
y
o
f
Sciences ,W uhan ,H ubei 430074 ,China)
Abstract :【Objective】 Temperature impact on mineralization of soil organic nitrogen were studied by
comparing the temperature impact on soil nitrogen mineralization of the Qinghai‐Tibet and the Loess Plat‐
eau .【Method】 The alternate leaching aerobic incubation method proposed by Stanford and Smith were a‐
dopted .The arable soil of the Qinghai‐Tibet and the Loess Plateau(0 - 20 cm) was incubated for 210 d un‐
der the constant temperature conditions at 15 ,25 ,35 and 45 ℃ ,and during cultivation the organic nitrogen
mineralization were determined .【Result】 The soil net mineralization rates of Qinghai‐Tibet Plateau ranged
from 0 .16 to 1 .48 mg /(kg · d) and that of Loess Plateau varied from 0 .12 to 1 .02 mg /(kg · d) .In 15 - 35
℃ ,the soil ammonium N net mineralization accumulation of the Qinghai‐Tibet and the Loess Plateau re‐
sponded to temperature change relatively weakly ,w hile the soil ammonium N net mineralization accumula‐
tion of Qinghai‐Tibet Plateau increased significantly at 45 ℃ ,much higher than that of Loess Plateau .The
倡
[收稿日期 ] 2010‐06‐03
[基金项目 ] 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室基金项目(10501‐247) ;国家重点实验室专项课题 (10502‐Z4)
[作者简介 ] 邢顺林(1975 - ) ,男 ,山东高密人 ,在读硕士 ,主要从事土壤氮素研究 。 E‐mail :znbgg@ 163 .com
[通信作者 ] 李世清(1963 - ) ,男 ,甘肃秦安人 ,教授 ,博士 ,博士生导师 ,主要从事土壤‐植物氮素营养与生理生态研究 。
E‐mail :sqli@ ms .iswc .ac .cn
soil nitrate N net mineralization accumulation of the Qinghai‐Tibet Plateau was significantly higher than
that of the Loess Plateau at 15 ,25 and 35 ℃ ,while at 45 ℃ nitrate N net mineralization accumulationof soil
nitrate nitrogen of Loess Plateau was higher .The Qinghai‐Tibet Plateau’s accumulation was significantly
higher than that of the Loess Plateau’s in various temperature conditions .The mineralization accumulation
of mineral nitrogen of the tested soil was the least at 15 ℃ ,w hile it was up to the maximum at 35 ℃ .【Con‐
clusion】 We draw a conclusion that the mineralization of soil organic nitrogen in Qinghai‐Tibet Plateau re‐
sponded more sensitively to temperature than the Loess Plateau .
