1State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, Chinaand 2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
通讯作者: * 通信作者Author for correspondence (E-mail: zsx@ibcas.ac.cn)
Aims Our objective is to: 1) explore the dynamics of soil nitrogen (N) mineralization in a grassland ecosystem in response to the changes in precipitation intensity and temporal distribution, and 2) identify the controlling factors.Methods The two study sites located in a typical steppe of the Nei Mongol grassland were fenced in 2013 and 1999, respectively. Our field experiment includes manipulations of three levels of precipitation intensity (increased 50%, decreased 50%, control) in three temporal patterns (increased or decreased precipitation for three years; increased or decreased precipitation for two years and no manipulation for one year; increased or decreased precipitation for one year and no manipulation for one year).Important findings 1) The soil net N mineralization and net nitrification rates decreased with changes in the temporal distributions of precipitation from one year to three years, with the maximum values of soil net N mineralization and nitrification rates observed in the treatments of increased or decreased precipitation for one year and no manipulation for one year (+PY1 or -PY1). This indicates that the high precipitation intensity and longer precipitation may have negative effects on soil net N mineralization and nitrification rates, while the moderate soilmoisture and temperature may stimulate soil mineralization. 2) The soil net N mineralization and nitrification rates, soil cumulative N mineralization, and nitrification in the fenced site in 1999 were higher than those in the site fenced in 2013, implying that a long-term enclosure may have promoted nutrient storage and soil quality restoration. 3) The long-term treatments of increased or decreased precipitation had significant effects on soil water content and temperature, whereas the short-term, discontinuous precipitation produced minor effects on soil moisture and temperature. Moreover, the controlling factors for soil N mineralization were different between the two fields. Soil moisture had a major effect on soil inorganic N content and net N mineralization rate in the site fenced in 2013, while soil temperature played a dominant role in the site fenced in 1999, with the net N mineralization rate depressed by higher soil moisture. Our findings suggest that the precipitation intensity and temporal distribution had important impacts on soil N mineralization in the Inner Mongolia grassland; these effects was site-dependent and particularly related to soil texture, community composition, and disturbance, and other factors.
Keywords：precipitation intensity
;
precipitation temporal distribution
;
soil N mineralization
;
soil water content
;
soil temperature
;
Leymus chinensis steppe
;
fenced site
