二○一九 年 五 月 二 日

长白山不同林型土壤反硝化速率和产物比例的研究

摘 要

本研究以长白山红松云冷杉、落叶松、白桦和阔叶红松四种林型土壤为研究对象，采用淹水厌氧密闭培养-乙炔抑制法测定了不同林型土壤的反硝化速率和产物比例。结果表明：本研究的四种森林土壤均呈酸性，不同土壤的反硝化速率和产物比例间均有较大差异。四种林型土壤的NO₃^--N含量均随着培养时间的增加而下降，其中阔叶红松土壤下降速度最快，而落叶松土壤最慢。不同林型土壤的反硝化势大小由兴安落叶松、红松云杉冷杉、白桦到阔叶红松呈逐渐增加的趋势。此外，我们还发现，N₂O始终是反硝化的主要产物，其占反硝化产物的比例约为50%-85%左右，且不随培养时间而发生显著变化。而作为反硝化的另一种产物的NO，其占反硝化产物的比例仅有0.2%-2.4%左右，也不随时间发生显著变化。

关键词：反硝化；N₂O排放速率；产物比例

Study on denitrification rate and product ratio of different forest types in changbai mountain

Abstract

In this study, denitrification rate and product ratio of four forest types of soil were determined by submerged anaerobic closed culture and acetylene inhibition method. The results showed that the four forest soils in this study were all acidic, and the denitrification rates and product proportions of different soils were significantly different. The content of NO₃^--N in four forest types of soil decreased with the increase of culture time, among which broad-leaved Korean pine soil decreased the fastest, while larch soil decreased the slowest. The denitrification potential of different forest types of soil increased gradually from larch, spruce, birch to broad-leaved Korean pine. In addition, we also found that N₂O was always the main product of denitrification, accounting for about 50-85% of the denitrification products, and did not change significantly with the culture time. However, as another product of denitrification, NO only accounts for about 0.2-2.4% of the denitrification products, and does not change significantly with time.

Key words: denitrification; N₂O emission rate; Product ratio

目录

绪论…………………………………………………………………………………………………1

1.材料与方法…………………………………………….…………………………………………4

1.1.采样地点及土壤样品采集..…………………………………………………………………4

1.1.1.采样地点…………………………………………………….………….…………….4

1.1.2.土壤样品的采集与制备…………………………………….………….…………….4

1.2.厌氧培养试验方法...…………………………………………...……………………………4

1.3.土壤理化性质分析方法..……………………………………………………………………5

1.4.反硝化势计算方法..…………………………………………………………………………5

1.5.数据分析…………………………………………………………………………………..…6

1. 结果与分析…………………………………………………………………………….…………6

2.1.土壤理化性质…………………………………………………………………….……….…6

2.2培养过程中土壤NO₃-N含量的变化...…………………………………………………..…7

2.3.不同林型土壤NO、N₂O和N₂的排放速率…………………….……………….……8

2.4.NO和N₂O占反硝化气态产物的比例………………….…….……….…….…….….……9

2.5.土壤反硝化势…………………………………………………….…………….…….…… 11

3.讨论……………………………………………………………………………….….………….13

4.结论……………………………………………………………………………………...………14

5.致谢……………………………………………………………………………………...………15

6.参考文献……………………………………………………………………………...…………16

绪论

生物反硝化过程是指微生物在无氧或微量氧供应条件下的硝酸呼吸过程。通气与水分状况、土壤质地、温度、碳源、土壤pH值和微生物等都能影响土壤的反硝化速率。

土壤的反硝化速率和反硝化剂N₂O-N₂比受土壤pH、NO₃⁻有效性、碳(C)有效性、O₂有效性和氧化还原电位等多种环境因素控制。在这些驱动因素中，C的有效性是调节反硝化速率的最重要因素之一。通过向反硝化剂提供能量和电子供应，间接地通过增加土壤呼吸，产生缺氧微区，从而直接提高氮的利用率。C可用性的增加通常会增加反硝化速率，而两者之一会增加N₂O-N₂的脱氮剂比率^[1]。例如，通过实验发现，添加乙醇和乙酸盐导致地下水反硝化率高，但如果使用蔗糖，反硝化率较低^[1]。

由于人类活动的增加，例如化石燃料的燃烧、集约化农业和畜牧业活动，导致了大气氮(N)沉积的增加，在过去几十年里导致了全球碳(C)和N循环的巨大变化。森林土壤与大气之间的温室气体交换(GHG)是全球C和N循环的重要途径，容易受到大气N沉降升高的影响。氮沉降引起的温室气体通量变化是引起全球气候变化反馈的重要因素。大气中温室气体的浓度是全球变暖的主要驱动力^[1]。二氧化碳(CO₂)和一氧化二氮(N₂O)对全球变暖的影响约占62%。此外，N₂O可以通过其反应产物之一，即，一氧化氮(NO)。因此，阐明N沉降对CO₂和N₂O通量的影响，是两种最重要的温室气体交换，有助于在N沉降条件增加的情况下，准确评估C和N预算^[1]。