Key words :Qinghai‐Tibet Plateau ;Loess Plateau ;N mineralization ;temperature ;alternate leaching aer‐
obic incubation
气候变暖及其影响是当前人类所面临的严重环
境问题之一 。 已有研究表明 ,在未来的半个世纪内 ,
人类活动将会引起大气温室气体含量进一步增加 ,
全球平均地表气温将随之升高 1 .5 ~ 4 .5 ℃
[1]
,这
将会导致农田生态系统的结构和功能以及生态学过
程发生改变 。 氮素有效性是判断包括农田生态系统
在内的各种生态系统(森林 、草地 、农田 、荒漠 、苔原
等)生产力高低的主要因子之一
[2‐4]
。 除固氮植物
外 ,即使在施用大量氮肥的情况下 ,作物吸收的氮素
至少有 50% 以上 来 自 土壤 ,某 些 土 壤 甚 至 超 过
70%
[5‐6]
;土壤对作物的氮素供应量主要由土壤有机
氮矿化量决定 ,这是因为氮素在土壤中绝大部分以
有机态 (约为土壤全氮的 85% ~ 95%
[7]
)的形式存
在 ,有机氮只有经过矿化作用才能转化为作物主要
吸收利用的矿质氮 ,而土壤矿质氮容易通过淋溶 、挥
发或被土壤微生物 、土壤动物吸收利用同化为自身
组织 ,所以土壤有机氮矿化被认为是土壤氮素循环
的核心和控制植物有效氮的主要过程
[8]
。 在土壤有
机氮矿化过程中 ,起主要作用的环境因子是温度和
水分
[9‐12]
。 Puri 等
[13]
研究表明 ,温度的影响要高于
湿度 。 另外 ,温度升高可以促进土壤无机氮形成 ,刺
激植物生长 ,在这一过程中可以有效地将氮从 C/N
值低(C/N 为 30 或更低)的土壤库中转移到 C/N 值
高(C/N 比约为 30)的植物库中 ,使生态系统净碳储
存增加
[14]
,从而减缓全球的变暖趋势 。 所以土壤氮
素循环有可能成为生态系统影响气候变暖的关键过
程 。
全球气候变化的特征之一是气温上升 ,而气温
升高不仅会改变农田生态系统的碳 、氮输入及累积 ,
而且可能会影响土壤氮素转化 ,尤其是土壤有机氮
的矿化 ,从而改变土壤的供氮能力 ,但目前针对黄土
高原与青藏高原土壤有机氮矿化的比较研究还比较
少 。 本 研 究 在 实 验 室 条 件 下 ,采 用 Stanford &
Smith 提出的间歇淋洗通气培养法 ,将采集于青藏
高原及黄土高原主要农田的耕层土样 ,分别置于不
同温度的恒温培养箱中培养 210 d ,研究温度对土壤
有机氮矿化的影响 ,以期为探索气候变暖对土壤有
机氮矿化过程的影响提供基础依据 。
1 材料与方法
1 .1 研究地区概况
青藏高原位于我国西南部 ,有“世界屋脊”和“第
三极”之称 ,是我国气候变化的敏感区和脆弱区
[15]
。
该区面积 2 .4 × 10
6
km
2
,平均海拔 4 000 ~ 5 000 m ,
青藏高原大多数地区不适宜农业生产 ,由于雅鲁藏
布江河谷地区纬度低 ,冬季无严寒 ,比较适合农作物
生长 ,使其成为青藏高原农业生产的主要地区 。 拉
萨和日喀则地区耕地面积有 1 .91 × 10
5
hm
2
,占全区
耕地总面积的 54 .75% ,属高原季风半干旱气候 ,日
照时间长 ,年日照时数在 3 000 h 以上 ;平均气温低 ,
昼夜温差大 ,多年平均气温 7 .4 ~ 8 .0 ℃ ,年平均降
雨量 500 mm ,耕种土壤全氮含量平均为 (1 .95 ±
1 .52)
g
/kg ,且各土类耕种土壤之间差异较小
[16]
。
研究区种植的农作物主要有青稞 ( H ordeum v ul‐
g
are var .tri
f
urcatum) 、马铃薯 (Solanum tuberos‐
um L .)、小 麦 ( T riticum aestiv um L .) 和 油 菜
(B rassica cam
p
estris L .)等 。
黄土高原是世界最大的黄土沉积区 ,面积约4 ×
10
5
km
2
,平均海拔 1 000 ~ 1 500 m ,年均气温 6 ~ 14
℃ ,年均降水量 200 ~ 700 mm 。 贯穿黄土高原南北
的陕西省的面积为 2 .06 × 10
5
km
2
,平均海拔 520
m ,处于我国东南湿润区向西北干旱区的过渡地带 ,
属大陆性季风气候 ,多年平均气温 3 .6 ~ 14 .3 ℃ ,年
平均降水量 667 mm ,多年平均蒸发量 800 ~ 1 600
mm 。 该区种植的农作物主要有小麦(T riticum aes‐
tiv um L .) 、大豆 (G l
y
cine max ) 、马铃薯 (Solanum
tuberosum L .) 、向日葵( H elianthus annuus )和玉米
(Zea ma
y
s L .)等 。
251
西北农林科技大学学报(自然科学版) 第 39 卷
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