ZHUZhi-Cheng, HUANGYin, XUFeng-Wei, XINGWen, ZHENGShu-Xia, BAIYong-Fei. Effects of precipitation intensity and temporal pattern on soil nitrogen mineralization in a typical steppe of Nei Mongol grassland. Chinese Journal of Plant Ecology, 2017, 41(9): 938-952 https://doi.org/10.17521/cjpe.2017.0056
IPCC (2014)指出: 随着全球气候的变化, 全球性极端气候事件发生的频率会逐渐增加, 其中降雨格局的不断改变, 尤其是降雨强度的变化会对土壤氮矿化过程产生重要影响(Hu et al., 2014)。研究表明, 降雨影响土壤氮矿化过程, 主要是通过影响土壤含水量、土壤温度和氮的淋溶, 进而影响土壤氮循环过程, 特别是降雨量的增大会使得土壤含水量显著提高, 土壤温度下降, 从而影响土壤微生物的活性, 最终对土壤氮矿化甚至对整个生态系统的氮循环产生较大的影响(同小娟等, 2005; Cregger et al., 2014; Liao et al., 2016)。
土壤氮矿化主要是指土壤中的有机氮经过微生物的分解作用转化为无机氮(主要为NH4+-N和NO3--N)的过程(Chapin et al., 2011), 这也是植物利用土壤中无机氮合成自身体内许多重要物质的主要途径(Jackson et al., 2008)。尽管土壤氮矿化为植物和微生物的生长提供了非常重要的物质基础, 但是它又易受到水分条件的影响(Burke et al., 1998), 如在受水分限制的生态系统中, 土壤中氮元素的吸收主要受限于水分的可利用性。 在降雨量和土壤含水量增加的情况下, 土壤中的无机氮会随之增加, 促进植物对无机氮的吸收, 但这也会导致土壤中可利用性氮的减少(唐树梅和漆智平, 1997; Chen et al., 2012)。同理, 当土壤含水量降低时, 由于水分的限制作用抑制了植物对土壤中可利用性氮的吸收, 从而有利于土壤无机氮的累积(Weltzin et al., 2009)。也有一些研究表明, 当土壤含水量超过某个临界值时, 会抑制土壤氮矿化过程(吴建国等, 2007; 李玉霖等, 2013)。尽管对土壤氮矿化的研究已有很多, 但是并没有得出较一致的结论。如早期的研究发现, 从干旱草原到湿地生态系统, 土壤氮矿化作用会随着土壤水分的增加而增强(Tracy & Frank, 1998), 然而也有一些研究发现, 土壤氮矿化作用会随着土壤水分的不断增加而逐渐下降(Aranibar et al., 2004)。近期武丹丹等(2016)通过降雨试验发现, 降雨量的改变显著地影响了土壤氮矿化过程, 且土壤NH4+-N和NO3--N的含量随着土壤水分的增加而逐渐增加。此外, 土壤氮矿化作用也会受到土地利用方式的影响, 使其呈现出相反的变化(Templer et al., 2005), 如Frank等(2000)发现在黄石公园不同的草地生态系统中, 与围封样地相比, 放牧样地的土壤净氮矿化速率较高。Andersson等(2002)发现随着施肥梯度的增加, 土壤净氮矿化速率也在不断增加, 而在非施肥样地呈现出下降的趋势。然而, Goodale和Aber (2001)发现不同的土地利用历史(如火烧、农田和风蚀等)并没有对土壤氮矿化产生显著的影响。整体而言, 对土壤氮矿化的研究主要是集中于不同的降雨强度梯度的调查研究, 或是在既定的区域范围内进行控制试验研究(Amundson et al., 2003), 但这些研究并没有清晰地说明在不同的降雨处理和土地利用历史条件下, 影响土壤氮矿化的主要调控因子是什么。因此, 本研究在充分了解已有的关于降雨影响土壤氮矿化的研究进展的基础上, 结合全球降雨变化的年际间间断性特点(Knapp et al., 2001), 设计了不同的降雨强度和时间频次对土壤氮矿化影响的研究方案和思路。
试验样地位于内蒙古锡林郭勒草原中国科学院内蒙古草原态系统定位研究站的羊草群落样地(43.55° N, 116.67° E, 海拔1 200-1 250 m)。植被类型属于温带典型草原, 气候类型为半干旱季风气候。该地区多年平均年降水量(1970-2015年)为336 mm, 且60%-80%降水集中于5-8月份, 多年平均气温(1970-2015年)为0.5 ℃。土壤类型为暗栗钙土, 土层深度可达1 m (Bai et al., 2004)。1999年围封样地自1999年开始围封, 至今已经有18年的禁牧历史, 植物群落自然恢复较好, 主要优势物种为羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)和羽茅(Achnatherum sibiricum)等; 2013年围封样地自2013年开始围封, 草地重度退化, 主要优势物种为大针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、羊草和冰草(Agropyron cristarum)等。两块样地相距约200 m, 样地面积均为60 m × 100 m, 每个增雨或减雨试验小区面积为3.6 m × 3.6 m, 且试验小区间距为1 m。
1.2 试验设计
本试验采用随机区组设计, 包括降雨强度和降雨时间频次2个处理, 每个处理分别设置3个水平, 其中降雨强度的3个水平为: 增雨50% (+P)、减雨50% (-P)、对照(CK)。降雨时间频次的3个水平为: 连续3年增雨或减雨处理(Y3)、连续2年增雨或减雨处理, 然后自然恢复1年(Y2)、增雨或减雨1年处理, 然后自然恢复1年(Y1), 共设计7个处理, 沿降雨梯度分别为: -PY3、-PY2、-PY1、对照(CK)、+PY1、+PY2、+PY3, 每个处理5个重复。增雨和减雨试验装置参照Yahdjian和Sala (2002)的降雨试验平台, 整个装置采用不锈钢管架搭建而成(面积3.61 m × 3.63 m, 上端高1.5 m, 下端高1.0 m), 然后将PVC板(透光性大于95%)对折90度, 固定在减雨棚上, 并使其水平面积正好等于遮雨棚的1/2, 以保证减少降雨50%。在每一个减雨装置末端, 放置两个固定的橡胶桶(用连通管连接), 以接收减少50%的自然降雨, 且在每次自然降雨过后, 选择在早晨或者傍晚时间, 将从减雨50%小区收集到的自然降水, 通过喷壶均匀地喷洒到增雨50%的小区, 以确保增雨达到50%。这样既可以避免中午较强的蒸发作用的影响, 又可确保没有地表径流发生, 对照不做任何处理。该试验自2013年5月底开始进行降雨处理, 并于6月初进行植物和土壤指标的各项观测, 土壤氮矿化试验于2015年6月初到9月初进行。
