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亚热带退耕还林区红壤氮素转化过程研究获新进展

2018-03-07   来源: 地调局岩溶所 作者:朱同彬

近日,中国地质调查局岩溶地质研究所在我国西南区坡地农田退耕还林后土壤氮素转化过程研究方面获得新进展。


西南山区坡地砍伐森林,开垦农田进行作物种植,引发诸如水土流失、石漠化发生和生物多样性降低等一系列负面环境和生态问题。基于此,国家自1999年先后实施退耕还林和还草等一系列生态恢复工程。退耕还林过程中森林低存活率和生长率以及较差的环境条件等因素都会限制退耕还林工程的积极作用。除水文和环境因素外,土壤氮素供应也是限制森林生产力和生态稳定性的关键因子。因此,研究退耕还林过程中土壤氮素的动态变化、有效性及其影响因素对于维持森林生长和生产力具有重要意义。


研究人员采用硝酸铵同位素双标记方法结合氮素转化模型,在桂林毛村野外基地调查了坡地农田退耕还林10年和50年后红壤不同形态氮库的转化过程速率,评估了无机氮供应和保持能力。结果发现,退耕还林10年和50年土壤无机氮的转化过程速率无显著差异,但与农田相比,退耕还林显著提高了土壤矿化速率、铵态氮的微生物同化速率和吸附速率,促进了铵态氮的快速转化。此外,退耕还林抑制了自养硝化速率(铵态氮氧化为硝态氮),导致硝态氮主要由异养硝化过程(有机氮直接氧化为硝态氮)产生,且总产生速率降低。同时,退耕还林提高了土壤硝态氮的微生物同化速率,进而促进硝态氮的消耗速率。因土壤氮素转化过程速率的改变,退耕还林10和50年后土壤硝态氮的净产生速率显著下降,其保持能力均恢复至原始林地水平,表明退耕还林有利于红壤无机氮保持能力的快速恢复。相关分析表明,退耕还林后土壤无机氮保持能力与有机碳、总氮、田间持水量、阳离子交换量、游离氧化铝和交换性铝离子含量成显著正相关,而与pH、全钙和交换性钙离子含量呈显著负相关,表明农业措施的缺失(如施用化肥和石灰)和土壤环境的改变是亚热带退耕还林区酸性红壤无机氮保持能力恢复的主要影响因素。

相关研究成果日前以Rapid recovery of nitrogen retention capacity in a subtropical acidic soil following afforestation为题,发表于Soil Biology Biochemistry (IF=4.86, 中科院一区)期刊上。


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退耕还林10年、50年和原始林地土壤氮素转化过程速率


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退耕还林10年、50年和原始林地土壤硝态氮保持能力