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科研论文

我院学者阐明高温多雨环境下亚热带酸性森林土壤的保氮机制

发布时间: 2013/10/15 16:25:55阅读次数:524
 在国家自然科学基金的持续资助下,南京师范大学地理科学学院张金波(第一作者)、蔡祖聪(通讯作者)等最近在Nature出版集团(nature publishing group)旗下期刊Scientific Reports发表了关于湿润亚热带地区酸性森林土壤的氮饱和机理方面的重要研究成果。

       现有的土壤氮素转化知识体系是基于对温带土壤氮转化的研究结果建立的,因此它不能很好地体现湿润热带-亚热带土壤的氮转化特点。一般认为,自然条件下,氮素是温带地区生态系统的限制因子,而湿润热带-亚热带地区生态系统氮素相对富集,土壤是氮饱和的。迄今为止,在强烈风化和淋溶的湿润热带-亚热带环境条件下,对于土壤如何保持和富集相对较易淋溶和流失的氮素的认识还很有限。在研究方法上,目前关于土壤氮素循环的研究多从不同形态氮的含量变化着手,测定土壤氮素的净转化速率,评估土壤氮素供应水平和淋溶风险。由于土壤中任何一种形态的氮含量变化都涉及多种产生和消耗过程,因此,仅以土壤氮的净转化速率不足以判断土壤氮转化过程及特定形态氮含量的变化。

       通过与国际氮循环领域的专家学者合作,蔡祖聪团队率先在国内建立了采用15N稳定同位素成对标记结合MCMC(Markov chain Monte Carlo)优化数值模型计算土壤氮初级转化速率的研究方法。采用该方法他们对比研究了温带和亚热带森林土壤氮素关键转化过程的初级转化速率,首次从土壤氮转化过程的角度,阐明了热带-亚热带森林土壤供氮和保氮机制。结果表明,在相近的土壤pH条件下,湿润热带-亚热带地区酸性森林土壤氮转化表现出以下显著的特点:1)有机氮周转速率快,无机氮产生量大;2)自养硝化和总硝化速率低,但异养硝化能力相对较强;3)温带地区的土壤微生物优先同化铵态氮,基本不同化硝态氮,湿润热带-亚热带酸性森林土壤微生物既同化铵态氮也同化硝态氮;4)对硝态氮的反硝化能力弱。湿润热带-亚热带酸性森林土壤的这些氮转化特点,使得土壤无机氮组成不同于温带土壤的硝态氮为主,而是以铵态氮为主,硝态氮含量很低。这样可以有效地减少无机氮的淋溶风险和硝态氮的反硝化损失,酸性的土壤环境又避免了铵态氮的挥发损失,因而亚热带酸性森林土壤能够有效地保持活性氮,并提供充分的无机氮以满足植物生长的需求。

       审稿专家高度评价了这项工作的研究意义,认为文章所阐述的研究发现丰富了对土壤氮转化过程的认识,阐明了亚热带森林土壤供氮和保氮机理,对于该地区活性氮调控具有积极意义。

       该成果是蔡祖聪团队在国家自然科学基金项目资助下利用15N稳定同位素成对标记方法研究湿润亚热带土壤氮转化特点取得的一系列研究成果之一,是在土壤氮循环研究领域发表的重要成果之一。该项研究工作先后得到国家自然科学基金重点项目“亚热带土壤氮关键转化过程”(批准号40830531)、青年科学基金项目“亚热带酸性土壤硝化过程及硝态氮微生物同化研究”(批准号41101209)及优秀青年科学基金项目“土壤氮素循环”(批准号41222005)资助,同时也得到江苏省高校优势学科建设工程资助项目资助。文章合作者之一德国吉森尤斯图斯-李比希大学(Justus-Liebig University Giessen)C. Muller教授提供了土壤氮初级转化速率计算模型。(原文作者:冷疏影 来源:国家自然科学基金委员会网站)

论文连接: http://www.nature.com/srep/2013/130802/srep02342/full/srep02342.html