Fig. 1 Seasonal changes in soil NH4+-N, NO3--N and inorganic nitrogen (N) concentrations at different precipitation intensity and temporal distribution treatments (mean ± SE, n = 5). Different lowercase letters indicate the significant differences among different months for a given precipitation treatment. Precipitation treatments: -PY3, decreased precipitation for three years; -PY2, decreased precipitation for two years and no treatment for one year; -PY1, decreased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY1, increased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY2, increased precipitation for two years and no treatment for one year; +PY3, increased precipitation for three years.
Table 1 F values of repeated measures analysis of variance for soil inorganic nitrogen (N) concentrations, net N mineralization rate (Rmin) and net nitrification rate (Rnit), soil temperature and water content, using precipitation treatment (PT), sampling time (ST), and their interactions (PT × ST) as fixed-effects
Fig. 2 Seasonal changes in soil temperature and water content at different precipitation intensity and temporal distribution treatments (mean ± SE, n = 5). Different lowercase letters indicate the significant differences among different months for a given precipitation treatment. Precipitation treatments: -PY3, decreased precipitation for three years; -PY2, decreased precipitation for two years and no treatment for one year; -PY1, decreased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY1, increased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY2, increased precipitation for two years and no treatment for one year; +PY3, increased precipitation for three years.
Fig. 3 Effects of precipitation intensity and temporal distribution on soil water content (mean ± SE, n = 5). Different lowercase letters indicate significant differences among precipitation treatments for a given month; ns indicates no significant difference among precipitation treatments for a given month. Precipitation treatments: -PY3, decreased precipitation for three years; -PY2, decreased precipitation for two years and no treatment for one year; -PY1, decreased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY1, increased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY2, increased precipitation for two years and no treatment for one year; +PY3, increased precipitation for three years.
Fig. 4 Effects of precipitation intensity and temporal distribution on soil net N mineralization (Rmin) and net nitrification rates (Rnit) (mean ± SE, n = 5). Different lowercase letters indicate significant differences among precipitation treatments for a given month; ns indicates no significant difference among precipitation treatments for a given month. Precipitation treatments: -PY3, decreased precipitation for three years; -PY2, decreased precipitation for two years and no treatment for one year; -PY1, decreased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY1, increased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY2, increased precipitation for two years and no treatment for one year; +PY3, increased precipitation for three years.
