溫帶森林氮營養(yǎng)生境特征及紅松的適應(yīng)性

前言

　　在長期進(jìn)化過程中，植物往往產(chǎn)生對特定的原生營養(yǎng)生境的生態(tài)適應(yīng)（ecological adaptation）。森林樹種對氮營養(yǎng)生境的生態(tài)適應(yīng)可表現(xiàn)為對土壤肥力或氮養(yǎng)分需求的數(shù)量差異，對N03-N和NH4+-N兩種不同形態(tài)礦質(zhì)氮源的偏向選擇，對有機(jī)氮源的吸收利用能力，以及獲取氮素的某些特殊行為（如共生固氮和菌根對有機(jī)氮的吸收）等諸多方面。晚期演替樹種對其長期所處的原始土壤生境的深刻改造與適應(yīng)是樹種在復(fù)雜群落中保持優(yōu)勢的重要機(jī)制，同時(shí)它也構(gòu)成了頂極生態(tài)系統(tǒng)長期穩(wěn)定的基礎(chǔ)。然而，隨著原始群落的次生演替，土壤原始氮營養(yǎng)生境的數(shù)量和質(zhì)量特征必然會改變。這種改變往往更適于先鋒植物而不利于有固定適應(yīng)模式的原優(yōu)勢樹種，其結(jié)果必將會對原優(yōu)勢樹種的生態(tài)恢復(fù)造成壓力。在我國東北的溫帶林區(qū)，以紅松（Pinus koraiensis）為優(yōu)勢種和建群種的針闊葉混交林（紅松林）曾是自然歷史上長期穩(wěn)定的頂極群落，近半個(gè)世紀(jì)來的大規(guī)模開發(fā)已使原始紅松林消失殆盡，取而代之的是溫帶闊葉次生林。從原始紅松針闊混交林頂極群落向低價(jià)闊葉次生林群落的演變意味著人為干擾下的退化演替，系統(tǒng)研究紅松林原始氮營養(yǎng)生境特征、次生演變規(guī)律及其對紅松更新的影響機(jī)制，對溫帶紅松林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

內(nèi)容概要

本書概括論述了生境與營養(yǎng)生境的概念，原始森林土壤NH4+-N／NO3--N生境特征與某些晚期演替樹種的適應(yīng)特點(diǎn)，以及植物對有機(jī)氮源的利用及其在森林生態(tài)系統(tǒng)中的重要性；用土壤NH4+-N／NO3--N的動態(tài)特征，野外原位培養(yǎng)和室內(nèi)培養(yǎng)過程中土壤凈氨化和凈硝化速率，來表征溫帶森林土壤的礦質(zhì)氮營養(yǎng)生境特征；用水提取的土壤游離氨基酸氮庫的大小、組成及其季節(jié)動態(tài)，來表征溫帶森林土壤的有機(jī)氮營養(yǎng)生境特征；用在初始無菌培養(yǎng)條件、間期抑菌培養(yǎng)條件下，紅松幼苗對加入到蛭石基質(zhì)中的NH4+-N／NO3--N和氨基酸態(tài)氮的吸收量和生長反應(yīng)，來表征紅松幼期對不同氮營養(yǎng)生境的適應(yīng)性。研究成果可為溫帶紅松林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供一定的理論參考。    本書可作為高等農(nóng)林院校土壤、森林培育、生態(tài)學(xué)等專業(yè)師生以及科研院所研究人員的參考書。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  生境與營養(yǎng)生境  1.2  森林土壤NH4+-N／NO3--N原始氮營養(yǎng)生境特征與晚期演替樹種的生態(tài)適應(yīng)    1.2.1  森林土壤NH4+-N／NO3--N原始氮營養(yǎng)生境特征    1.2.2  某些針葉樹種的適應(yīng)特點(diǎn)——喜銨性    1.2.3  適應(yīng)的生理生化機(jī)制    1.2.4  研究的科學(xué)意義  1.3  植物對有機(jī)氮源的利用及其在森林生態(tài)系統(tǒng)中的意義    1.3.1  有機(jī)氮源利用——植物氮源利用的多樣性    1.3.2  土壤中的生物有機(jī)氮源——自然生境中有機(jī)氮源對植物的潛在有效性    1.3.3  土壤微生物和植物根系間的有機(jī)氮源競爭——植物直接獲取土壤中有機(jī)氮源的現(xiàn)實(shí)性    1.3.4  有機(jī)氮的營養(yǎng)貢獻(xiàn)——植物有機(jī)氮源利用在某些自然生態(tài)系統(tǒng)中的重要性    1.3.5  我國開展該領(lǐng)域研究的科學(xué)意義——以森林生態(tài)系統(tǒng)為例    1.3.6  問題及展望  參考文獻(xiàn)第2章  溫帶森林土壤礦質(zhì)氮營養(yǎng)生境特征  2.1  土壤氮礦化概述    2.1.1  土壤氮礦化的研究背景    2.1.2  土壤氮礦化的研究進(jìn)展  2.2  溫帶森林土壤礦質(zhì)氮營養(yǎng)生境特征——原位研究    2.2.1  研究方法    2.2.2  結(jié)果分析    2.2.3  小結(jié)  2.3  溫帶森林土壤礦質(zhì)氮營養(yǎng)生境特征——室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)    2.3.1  研究方法    2.3.2  結(jié)果分析    2.3.3  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第3章  溫帶森林土壤有機(jī)氮營養(yǎng)生境特征  3.1  土壤有機(jī)氮概述    3.1.1  土壤中的可溶性有機(jī)氮    3.1.2  土壤中的游離氨基酸  3.2  溫帶森林土壤中的可溶性有機(jī)氮    3.2.1  研究方法    3.2.2  結(jié)果分析    3.2.3  小結(jié)  3.3  溫帶森林土壤中的游離氨基酸    3.3.1  研究方法    3.3.2  結(jié)果分析    3.3.3  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第4章  紅松對不同氮源的適應(yīng)性  4.1  植物氮營養(yǎng)概述    4.1.1  氮營養(yǎng)與植物生長的關(guān)系    4.1.2  氮素形態(tài)與植物的適應(yīng)性  4.2  研究內(nèi)容及方法    4.2.1  研究內(nèi)容    4.2.2  研究方法  4.3  結(jié)果與分析    4.3.1  不同氮源處理對紅松幼苗的礦質(zhì)氮供應(yīng)    4.3.2  不同氮源處理對紅松幼苗生長和生物量分配的影響    4.3.3  不同氮源處理對紅松幼苗氮吸收和利用的影響  4.4  小結(jié)參考文獻(xiàn)結(jié)語

