( 11Northeast Institute of Geography and Agricultural Ecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012, China; 21Graduate University
of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract: By laboratory incubation experiment, under aerobic and submerged soil moisture conditions, we investigated the mineralization of soil organic carbon ( SOC) and contents of dissolved organic carbon ( DOC) with different nitrogen inputs in a freshwater marsh soil. The results showed that under aerobic condition, there were no significant effects on the mineralization of SOC and contents of DOC as the net nitrogen input was 1 mg# g- 1 ( N1) , however , they were significantly higher than control and N1 treatments when nitrogen input increased to 2 and 5 mg# g- 1 ( N2, N3) , and the amount of DOC was respectively 187122% and 203125% higher than control ( 250162 mg# kg- 1 ) . Under submerged condition, all N treatments restrained the mineralization of SOC, and the content of DOC was respectively 88134% ( N1) , 821 69% ( N2) and 801 04% ( N3) lower than control ( 642152 mg#kg- 1 ) . There were significant positive correlations between the contents of DOC and the amounts of cumulative C by mineralization( R2 was 01939 and 01843, respectively ) , which suggested that the changes of DOC affected by N input might be one of the important reasons that arose the differences of SOC mineralization. The results also indicate that as the waterlogged environment disappeared in wetland, the supply of exogenous nitrogen might bring large loss of SOC through enhancing the mineralization of SOC and leaching of DOC. Key words: marsh; nitrogen input; soil organic carbon; mineralization; DOC
pH
土壤容重Pg#cm- 3
沼泽草甸土( 0~ 20 cm)
48160( 01 199)
Hale Waihona Puke 3161 93( 111 89)37145( 31 61)
5135( 01 08)
0199( 01 018)
1) 括号内数据为标准差( n = 3) , 下同
112 试验设计 随机取 20 g( 干土重) 过 2 mm 筛的备用土壤均
Exogenous Nitrogen Enrichment Impact on the Carbon Mineralization and DOC of
the Freshwater Marsh Soil
LIU De-yan1, 2 , SONG Chang- chun1 , WANG Li1, 2 , WANG L-i li1, 2 , LI Ying- chen1, 2
采用碱解扩散法测定, 有效磷采用碳酸氢钠法 测定[ 14] .
表 1 供试土壤的基本理化性质1)
Table 1 Basic physical and chemical propert ies of the research soil
土壤类型
总有机碳Pg#kg- 1
速效氮Pmg#kg- 1
有效磷Pmg#kg- 1
矿化和土壤 DOC 含量的影响, 对于认识不同水分条 件下外源氮输入对沼泽湿地土壤有机碳矿化和土壤 DOC 含量的影响, 揭示土壤有机碳矿化与土壤 DOC 含量的关系具有重要意义, 以期为进一步深入认识 沼泽湿地生态系统对外源营养输入的响应特征提供
2 mm 筛, 用于以下培养试验; 另一部分自然风干, 测 定其基本理化性状( 表 1) . 其中, 土壤总有机碳采用 重铬酸钾 ( K2 Cr2 O7 ) 容量 法- 外 加热法测定, 速效氮
浓江河与别拉洪河河间地带( 47b35cN, 133b31cE) , 其 间分布有大面积的天然沼泽湿地及由湿地垦殖而成 的农田. 区内海拔 5514~ 5719 m, 属于温带大陆性季 风气候, 年均气温 119 e , 年均降雨量 550~ 600 mm, 主要集中于夏秋两季. 主要湿地类型为常年积水型 毛苔草( Carex lasiocarpa) 沼泽和季节性积水型小叶
湿地是陆地生态系统的重要组成部分, 在维护 区域生态平衡、生物多样性保护及碳存储中起着重 要作用[ 1] . 工业革命以前, 大气降水作为沼泽湿地的 主要补给源[ 2] , 其接受较少外源营养物质( 特别是氮 素) 的输入. 然而, 由于气候变迁和人类活动的增强, 全球湿地面积迅速减少, 尤其是湿地开垦为农田后, 大量化学肥料的使用, 使农业生产过程中流失的氮、 磷等营养元素随地表径流、大气沉降等多种途径进
匀放入培养瓶底部, 其中以体积为 600 mL 的玻璃瓶 作为试验用培养瓶, 用中间有一小孔的橡胶塞塞住 瓶口, 瓶塞小孔处涂上 704 硅胶防止漏气. 试验设置 淹水和好气 2 种处理: 淹水处理, 每个培养瓶中均匀 撒入 50 mL 去离子水, 此时土层以上水面约 2 cm; 好 气处 理, 根 据 由土 壤 含 水 量 及 田 间 最 大 持 水 量 ( WHC) 计算出 60% WHC 时的需水量, 均匀加入培 养瓶底部土壤中; 同时设 3 个没有土壤的培养瓶作 为空白处理. 将所有培养瓶在 25 e 下避光预培养 24 h 后, 进行施氮处理.