Fig. 5 Effects of precipitation intensity and temporal distribution on total cumulative net nitrogen (N) mineralization and nitrification (mean ± SE, n = 5). No significant difference among precipitation treatments. Precipitation treatments: -PY3, decreased precipitation for three years; -PY2, decreased precipitation for two years and no treatment for one year; -PY1, decreased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY1, increased precipitation for one year and no treatment for one year; +PY2, increased precipitation for two years and no treatment for one year; +PY3, increased precipitation for three years.
Table 2 Pearson correlation coefficients of soil inorganic nitrogen (N), net N mineralization (Rmin) and nitrification (Rnit) rates, cumulative net N mineralization (Cmin) and nitrification (Cnit) with soil temperature and water content
土壤指标 Soil properties
2013年围封样地 Fenced site in 2013
1999年围封样地 Fenced site in 1999
土壤温度 Soil temperature (℃)
土壤含水量 Soil water content (%)
土壤温度 Soil temperature (℃)
土壤含水量 Soil water content (%)
硝态氮 NO3--N (g·m-2)
0.446***
0.130ns
0.125ns
0.089ns
铵态氮 NH4+-N (g·m-2)
0.383**
0.344***
0.509***
-0.379***
无机氮 Inorganic N (g·m-2)
0.030ns
0.347***
0.393***
-0.189ns
净氮矿化速率 Rmin (mg·m-2·d-1)
0.005ns
0.317***
0.410***
-0.214*
净硝化速率 Rnit (mg·m-2·d-1)
0.257*
0.064ns
0.130ns
0.027ns
累积氮矿化含量 Cmin (g·m-2)
0.414ns
0.071ns
0.065ns
0.455*
累积硝化量 Cnit (g·m-2)
0.491ns
0.018ns
0.137ns
0.539**
*, p < 0.05; **, p < 0.01; ***, p < 0.001; ns, p > 0.05.
Appendix Ⅰ The differences in soil ammonium nitrogen（N），nitrate N and inorganic N among different precipition treatment for a give month at the fenced plot of 2013（mean±SE，n=5 ）
Appendix 【-逻*辑*与-】#x02161; The differences in soil ammonium nitrogen（N），nitrate N and inorganic N among different precipition treatment for a give month at the fenced plot of 1999（mean±SE，n=5 ）
Appendix ⅡThe differences in soil ammonium nitrogen（N）,nitrate N and inorganic N among different precipition treatment for a give month at the fenced plot of 1999（mean±SE,n=5 ）
The authors have declared that no competing interests exist.
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Effects of warming and increased precipitation on soil carbon mineralization in an Inner Mongolian grassland after 6 years of treatments.
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Global patterns of the isotopic composition of soil and plant nitrogen.
1
2003
