青藏高原东缘高山草地冬季雪下土壤氮素转化过程研究

基于"冬季雪下微生物生物量氮释放为土壤矿化提供了氮源保障"及"冬季雪下微生物活动引起的土壤碳消耗与亏缺导致微生物菌群转化和微生物氮释放"的假说，围绕"季节性雪被是如何通过微生物生物量氮释放对土壤矿化产生影响"这一科学问题，以青藏高原东缘(低纬度高海拔)高山草地为对象，通过原位培养法和模拟外加碳源试验，研究土壤碳供应与微生物活性及微生物氮释放的关系，回答"高腐殖质地区是否也存在碳限制并导致雪下微生物菌群转化和微生物氮释放?"，以验证"碳限制假说"的全球性适应。通过在人工雪厚梯度样地内开展雪被微环境效应、微生物动态、土壤碳供应与氮矿化动态研究，揭示雪下土壤微生物动态与氮矿化过程的耦联关系，回答"微生物生物量氮在冬季土壤氮矿化的氮源供应中占多大份额?"。采用人工雪梯度与受控积雪周期(反射布荫蔽)实验，研究雪厚度和积雪周期对土壤矿化影响的敏感度，回答"雪厚度和积雪周期谁对土壤氮转化影响更深远?"

围绕“季节性雪被是如何通过微生物生物量氮释放对土壤矿化产生影响”这一科学问题，以青藏高原东部高山草地为对象，采用人工雪梯度控制、原位培养和模拟外加碳源试验，探讨雪被对土壤氮转化过程的影响，开展了以下工作：（1）对不同积雪厚度和覆雪周期的生态效应进行了分析；（2）通过分解袋法以鲜卑花凋落物为对象，研究了雪下凋落物分解与冬季土壤碳供应；（3）采用雪栅栏法开展了积雪厚度和覆雪周期对土壤氮素转化影响研究；（4）原位培养与模拟相结合，研究了添加碳源与冬季雪下土壤氮转化的关系。研究发现：.（1）高山积雪的微环境效应明显，较深雪被覆盖可使土壤温度波动平缓，冻融交替次数减少。较深积雪地段（>60 cm）的融雪期较浅雪部位（< 10 cm）延迟30天以上，春季雪融化后土壤水份含量增加了54.3%。30 cm 以上雪层能促进凋落物分解和碳释放。分解前期主要是易溶性碳水化合物被土壤淋溶而逐渐释放，后期由于雪被的保温增湿效应促进适宜微生物活动，使得结构相对复杂的碳水化合物能够得到逐步分解；.（2）浅雪下土壤氮素各组分波动剧烈，深雪下土壤MBN显著高于浅雪处理组；冬季积雪覆盖可通过调节整个土壤氮素的矿化水平。积雪厚度显著影响NH4+-N，MBC，MBN含量和真菌的数量，而积雪周期（超过60天）对土壤氮转化影响不显著，积雪厚度对冬季土壤氮转化的影响远较积雪持续时间更为深远；.（3）野外原位培养和实验室模拟试验表明，添加碳源能够增加细菌、真菌的数量和酶活性，增加土壤微生物库（MBC和MBN）并促进土壤净氮矿化；雪被覆盖加速了冬季氮素转化过程中的微生物碳限制作用，雪下氮转化存在碳源限制问题； .（4）雪下氮素转化与微生物组分与活性存在耦联关系，与土壤氮循环相联系的微生物活性是被可利用碳所调控的。改变雪况会通过微生物的菌落组成和活性来影响氮素转化，浅雪生境相对频繁的冻融循环显著影响了NH4+-N、 NO3-N、MBC和真菌数量，而深雪有利于MBC和真菌数量的增长。雪被覆盖可能在对土壤氮素和微生物组分变化的影响与土壤冻融循环有关。. 综上所述，在青藏高原东部这类低纬度高海拔和高有机质地区，冬季氮素转化依然存在碳源限制问题。冬季随着土壤碳源逐渐亏缺和冬春季频繁的冻融交替共同促进微生物菌落转化和微生物生物量氮的释放，该区域积雪厚度比积雪持续时间（积雪周期）对土壤氮转化影响更为深远。