入自然湿地, 将会对湿地生态系统的碳循环过程产 生一定影响, 干扰其原有的碳平衡过程[ 3, 4] .
沼泽湿 地 作 为陆 地 生 态 系 统一 个 巨 大 的 碳
/ 汇0, 其碳存储主要以土壤有机碳的形式存在, 在酸 性和中性土壤中 CO2 的产生可能主要 来自于土壤 微生物对 有机 碳的 矿化[5] . 而土 壤可 溶 性有 机碳 ( DOC) 是土壤微生物的最主要能源[ 6] , 影响土壤生 物活性[ 7] . 目前, 有关学者进行了水分状况对土壤有
收稿日期: 2007-12-24; 修订日期: 2008-03-06 基金项目: 国家自然科学基金 项目( 40771189) ; 中国科学 院知识创 新
工程重要方向项目( KZCX2-YW-309) ; 中国科 学院/ 东北 振 兴0 项目( DBZX-2- 024) 作者简介: 刘德燕( 1981~ ) , 女, 博士研究生, 主要研究方向为湿地 环 境变化与物质循环, E-mail: liudeyan88@ 163. com * 通讯联系人, E-mail: songcc@ neigae. ac. cn
第 29 卷第 12 期 2008 年 12 月
环 境科 学 ENVIRONMENTAL SCIENCE
Vol. 29, No. 12 Dec. , 2008
外源氮输入对湿地土壤有机碳矿化及可溶性有机碳的 影响
刘德燕1, 2 , 宋长春1* , 王丽1, 2 , 王丽丽1, 2 , 李英臣1, 2
( 11 中国科 学院东北地理与农业生态研究所, 长春 130012; 21 中国科学院研究生院, 北京 100049) 摘要: 采用室内模拟试验, 在好气和淹水 2 个土壤 水分条件下, 研究了外源氮输入对沼泽湿地土壤有机 碳矿化和土壤可溶性有 机碳( DOC) 含量的影响. 结果表明, 好气条件下, 净氮输入 量为 1 mg#g- 1 ( N1) 的 氮处理 水平对 土壤有 机碳矿 化和 DOC 含量 的 影响不 显 著, 而净 氮 输 入 量为 2 和 5 mg#g- 1 ( N2、N3) 时, 土 壤 DOC 含 量 显 著 增加, 分 别 比对 照 ( 250162 mg# kg- 1 ) 增 加 了 1871 22% 和 203125% , 并显著促进了土壤有机 碳的矿化; 淹水条件下, 外源氮输入则抑制了土壤有机碳的矿化, N1、N2、N3 处理 下土壤 DOC 含量分别比对照( 642152 mg# kg- 1 ) 降低了 88134% 、82169% 、80104% ; 不同水分条件下, 土壤 DOC 含 量与有机碳的 累积矿化量均呈显著正相关关系( R2 分别为 01939、01843) , 由外 源氮输入引 起土壤 DOC 含 量的变化 可能是 导致土 壤有机 碳 矿化差异的主要原因之一. 研究结果还表明, 伴随着沼泽 湿地积 水消退和 外源氮 输入的 增多, 将会加 快湿地 土壤有 机碳的 矿 化和土壤 DOC 的淋失, 造成湿地土壤有机碳的大量损失. 关键词: 沼泽湿地; 氮输入; 土壤有机碳; 矿化; DOC 中图分类号: X142; X 171 文献标识码: A 文章编号: 0250-3301( 2008) 12-3525-06