干旱区绿洲化过程中土壤氮矿化演变特征及机制研究

In arid regions, researches on evolution characteristics and mechanism of soil mineralization are of importance to better understanding the change law of soil habitat in an oasification process, and to precise estimating the actual soil N-supplying capacity in different oasification stages.This project selects a marginal oasis in Hexi Corridor region as study site, which is a typical region that natural desert converted into artificial oasis. Based on laboratory incubation, intact soil core in situ, isotope pool dilution technique, model simulation, and the data of long-term location monitoring and research, the project is 1)to illustrate evolution law of nitrogen mineralization potentials, nitrogen turnover rate and net mineralization rates in an oasification process, 2)to reveal the evolution mechanism of nitrogen mineralization effected by climate, soil and water-nitrogen management, 3)to simulate nitrogen mineralization under different oasification and enviroment cases. The results abtained from this project will provide reference basis for control of oasification process and management of oasis ecosystem.

在干旱区绿洲化背景下，开展土壤氮矿化演变特征及机制研究，对深入理解绿洲化过程中土壤环境演变规律和准确评估不同绿洲化阶段土壤实际供氮能力有重要的意义。因此，本项目选择河西走廊绿洲扩张的典型区域，以处在自然荒漠向人工绿洲转变过程中的土壤为研究对象，通过室内培养、原位土柱、同位素稀释及模型模拟等技术手段，结合长期定位监测数据和已积累的相关研究资料，阐明绿洲化过程中土壤氮矿化潜力、矿化途径及净矿化速率的演变规律，揭示气候、土壤及水、氮管理等因子变化下的氮矿化演变机制，模拟不同绿洲化阶段及环境变化情景下的土壤氮矿化过程,为绿洲化过程的调控和绿洲生态系统的管理提供参考依据。

土壤氮矿化过程的变化反映了土壤环境和供氮能力的变化，是绿洲化过程中表征土壤发育程度和生产力水平的重要特征因子。本项目选择河西走廊绿洲扩张的典型区域，以处在自然荒漠向人工绿洲转变过程中的土壤为研究对象。主要的研究内容包括：研究区近40年荒漠绿洲化进程，绿洲化过程中土壤氮矿化演变特征，施肥、耕作、种植方式对土壤氮矿化及供氮能力的影响。研究结果表明：1）研究区绿洲化速率为1.341km2 yr-1，绿洲化过程导致土壤性状存在较强空间异质性。2）不同绿洲化阶段土壤矿质态氮含量变化幅度在2.3-9.4 mg kg-1之间，没有明显的变化趋势。不同绿洲化阶段土壤氮素矿化势变化幅度在22.3-112.0 μg g-1之间，矿化速率常数在0.037-0.12之间变化，土壤氮素矿化势随绿洲化过程呈增加趋势，土壤供氮能力也随绿洲化进程呈增加趋势。3）区域内土壤氮矿化率呈较强的空间变异，变动幅度在-0.14-2.69 mg kg-1 d-1之间，平均值为0.77 mg kg-1 d-1，变异系数为74.0%；土壤全氮含量变动幅度在0.16-1.07g kg-1，平均0.68 g kg-1，变异系数为23.5%；土壤氮矿化率与土壤有机质、土壤氮含量、土壤粉粒含量之间呈显著的正相关关系，与土壤pH、土壤砂粒含量之间呈显著的负相关关系。表明绿洲化过程中土壤发育过程不均衡导致的有机质、氮含量及土壤结构差异是影响土壤氮矿化演变特征的一个主要驱动因子。4）长期施肥对土壤氮矿化过程有显著影响，不同施肥处理土壤氮矿化率介于0.005 mg kg-1 d-1和0.12 mg kg-1 d-1之间。土壤氮矿化率表现出单施有机肥处理显著高于有机无机配施处理，有机无机配施处理显著高于和单施化肥处理。土壤氮矿化率随有机质、全氮、速效氮、速效钾含量的升高而升高（P<0.01），随全磷、速效磷和pH的升高而降低（P>0.01）。土壤氮矿化率随土壤容重的升高而降低（P<0.01），随土壤饱和持水量的升高而升高（P<0.01）。5）农田管理方式对绿洲化土壤供氮能力有显著影响，表现为少耕处理显著高于常规耕作处理，秸秆覆盖处理显著高于地膜覆盖处理；老绿洲农田>间作苜蓿农田>玉米小麦连作地>新绿洲农田>弃耕地。研究结论对揭示绿洲化的土壤环境演变规律具有重要的意义，并能够为绿洲化过程的调控和绿洲生态系统的管理提供科学依据。