泥炭沼泽氮素分布、转化及其环境效应研究 ——以长白山垂直自然带为例

论文摘要

氮素是与全球环境变化密切相关的重要元素之一。氮素是泥炭沼泽营养水平的指标之一，是主要的限制性养分，直接影响着沼泽生态系统的生产力。泥炭是沼泽湿地氮的载体，是氮素的源、汇或转化器。本文以长白山垂直自然带为研究对象，选取多个泥炭剖面，综合国内外的研究现状和研究区域的自然环境特征，系统分析了氮素在泥炭剖面中的空间含量、分布及其转化，通过培养实验研究泥炭中氮素的矿化过程、硝化过程和反硝化过程。在野外调查与室内实验分析的基础上，研究氮素在泥炭沼泽中的化学行为过程，并分析泥炭剖面中氮素迁移、转化过程所产生的潜在的生态环境效应。垂直自然带泥炭沼泽氮素研究结果表明：相同土层不同取样点测定值的计算结果，能够反映氮素在水平方向上的变异性。长白山泥炭沼泽中硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）和全氮（N）的水平变异性均较大，这主要由于氮素的矿化、硝化、反硝化作用以及泥炭中微生物的作用。氮素在垂直方向上也显现一定的变异性。全氮垂直分布除个别剖面外，大多数剖面都呈现全氮含量随剖面深度的增加而逐渐递减的趋势，泥炭上层有机质含量较高，全氮含量与有机质含量呈极显著的正相关是造成这种分布的主要原因之一；研究区典型泥炭剖面硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）垂直分布表现出大致相同的趋势，各泥炭剖面NO3--N含量分布均呈现较大的波动性，NH4+-N含量大致呈现逐渐递减的趋势。NO3-—N不易被泥炭吸附，易向下潜流，造成了波动性的分布，矿化作用在泥炭上层较强，导致NH4+-N随剖面的加深逐渐递减。垂直自然带泥炭沼泽金川和大牛沟两典型泥炭剖面矿化量与有效积温符合有效积温模型或指数模型。单个剖面在培养期内矿化量随有效积温的变化趋势一致，而剖面间则表现为相反的趋势。金川剖面在培养期内矿化量随有效积温的增加呈现不断增加的趋势，这是由于氮素的矿化作用所积累的铵态氮的量大于泥炭剖面中的微生物和泥炭动物对氮素的固持量，最终表现为在培养期内矿化量随有效积温的增加而逐渐增加的规律；大牛沟剖面则表现为培养期内矿化量随有效积温的增加而逐渐递减的趋势。其主要原因是泥炭剖面中的微生物和动物对氮的固持量明显高于氮素的矿化量，矿化所生成的铵态氮经泥炭中的微生物和动物固持作用后，重新转化为无机物，矿化-固持作用的最终结果是有效氮向无机氮的转化，系统净消耗有效氮。培养期间两采样剖面之间硝化量和反硝化量变化趋势一致，两典型剖面硝化量呈现随培养时间的延长逐渐递增的趋势，这是由于随着有效积温的增加，硝化微生物活性增强。反硝化量呈现随培养时间的延长逐渐递减的趋势，这是随着反硝化作用的进行，铵态氮含量减少所造成的；两典型泥炭剖面在培养期内氮素矿化速率与硝化速率差异较大，出现这种差异的主要原因是泥炭本身的物理化学性质存在区域和剖面分异的结果；反硝化速率随培养时间的延长均呈现递减的趋势，其主要原因是随着反硝化作用的进行，硝态氮含量减少，最终导致反硝化速率递减。泥炭沼泽氮素的迁移转化及空间分布受土壤自身理化性质、沼泽植物、气候、水文条件等因素的影响；泥炭沼泽氮素生物化学循环过程会破坏长白山泥炭生态系统的平衡，降低长白山研究区域地下水的水质，在一定程度上加剧长白山大气环境的温室效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义和目的
• 1.1.1 选题意义
• 1.1.2 选题目的
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 氮素空间分布研究进展
• 1.2.2 氮素化学过程机理及实验方法研究进展
• 1.2.3 湿地氮素化学行为过程影响因素研究进展
• 1.3 研究内容和创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文拟解决的关键问题
• 1.3.3 论文创新点
• 第二章 研究区域概况和研究方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 地质地貌条件
• 2.1.2 气候条件
• 2.1.3 植被状况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 野外采样
• 2.2.2 室内试验及分析
• 2.2.3 数据处理分析
• 2.2.4 技术路线
• 第三章 垂直自然带泥炭沼泽氮素空间分布
• 3.1 氮素水平分布
• 3.2 氮素垂直分布
• 3.2.1 全氮含量分布
• 3^--N、NH₄⁺-N含量分布'>3.2.2 NO₃^--N、NH₄⁺-N含量分布
• 第四章 垂直自然带泥炭沼泽氮素化学行为研究
• 4.1 泥炭剖面氮素矿化过程研究
• 4.1.1 矿化过程特征曲线模型研究
• 4.1.2 泥炭剖面氮素矿化速率研究
• 4.2 泥炭剖面氮素硝化过程研究
• 4.2.1 培养时间内硝态氮含量变化
• 4.2.2 泥炭剖面氮素硝化速率研究
• 4.3 泥炭剖面氮素反硝化过程研究
• 4.3.1 培养时间内硝态氮含量变化
• 4.3.2 泥炭剖面氮素反硝化速率研究
• 第五章 长白山典型泥炭沼泽氮素化学行为环境效应分析
• 5.1 采样点泥炭氮素矿化过程环境效应分析
• 5.2 采样点泥炭氮素硝化过程环境效应分析
• 5.3 采样点泥炭氮素反硝化过程环境效应分析
• 第六章 研究结论及展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