... 土壤氮矿化主要是指土壤中的有机氮经过微生物的分解作用转化为无机氮(主要为NH4+-N和NO3--N)的过程(Chapin et al., 2011), 这也是植物利用土壤中无机氮合成自身体内许多重要物质的主要途径(Jackson et al., 2008).尽管土壤氮矿化为植物和微生物的生长提供了非常重要的物质基础, 但是它又易受到水分条件的影响(Burke et al., 1998), 如在受水分限制的生态系统中, 土壤中氮元素的吸收主要受限于水分的可利用性. 在降雨量和土壤含水量增加的情况下, 土壤中的无机氮会随之增加, 促进植物对无机氮的吸收, 但这也会导致土壤中可利用性氮的减少(唐树梅和漆智平, 1997; Chen et al., 2012).同理, 当土壤含水量降低时, 由于水分的限制作用抑制了植物对土壤中可利用性氮的吸收, 从而有利于土壤无机氮的累积(Weltzin et al., 2009).也有一些研究表明, 当土壤含水量超过某个临界值时, 会抑制土壤氮矿化过程(吴建国等, 2007; 李玉霖等, 2013).尽管对土壤氮矿化的研究已有很多, 但是并没有得出较一致的结论.如早期的研究发现, 从干旱草原到湿地生态系统, 土壤氮矿化作用会随着土壤水分的增加而增强(Tracy & Frank, 1998), 然而也有一些研究发现, 土壤氮矿化作用会随着土壤水分的不断增加而逐渐下降(Aranibar et al., 2004).近期武丹丹等(2016)通过降雨试验发现, 降雨量的改变显著地影响了土壤氮矿化过程, 且土壤NH4+-N和NO3--N的含量随着土壤水分的增加而逐渐增加.此外, 土壤氮矿化作用也会受到土地利用方式的影响, 使其呈现出相反的变化(Templer et al., 2005), 如Frank等(2000)发现在黄石公园不同的草地生态系统中, 与围封样地相比, 放牧样地的土壤净氮矿化速率较高.Andersson等(2002)发现随着施肥梯度的增加, 土壤净氮矿化速率也在不断增加, 而在非施肥样地呈现出下降的趋势.然而, Goodale和Aber (2001)发现不同的土地利用历史(如火烧、农田和风蚀等)并没有对土壤氮矿化产生显著的影响.整体而言, 对土壤氮矿化的研究主要是集中于不同的降雨强度梯度的调查研究, 或是在既定的区域范围内进行控制试验研究(Amundson et al., 2003), 但这些研究并没有清晰地说明在不同的降雨处理和土地利用历史条件下, 影响土壤氮矿化的主要调控因子是什么.因此, 本研究在充分了解已有的关于降雨影响土壤氮矿化的研究进展的基础上, 结合全球降雨变化的年际间间断性特点(Knapp et al., 2001), 设计了不同的降雨强度和时间频次对土壤氮矿化影响的研究方案和思路. ...
Indices for nitrogen status and nitrate leaching from Norway spruce (
2002
Nitrogen cycling in the soil-plant system along a precipitation gradient in the Kalahari sands.
1
2004
... 土壤氮矿化主要是指土壤中的有机氮经过微生物的分解作用转化为无机氮(主要为NH4+-N和NO3--N)的过程(Chapin et al., 2011), 这也是植物利用土壤中无机氮合成自身体内许多重要物质的主要途径(Jackson et al., 2008).尽管土壤氮矿化为植物和微生物的生长提供了非常重要的物质基础, 但是它又易受到水分条件的影响(Burke et al., 1998), 如在受水分限制的生态系统中, 土壤中氮元素的吸收主要受限于水分的可利用性. 在降雨量和土壤含水量增加的情况下, 土壤中的无机氮会随之增加, 促进植物对无机氮的吸收, 但这也会导致土壤中可利用性氮的减少(唐树梅和漆智平, 1997; Chen et al., 2012).同理, 当土壤含水量降低时, 由于水分的限制作用抑制了植物对土壤中可利用性氮的吸收, 从而有利于土壤无机氮的累积(Weltzin et al., 2009).也有一些研究表明, 当土壤含水量超过某个临界值时, 会抑制土壤氮矿化过程(吴建国等, 2007; 李玉霖等, 2013).尽管对土壤氮矿化的研究已有很多, 但是并没有得出较一致的结论.如早期的研究发现, 从干旱草原到湿地生态系统, 土壤氮矿化作用会随着土壤水分的增加而增强(Tracy & Frank, 1998), 然而也有一些研究发现, 土壤氮矿化作用会随着土壤水分的不断增加而逐渐下降(Aranibar et al., 2004).近期武丹丹等(2016)通过降雨试验发现, 降雨量的改变显著地影响了土壤氮矿化过程, 且土壤NH4+-N和NO3--N的含量随着土壤水分的增加而逐渐增加.此外, 土壤氮矿化作用也会受到土地利用方式的影响, 使其呈现出相反的变化(Templer et al., 2005), 如Frank等(2000)发现在黄石公园不同的草地生态系统中, 与围封样地相比, 放牧样地的土壤净氮矿化速率较高.Andersson等(2002)发现随着施肥梯度的增加, 土壤净氮矿化速率也在不断增加, 而在非施肥样地呈现出下降的趋势.然而, Goodale和Aber (2001)发现不同的土地利用历史(如火烧、农田和风蚀等)并没有对土壤氮矿化产生显著的影响.整体而言, 对土壤氮矿化的研究主要是集中于不同的降雨强度梯度的调查研究, 或是在既定的区域范围内进行控制试验研究(Amundson et al., 2003), 但这些研究并没有清晰地说明在不同的降雨处理和土地利用历史条件下, 影响土壤氮矿化的主要调控因子是什么.因此, 本研究在充分了解已有的关于降雨影响土壤氮矿化的研究进展的基础上, 结合全球降雨变化的年际间间断性特点(Knapp et al., 2001), 设计了不同的降雨强度和时间频次对土壤氮矿化影响的研究方案和思路. ...
