火烧对内蒙古典型草原土壤氮矿化的影响及其调控因子

Fire is essential for the development and maintenance of grassland ecosystems, and affects ecosystem nutrient cycles.Nitrogen is an important limiting factors for primary productivity in terrestrial ecosystems. Soil nitrogen availability is largely determined by the process of microbial-mediated nitrogen mineralization. The influence of fire on the nitrogen dynamics has been widely studied, but the mechanisms still remained unclear. Moreover, most of the previous studies were artificially limited only in the growing season whereas neglecting the contribution from non-growing season. Winter process and spring snowmelt were, however, also found important in N transformation processes. Thus, our study will evaluate the effects of different frequency burning on soil gross nitrogen mineralization during growing season and non-growing season. We hypothesized that fire would have significant effects on soil N dynamics through regulating biotic and abiotic factors; Fire will significantly change nitrogen availability during non-growing season. To test these hypotheses, we will measure soil gross nitrogen mineralization, soil properties, plant nitrogen acquisition and soil microbial activity under burning treatments. The research will evaluate fire effects in grassland ecosystem and provide potential tools for grassland management.

火作为维持草原生态系统结构与功能的重要生态因子，影响生态系统养分循环过程。氮是大多数陆地生态系统初级生产力的重要限制因子，氮矿化作用是影响植物可利用性氮的关键过程。火烧对氮转化过程影响的研究，并未得出一致性结论，且机制性研究相对不足，另外，这些研究多局限于生长季期间，忽视非生长季的贡献。但是，已有研究显示冬季和春季冻融期对土壤可利用性氮的积累也很重要。因此,本项目拟以内蒙古典型草原为研究对象，全年为跨度，评估不同频率火烧对土壤总氮矿化的影响，了解氮周转过程,同时对土壤理化因子、植物氮素吸收和微生物活动进行测定，分析其相互关系，阐明火烧影响内蒙古典型草原土壤氮矿化的作用及关键调控因子。本项目将验证的主要假设是：适度频率的火烧处理通过调控生物和非生物因子，将对内蒙古典型草原土壤氮转化产生显著影响；火烧将显著影响冬季土壤氮素的积累。研究结果将为内蒙古草原火的生态效应评估提供科学依据。

氮是大多数陆地生态系统初级生产力的重要限制因子，火作为维持草原生态系统结构与功能的重要生态因子，本项目研究了生长季和非生长季，不同频率火烧处理对土壤氮矿化的影响，并分析了关键调控因子。生长季，火烧处理显著提高了土壤硝态氮的含量，2年火烧一次的处理显著提高了土壤氮矿化速率和硝化速率。冬季冻融期，4年火烧一次处理样地的土壤无机氮含量显著高于对照样地，且显著降低了土壤氮矿化速率和硝化速率；利用stepwise逐步回归的方法分析，土壤微生物氮含量是影响土壤氮硝化作用的关键因子，而土壤氮矿化作用却同时受土壤铵态氮含量、土壤微生物氮和土壤微生物碳含量的共同调控。土壤无机氮含量和土壤微生物的活动对土壤的氮矿化过程起着关键作用，在此我们充分考虑不同梯度氮的状况下，微生物是如何响应土壤物理化学条件变化。研究结果显示，土壤可溶性C/N值和pH值是调节土壤微生物活动的关键因子，逐步回归分析的结果显示，土壤可溶性C/N值和pH值分别解释土壤微生物量碳变化的54.6%和0.3%，分别解释累计CO2排放量变化的27.4% 和9.8%。以上的结果显示，在土壤氮矿化过程中，微生物活动起到关键作用，但同时受非生物因子的共同调控。结果验证了此项目的假设，为内蒙古草原土壤氮矿化的研究增加了新内容，为草原管理提供了基础数据支持。