泥炭沼澤氮素分布、轉(zhuǎn)化及其環(huán)境效應研究——以長白山垂直自然帶為例.pdf

1、氮素是與全球環(huán)境變化密切相關(guān)的重要元素之一。氮素是泥炭沼澤營養(yǎng)水平的指標之一，是主要的限制性養(yǎng)分，直接影響著沼澤生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。泥炭是沼澤濕地氮的載體，是氮素的源、匯或轉(zhuǎn)化器。本文以長白山垂直自然帶為研究對象，選取多個泥炭剖面，綜合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和研究區(qū)域的自然環(huán)境特征，系統(tǒng)分析了氮素在泥炭剖面中的空間含量、分布及其轉(zhuǎn)化，通過培養(yǎng)實驗研究泥炭中氮素的礦化過程、硝化過程和反硝化過程。在野外調(diào)查與室內(nèi)實驗分析的基礎(chǔ)上，研究氮素在泥炭沼澤

2、中的化學行為過程，并分析泥炭剖面中氮素遷移、轉(zhuǎn)化過程所產(chǎn)生的潛在的生態(tài)環(huán)境效應。垂直自然帶泥炭沼澤氮素研究結(jié)果表明： 相同土層不同取樣點測定值的計算結(jié)果，能夠反映氮素在水平方向上的變異性。長白山泥炭沼澤中硝態(tài)氮(NO<,3><'->-N)、銨態(tài)氮(NH<,4><'+>-N)和全氮(N)的水平變異性均較大，這主要由于氮素的礦化、硝化、反硝化作用以及泥炭中微生物的作用。氮素在垂直方向上也顯現(xiàn)一定的變異性。全氮垂直分布除個別剖面外，

3、大多數(shù)剖面都呈現(xiàn)全氮含量隨剖面深度的增加而逐漸遞減的趨勢，泥炭上層有機質(zhì)含量較高，全氮含量與有機質(zhì)含量呈極顯著的正相關(guān)是造成這種分布的主要原因之一；研究區(qū)典型泥炭剖面硝態(tài)氮(NO<,3><'->-N)、銨態(tài)氮(NH<,4><'+>-N)垂直分布表現(xiàn)出大致相同的趨勢，各泥炭剖面NO<,3><'+>-N含量分布均呈現(xiàn)較大的波動性， NH<,4><'+>-N含量大致呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢。NO<'-><,3>-N不易被泥炭吸附，易向下潛流，造成了

4、波動性的分布，礦化作用在泥炭上層較強，導致NH<,4><'+>-N隨剖面的加深逐漸遞減。 垂直自然帶泥炭沼澤金川和大牛溝兩典型泥炭剖面礦化量與有效積溫符合有效積溫模型或指數(shù)模型。單個剖面在培養(yǎng)期內(nèi)礦化量隨有效積溫的變化趨勢一致，而剖面間則表現(xiàn)為相反的趨勢。金川剖面在培養(yǎng)期內(nèi)礦化量隨有效積溫的增加呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，這是由于氮素的礦化作用所積累的銨態(tài)氮的量大于泥炭剖面中的微生物和泥炭動物對氮素的固持量，最終表現(xiàn)為在培養(yǎng)期內(nèi)礦化量

5、隨有效積溫的增加而逐漸增加的規(guī)律；大牛溝剖面則表現(xiàn)為培養(yǎng)期內(nèi)礦化量隨有效積溫的增加而逐漸遞減的趨勢。其主要原因是泥炭剖面中的微生物和動物對氮的固持量明顯高于氮素的礦化量，礦化所生成的銨態(tài)氮經(jīng)泥炭中的微生物和動物固持作用后，重新轉(zhuǎn)化為無機物，礦化-固持作用的最終結(jié)果是有效氮向無機氮的轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)凈消耗有效氮。培養(yǎng)期間兩采樣剖面之間硝化量和反硝化量變化趨勢一致，兩典型剖面硝化量呈現(xiàn)隨培養(yǎng)時間的延長逐漸遞增的趨勢，這是由于隨著有效積溫的增加，硝

6、化微生物活性增強。反硝化量呈現(xiàn)隨培養(yǎng)時間的延長逐漸遞減的趨勢，這是隨著反硝化作用的進行，銨態(tài)氮含量減少所造成的；兩典型泥炭剖面在培養(yǎng)期內(nèi)氮素礦化速率與硝化速率差異較大，出現(xiàn)這種差異的主要原因是泥炭本身的物理化學性質(zhì)存在區(qū)域和剖面分異的結(jié)果；反硝化速率隨培養(yǎng)時間的延長均呈現(xiàn)遞減的趨勢，其主要原因是隨著反硝化作用的進行，硝態(tài)氮含量減少，最終導致反硝化速率遞減。泥炭沼澤氮素的遷移轉(zhuǎn)化及空間分布受土壤自身理化性質(zhì)、沼澤植物、氣候、水文條件等因素