章節(jié)摘錄

　　2.1.1 土壤氮礦化的研究背景　　世界范圍內(nèi)土壤普遍缺氮嚴(yán)重地限制著作物生產(chǎn)，1945年氮肥沒有大量使用以前，作物的產(chǎn)量水平主要依賴于土壤氮素的供應(yīng)，土壤的供氮能力受到了極大的重視，人們注意培肥地力，通過施入農(nóng)家肥豐富土壤氮素。1945年以后，氮肥的生產(chǎn)量猛增，價(jià)格降低，使用方便，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了許多方便和效益，于是，世界范圍內(nèi)大量使用氮肥，我國氮肥消費(fèi)量增加更快。這雖然促進(jìn)了作物產(chǎn)量的大幅度提高，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是由于不考慮土壤的供氮能力，盲目大量使用氮肥，也帶來了許多弊端：一方面氮素利用率低，不僅造成了巨大的氮素?fù)p失，也是經(jīng)濟(jì)上的巨大浪費(fèi)；另一方面銨態(tài)氮和一些氮氧化物的揮發(fā)損失、硝態(tài)氮的淋失導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染，生態(tài)條件惡化，過量的使用氮肥也常常引起作物品質(zhì)下降，給人們生活及健康造成了很大的危害，是人類面臨的重大而又棘手的環(huán)境問題之一。20世紀(jì)70年代以來，氮素的環(huán)境污染問題在國際上引起了廣泛關(guān)注。世界各地的農(nóng)學(xué)家和土壤學(xué)家開始考慮結(jié)合土壤的供氮能力合理施用氮肥的問題。于是，開始了對土壤氮素的形態(tài)、性質(zhì)、含量、分布等進(jìn)行了許多研究，Bremner對前面的工作進(jìn)行了綜述。1964年Bremner將土壤有機(jī)氮素分為酸解氮和非酸解氮，酸解氮又分為氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮、氨態(tài)氮和酸解未知態(tài)氮，并建立了測定土壤有機(jī)態(tài)氮素的方法。所有土壤有機(jī)氮素在作物生長期內(nèi)，不能完全分解供作物利用，土壤的供氮能力不僅取決于土壤氮素的總量（有機(jī)質(zhì)、全氮），而且取決于其生物有效性，有機(jī)氮的分解礦化特性取決于土壤氮素的有效性。于是，土壤工作者提出了許多測定土壤氮素有效性的短期生物培養(yǎng)法和化學(xué)測定法，測定土壤可礦化氮和易礦化氮，并提出了一些衡量土壤氮素有效性的指標(biāo)?！　〉V化是指土壤有機(jī)質(zhì)碎屑中的氮素，在土壤動物和微生物的作用下，由難以被植物吸收利用的有機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)化為可被植物直接吸收利用的無機(jī)態(tài)（主要為銨態(tài)氮）的過程。銨態(tài)氮可經(jīng)硝化作用生成另一種無機(jī)氮——硝態(tài)氮。氮礦化速率決定了土壤中用于植物生長的氮素的可利用性，是森林生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)最重要的過程之一，氮礦化研究對于揭示生態(tài)系統(tǒng)功能、生物地球化學(xué)循環(huán)過程的本質(zhì)有著重要意義。表現(xiàn)在：①氮可利用性限制了植物對土壤氮素的養(yǎng)分利用效率，直接影響到陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力；②氮可利用性與群落演替間存在反饋關(guān)系；③礦化過程還影響到森林生態(tài)系統(tǒng)土壤氮素的滲漏流失和氣態(tài)損失，關(guān)系到環(huán)境污染和氮素經(jīng)濟(jì)利用；④氮氧化物向大氣中的排放是溫室效應(yīng)和全球變暖的重要誘因。

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