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科研动态

科尔沁沙地景观演变过程中土壤净氮转化速率由多种因素共同决定

作者:奈曼站   更新时间:2021-09-06

氮(N)是陆地生态系统植物生长与发育过程中不可缺少的重要元素,在生态系统生产力的形成以及氮素循环过程中具有重要作用。而在干旱与半干旱地区,由于人类不合理的土地利用方式及气候变化的共同影响,土地发生了严重的沙漠化。土地沙漠化导致了土壤氮循环的改变,而氮是半干旱退化草地植被恢复的重要限制因素。土壤与植物通过氮素循环紧密联系,土壤中氮的积累和转化过程决定着植被-土壤系统的养分循环。而在沙地退化植被恢复的景观演变过程中,植被特征、土壤特性、气候因子是如何影响土壤氮转化的这一科学问题尚不清楚。深入认识退化植被恢复的景观演变过程中不同景观类型下土壤可利用氮的动态变化,不仅为准确预测沙地土壤氮的固存潜力提供数据支持,也为制定合理的草地管理措施提供理论支撑。

以空间代替时间的方法选择科尔沁沙地退化植被恢复过程中的不同景观类型(流动、半固定、固定沙丘和沙质草地,每种景观类型6个重复)为研究对象,建立了长期的野外科学观测场。在2015 - 2019年的长期野外观测中,研究了不同景观类型中土壤无机氮库和净氮转化速率在生长季(5- 8月)的动态变化。研究结果表明,景观类型、采样时间、年际变化及其交互作用显著影响沙地土壤无机氮库和净氮转化速率。退化植被恢复的景观演变过程中,土壤硝态氮占总无机氮的68%,且土壤硝化作用主导了土壤氮的转化。冗余分析揭示了土壤氮的净硝化和矿化速率在生长季的动态变化与气候因素、植被特征和土壤特性密切相关。方差分解的结果表明,土壤净氮转化率在整个生长季的动态变化主要受土壤特性的影响,而8月份土壤净氮转化率的年际变化主要受气候因素的影响。因此,沙地退化植被恢复的景观演变过程中,土壤氮的有效性及其转化过程是由气候因素、植被特征和土壤特性共同决定的,为了更好的研究半干旱沙质草地生态系统土壤氮转化的变化及其机制,我们应该进行长期的野外监测。

相关研究成果以“Soil net nitrogen transformation rates are co-determined by multiple factors during the landscape evolution in Horqin Sandy Land”为题,于2021年发表于Catena期刊(206卷,IF=5.198)。中国科学院西北生态环境资源研究院的博士研究生吕朋为论文的第一作者,左小安研究员为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金(41571106、41622103)、国家重点研发计划(2016YFC0500506)和中科院青年创新促进会项目(1100000036)的共同资助。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105576

图1 退化植被恢复的景观演变过程中土壤净氮转化速率与植被特征、土壤特性和气候因子的RDA分析。a: 2015-2019年5-8月,b: 2015-2019年8月。

图2 退化植被恢复的景观演变过程中土壤净氮转化速率与植被特征、土壤特性和气候因子的方差分解。a:2015-2019年5-8月,b: 2015-2019年8月。

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