Warming and drought reduce temperature sensitivity of nitrogen transformations.
2013
Ecosystem stability and compensatory effects in the Inner Mongolia grassland.
2
2004
... 试验样地位于内蒙古锡林郭勒草原中国科学院内蒙古草原态系统定位研究站的羊草群落样地(43.55° N, 116.67° E, 海拔1 200-1 250 m).植被类型属于温带典型草原, 气候类型为半干旱季风气候.该地区多年平均年降水量(1970-2015年)为336 mm, 且60%-80%降水集中于5-8月份, 多年平均气温(1970-2015年)为0.5 ℃.土壤类型为暗栗钙土, 土层深度可达1 m (Bai et al., 2004).1999年围封样地自1999年开始围封, 至今已经有18年的禁牧历史, 植物群落自然恢复较好, 主要优势物种为羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)和羽茅(Achnatherum sibiricum)等; 2013年围封样地自2013年开始围封, 草地重度退化, 主要优势物种为大针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、羊草和冰草(Agropyron cristarum)等.两块样地相距约200 m, 样地面积均为60 m × 100 m, 每个增雨或减雨试验小区面积为3.6 m × 3.6 m, 且试验小区间距为1 m. ...
Soil water content increment as a controlling variable of the “Birch effect”. Interactions with the pre-wetting soil water content and litter addition.
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2014
... 土壤氮矿化主要是指土壤中的有机氮经过微生物的分解作用转化为无机氮(主要为NH4+-N和NO3--N)的过程(Chapin et al., 2011), 这也是植物利用土壤中无机氮合成自身体内许多重要物质的主要途径(Jackson et al., 2008).尽管土壤氮矿化为植物和微生物的生长提供了非常重要的物质基础, 但是它又易受到水分条件的影响(Burke et al., 1998), 如在受水分限制的生态系统中, 土壤中氮元素的吸收主要受限于水分的可利用性. 在降雨量和土壤含水量增加的情况下, 土壤中的无机氮会随之增加, 促进植物对无机氮的吸收, 但这也会导致土壤中可利用性氮的减少(唐树梅和漆智平, 1997; Chen et al., 2012).同理, 当土壤含水量降低时, 由于水分的限制作用抑制了植物对土壤中可利用性氮的吸收, 从而有利于土壤无机氮的累积(Weltzin et al., 2009).也有一些研究表明, 当土壤含水量超过某个临界值时, 会抑制土壤氮矿化过程(吴建国等, 2007; 李玉霖等, 2013).尽管对土壤氮矿化的研究已有很多, 但是并没有得出较一致的结论.如早期的研究发现, 从干旱草原到湿地生态系统, 土壤氮矿化作用会随着土壤水分的增加而增强(Tracy & Frank, 1998), 然而也有一些研究发现, 土壤氮矿化作用会随着土壤水分的不断增加而逐渐下降(Aranibar et al., 2004).近期武丹丹等(2016)通过降雨试验发现, 降雨量的改变显著地影响了土壤氮矿化过程, 且土壤NH4+-N和NO3--N的含量随着土壤水分的增加而逐渐增加.