森林土壤氮转化过程中DON的生成特征
摘要:本文阐述了DON的来源以及在氮循环中的地位。影响DON生成的因素多且复杂,本论文综述了不同因子(林分类型、季节、海拔高度、土壤类型、酶活性等)对DON生成的影响,也介绍了一些测定DON含量的研究方法。在总结了国内外不同研究成果和进展的基础上,明确了DON在森林氮循环系统中有着十分重要的地位,制约着林分的生产力,同时对于揭示森林生态系统功能也有着重要意义。此外,目前世界上对DON的研究还存在着一些方面的缺乏,未来应更加注重。
关键词:可溶性有机氮 氮循环 森林生态系统
1.DON的来源及其功能
1.1 DON的概念及其来源
氮在植物生长过程中是一种十分重要且必不可少的元素,在参与植物正常发育过程中的作用非常大。在森林的养分循环中,N的循环成为了近些年来许多学者关注的焦点。土壤中储存的氮元素在氮循环中占有主体地位,整个循环过程分为了N输入、N转化和N输出。土壤中的氮素输入,主要包括四个方面,分别为凋落物归还、人工施肥、大气沉降和植物或微生物的自生固氮作用[1]。在氮素转化过程中,有很多因素影响着氮转化的效率。土壤中的氮素的存在方式可以分为有机氮和无机氮两种。无机氮以水溶性的铵态氮和硝态氮形式为主,可以被植物直接吸收利用。土壤中大多数的氮则是以难以被直接利用的有机态形式存在,需要通过转化为无机氮后才能被吸收。在土壤有机氮中,可被水溶液或者盐溶液浸提出来的,我们称之为可溶性有机氮(DON)。可溶性有机氮的组分十分复杂,其中包括了比如蛋白一类的高分子有机氮聚合物、小分子肽一类的中分子量有机氮低聚物和氨基酸一类的低分子量有机氮单体[2]。可溶性有机氮的来源多种多样,其中包括了腐殖质(枯枝落叶层)的分解、微生物自身的代谢产物、微生物残体以及土壤有机物发生的淋溶过程等[1~6]。
1.2 DON在氮素循环过程中的作用
土壤中氮元素的内部转化分为三个内容:氨化作用、硝化作用和微生物主导的固持作用。氨化作用就是土壤中的N变为NH4 ,硝化作用则是NH4 进一步变为NO3-的过程。而微生物对已被矿化的无机氮加以利用,使其成为有机氮的过程就是固持。固持作用和矿化(氨化作用和硝化作用)是两个相反的过程[7]。
DON是有机氮转化为无机氮的中间产物,影响土壤养分的有效性和流动性。加深对土壤中DON的数量大小和动态变化特征的理解,有助于提高森林生产力和持续性[8]。气候温度的变化、土壤类型、林分类型、海拔的变化、森林中枯枝落叶层的多少、微生物群落的活性高低、微生物残体和代谢产物(酶)的数量以及根系分泌物等很多因素,都在一定程度上影响了DON 的生成 [9~10]。
2. 森林土壤DON生成的影响因子分析
2.1林分类型
林分类型不同,土壤中DON的来源也不相同,导致DON 的含量不同。郭新春[11]在对亚热带阔叶林、针阔混交林和针叶林3种林分类型的研究表明,土壤中的DON含量表现为阔叶林大于针阔混交林和针叶林。张彪等[12]对福建万木林自然保护区的细柄阿丁枫天然林、米槠天然林和杉木人工林三种不同林分类型的研究中,细柄阿丁枫天然林的土壤DON含量最高,均显著高于其他两种林分;米槠天然林和杉木人工林各土层之间的DON含量差异不明显。
曹阳阳[13]指出,在黄土丘陵区不同人工林和草地土壤的DON含量存在显著性差异,总体上的表现为沙棘林增加的土壤的DON含量均高于杏树林及草地,刺槐林及油松林全年平均未表现出对DON的明显影响。
肖好燕等[8]的研究结果表明,在供试的天然林、毛竹林、格氏栲人工林和杉木人工林等4种林分种中,土壤DON含量排序以天然林最高,依次往下为毛竹林、格氏栲和杉木人工林。
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