湿地土壤的硝化_反硝化作用及影响因素_孙志高VIP免费

收稿日期：2007-08-05基金项目：山东省黄河三角洲生态环境重点实验室开放基金项目(2007KFJJ01);中国科学院“优秀博士学位论文、院长奖获得者”科研启动专项资金项目和中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-309)资助作者简介：孙志高(1979-),男,山东烟台人,博士,副研究员,主要从事湿地环境生态与生物地球化学研究。zhigaosun@yahoo.com.cn湿地土壤的硝化-反硝化作用及影响因素孙志高1,2,刘景双2（1.中国科学院烟台海岸带可持续发展研究所，山东烟台264003；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林长春130012)摘要：硝化-反硝化作用与土壤的供氮能力及氮气态损失密切相关，其对于湿地氮循环的生态意义重大。综述了湿地土壤硝化-反硝化作用的研究方法、影响因素及模型表征的研究动态。当前湿地土壤硝化-反硝化作用的研究主要集中在净硝化/反硝化能力方面，而模型研究仅停留在一般概念模型和动力学模型的表征上。影响湿地土壤硝化-反硝化作用的因素主要包括温度条件、水分条件、土壤理化性质及生物区系等。鉴于当前湿地土壤硝化-反硝化作用研究内容的不均衡性和不深入性，其在今后研究中应亟需加强的领域包括：（1）硝化-反硝化作用驱动机制；（2）概念模型与应用模型表征；（3）全球变暖、降水改变及碳、氮输入等对硝化-反硝化作用的影响；（4）人类活动对硝化-反硝化作用的影响。关键词：硝化作用；反硝化作用；湿地生态系统；土壤中图分类号：S153；S154.2文献标识码：A文章编号：0564-3945（2008）06-1462-06Vol.39,No.6Dec.,2008土壤通报ChineseJournalofSoilScience第39卷第6期2008年12月氮是陆地生态系统植物光合作用和初级生产过程中最受限制的元素之一[1]，土壤中的氮主要以有机和无机两种形态存在，无机氮主要以NH4+-N和NO3--N存在，可为植物直接利用。湿地土壤无机氮的含量通常维持在很低的水平上，因而常常是土壤中最主要的限制性养分，其含量高低直接影响着湿地生态系统的生产力[2]。硝化-反硝化作用是湿地土壤氮素生物地球化学循环的重要环节，其中硝化作用是土壤中NH4+-N和NO3--N转化的重要途径，其形成的NO3--N极易淋失或经反硝化作用发生气态损失（如N2O和N2等）[3]，进而对湿地系统自身及全球变暖产生重要影响。因此，对湿地土壤硝化-反硝化作用进行研究，不但可揭示湿地土壤氮的生物地球化学行为及其生态学意义，而且还为湿地生态系统生产力、土壤质量演变以及氮素界面过程等研究提供科学依据。本文对湿地土壤硝化-反硝化作用的研究方法、影响因素及模型表征的研究动态进行了综述，并对其研究发展方向进行了展望。1湿地土壤硝化-反硝化作用硝化-反硝化作用是湿地土壤氮素转化的两个重要过程，其中硝化作用是氨或铵盐通过硝化细菌的作用被氧化为硝酸盐和亚硝酸盐的过程。由于一些异养微生物不但能把NH4+氧化为NO3-，而且还能把其它还原态的氮化物转变为NO2-或NO3-，所以硝化作用更为广泛的定义是指从还原态的有机或无机氮化物到氧化态的有机或无机氮化物的生物转化过程[4]。反硝化作用则是NO3-、NO2-在反硝化细菌或化学还原剂的作用下被还原为NO、N2O、N2的过程，包括NO3-→NO2-→NO的生物过程和NO→N2O→N2的物理反应过程[5]。20世纪70年代中期以前，人们一直认为只有在土壤通气不良的情况下通过生物反硝化作用的异化还原过程才能产生N2O，即NO3-→NO2-→N2O。但Bremner等[6]的研究发现，施入(NH4)2SO4和尿素的土壤产生的N2O远远大于施KNO3的土壤，说明不仅反硝化作用过程能产生N2O，而且NH4+的硝化作用过程也可以产生N2O。Webster等[7]的进一步研究发现，硝化细菌的反硝化作用也可以产生可观的N2O。Wrage等[8]则认为，硝化细菌反硝化作用是硝化作用的一个特殊过程，而无微生物参与的化学反硝化过程在特定情况下也可产生少量的N2O。湿地土壤的硝化-反硝化作用不但可产生可观的N2O，进而对全球变暖有着重要影响，而且它还影响着土壤中氮素的其它转化过程，如硝化作用形成的硝态氮极易发生淋失或经反硝化作用发生气态氮损失。Groffman等[9]的研究发现，在收获、火烧或排污等人为干扰条件下，具有较高硝化潜势的生态系统可能具有较高的氮损失量。反硝化作...