此外, 土壤氮矿化作用也会受到土地利用方式的影响, 使其呈现出相反的变化(Templer et al., 2005), 如Frank等(2000)发现在黄石公园不同的草地生态系统中, 与围封样地相比, 放牧样地的土壤净氮矿化速率较高.Andersson等(2002)发现随着施肥梯度的增加, 土壤净氮矿化速率也在不断增加, 而在非施肥样地呈现出下降的趋势.然而, Goodale和Aber (2001)发现不同的土地利用历史(如火烧、农田和风蚀等)并没有对土壤氮矿化产生显著的影响.整体而言, 对土壤氮矿化的研究主要是集中于不同的降雨强度梯度的调查研究, 或是在既定的区域范围内进行控制试验研究(Amundson et al., 2003), 但这些研究并没有清晰地说明在不同的降雨处理和土地利用历史条件下, 影响土壤氮矿化的主要调控因子是什么.因此, 本研究在充分了解已有的关于降雨影响土壤氮矿化的研究进展的基础上, 结合全球降雨变化的年际间间断性特点(Knapp et al., 2001), 设计了不同的降雨强度和时间频次对土壤氮矿化影响的研究方案和思路. ...
... 很多研究发现, 土壤含水量和土壤温度是影响土壤无机氮库和氮矿化速率的两个主要因素(Wang et al., 2006; 李玉霖等, 2013), 尤其是在内蒙古半干旱草原, 土壤水分可能是影响土壤氮矿化的首要限制因子, 而土壤温度次之.如在2013年围封样地, 7月份发生了土壤氮固持现象, 其原因可能是7月份土壤含水量最低, 而土壤温度最高, 抑制了土壤氮矿化速率.很多研究发现, 土壤水分是影响微生物活性、加快土壤有机氮分解的重要因素之一(Cregger et al., 2014; Delgado Baquerizo et al., 2014), 而温度又是提高土壤酶活性和土壤氧化作用的关键因素(Prieto et al., 2011; Wang, 2014).因此, 只有土壤温度和土壤含水量处于一个相对比较适宜的条件下, 才会促进土壤氮矿化速率的增加(Chapin et al., 2011), 如果土壤含水量和温度高于或低于一定的范围, 均会抑制土壤氮矿化速率(Wang et al., 2006).但是在1999年围封样地, 尽管7月份也是土壤水分最低, 而土壤温度最高, 却没有发生氮固持现象, 其原因可能是其自然封育时间较长, 土壤对胁迫环境的抗性和恢复力较强.此外, 我们研究也发现, 在2013年和1999年围封样地, 土壤净氮矿化速率和净硝化速率会随着增雨或减雨时间频次的增加而降低, 且其最高值均出现在减雨或增雨1年恢复1年处理(±PY1), 这些结果均表明, 降雨强度和时间频次过大会对土壤氮矿化速率和净硝化速率产生抑制作用, 而适宜的土壤水分和温度条件更有利于氮矿化作用. ...
不同含水量条件下模拟增温对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响
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2013
... IPCC (2014)指出: 随着全球气候的变化, 全球性极端气候事件发生的频率会逐渐增加, 其中降雨格局的不断改变, 尤其是降雨强度的变化会对土壤氮矿化过程产生重要影响(Hu et al., 2014).研究表明, 降雨影响土壤氮矿化过程, 主要是通过影响土壤含水量、土壤温度和氮的淋溶, 进而影响土壤氮循环过程, 特别是降雨量的增大会使得土壤含水量显著提高, 土壤温度下降, 从而影响土壤微生物的活性, 最终对土壤氮矿化甚至对整个生态系统的氮循环产生较大的影响(同小娟等, 2005; Cregger et al., 2014; Liao et al., 2016). ...
Seasonal patterns of nitrogen cycling in subtropical short-hydroperiod wetlands: Effects of precipitation and restoration.
, 白永飞
