DOC《南京林业大学》

4、CH3OH和CH3OCH3为主要碳源.它们具有甲烷单加氧酶系.这类细菌能利用其甲烷单加氧酶系将NH4+氧化成NH2OH ,再由脱氢酶氧化成NO. 硝化作用中一般自养型硝化作用占主要部分,但在一定条件下异养型也可能起主导作用. 研究土壤硝化作用的传统方法主要有埋袋原位培养技术、加盖原位培养技术、平衡室技术和同位素稀释技术,但是每种方法都存在着一些缺陷.15N同位素法和C2H2抑制法能同时测定硝化和反硝化速率的方法,并且在硝化速率的测定方法中,只有同位素稀释技术可测定总硝化作用的强度,其他方法测定的都是净硝化速率[8].气压过程分离技术(BaPS)是一种较新的可以同时测量土壤硝化、反硝化以及呼吸速率的研究方法.同时该方法操作简便,测定准确,并且可以测定总硝化速率. 在与氮的矿化同时进行的是微生物将已矿化的无机氮同化形成有机氮的过程,这个过程被称为矿化N的固持.这个过程与矿化相反,氮转化为有机氮形式并成为微生物的一部分.矿化和固持过程相互抵消后的余额称为净矿化或净固持[9]. 1.1.2 土壤氮素转化在人工林生长和生态系统氮循环过程中的作用 氮是植物生长和发育所需的大量营养元素之一,也是植物从土壤中吸收量最大的矿质元素[3],而NH4+-N和NO3--N是能被植物吸收和利用的主要形式.因此氮的矿化为林木生长所需氮源的主要来源,氮矿化速率决定了土壤中用于植物生长的氮素的可利用性,是森林生态系统氮素循环最重要的过程之一.另外,氮矿化研究对于揭示生态系统功能、生物地球化学循环过程的本质有重要意义,主要表现在四个方面:①氮可利用性限制了植物对土壤氮素的养分利用效率,直接影响到陆地生态系统的生产力;

②氮可利用性与群落演替间存在反馈关系;

③矿化过程还影响到森林生态系统土壤氮素的渗漏流失和气态损失,关系到环境污染和氮素经济利用;

④氮氧化物向大气中的排放是温室效应和全球变暖的重要诱因[10]. 硝化作用对生态环境的影响很大,一方面能够减轻环境中NH4+-N的毒性,并减少了氨的挥发损失,另一方面生成的硝酸盐因为其溶解性好等特点,很多植物表现出对其的偏爱.从理论上讲,以NH4+-N为主要N源的植物比以NO3--N为主要N源的植物能显著的节约能量,从而具有竞争优势.当然,实际并非如此,因为总体来说,土壤氧气的存在使得大多数类型土壤中的N主要以NO3--N的形式存在.但也正因为NO3--N良好的流动性,在地下水丰富的地区,NO3--N极易流失并因其强阴离子特性加剧K+、Ca2+、Mg2+等离子的淋溶.高浓度的NO3--N还会加剧反硝化作用,生成NO2.根据发表的研究成果,认为NO2作为一种非常重要的温室气体,整个温室效应的5%~10%都是由其所引起的.另外,N2O对臭氧空洞的形成和影响至关重要.同时,较高的硝化作用速率也会导致土壤酸化、缓冲能力降低等环境效应[9]. 对N进行固持作用的细菌和真菌通常在生长过程中具有较高的N浓度.相比于植物凋落物,这些微生物中N的含量要高得多.在N的固持过程中,土壤微生物分解有机物质释放CO2,而N则被保持在微生物的生物量中.当微生物生长减缓时,N的进一步固持也随之减少.随着微生物种群的死亡,其残体被其它微生物矿化,所固持的N从死亡微生物组织中以NH4+-N的形式再一次释放出来,成为植物生长所需的可利用态N.另外,在微生物对N的固持过程中,土壤微生物不仅能保持从有机质分解过程中释放的养分,同时还能积累土壤溶液中其它来源的可利用养分[3]. 应用15N示踪,Marumoto等[11]发现土壤中许多矿化的N是从死亡的微生物释放的,而不是直接来自土壤有机物质.取食细菌和真菌的土壤动物的出现可增加从微生物组织释放N的速率[12,13].Vitousek等[14]对美国东南部的松林进行研究时发现,土壤微生物N固持是生态系统N维持的主要机制.微生物的固持还可以延迟北美高原草地燃烧后NO3--N的丢失[15].尽管土壤微生物常明显表现出对NH4+-N的偏爱,但NO3--N也可能被土壤微生物固持[16].以上的研究成果都证明了微生物对N的固持以及周转不仅对N的供给具有显著的重要性,而且也是是土壤N的缓冲器和转运站[3,17,18]. 1.1.3 影响氮素转化和有效性的因子 由于土壤氨化作用主要是通过微生物过程发生的,所以土壤环境中影响微生物活动的因素势必会对氨化作用产生影响.总的来说,水稻土壤有机氮的氨化受土壤理化特性的显著影响,主要包括土壤微生物种类和数量、水位、水分、温度、有机质含量、植株的生长等.微生物的种类和数量直接影响氨化作用,而土壤的水位、含水率和温度等则是通过影响微生物区系和活性间接显著影响着氮的氨化作用. NH4+-N作为硝化反应的底物,硝化速率首先与NH4+-N的浓度有关.其次硝化过程还受制于硝化微生物的数量及土壤理化性质如pH值、土壤质地、Eh、水体中溶解氧浓度以及水位等多种因素.Zhu等[19]发........