气候变化影响黑土农田氮素转化及生产力稳定性的空间移位试验研究

以黑龙江海伦土壤空间移位长期定位试验为平台，选取4种不同有机质含量农田黑土开展气候水、热条件改变后土壤N素转化研究。利用15N示踪试验，测定土壤总氮的矿化、固持、硝化和NO3消耗量，分析土壤微生物量氮与土壤N转化内在的联系，同步测定与土壤氮素转化相关的特异微生物土壤氨化、硝化细菌活性及其种群，观测农田黑土生产力变化规律。预期结果：①判定水、热因子是否为影响不同有机质含量农田黑土土壤氮转化控制因子；②探讨水、热条件变化后不同有机质含量农田黑土土壤氮素转化的动态过程；③阐明水、热、土壤、施肥管理等交互作用下土壤生物活性对土壤N转化贡献潜力；④揭示气候变化下农田黑土土壤生产力稳定性的变化规律。.本项目将揭示气候变暖后农田黑土生态系统中氮素转化的生物学过程机制，可为东北黑土区作物栽培、土壤氮素合理管理及气候变化应循对策提供科学参考。

本项目研究选择中国东北黑土由北向南5个不同有机质含量农田黑土（黑龙江北安SOM11、黑龙江嫩江SOM6、黑龙江海伦SOM5、吉林德惠SOM3、吉林梨树SOM1.7）在中国科学院海伦农业生态实验站建立空间移位试验，研究玉米单作系统中，水热条件改变对5种不同有机质含量农田黑土氮素转化及生产力稳定性的影响。2010-2012年试验结果显示：..在玉米生育期内，5个不同有机质含量农田黑土土壤温度峰值出现在拔节期；有机质含量低于60 g kg-1时，土壤温度随有机质含量的增加而增加；土壤湿度则是随有机质含量的增加而增加。不施肥处理、施肥处理，不同有机质含量农田黑土土壤全氮、全磷、碱解氮含量随有机质含量的增加而增加，有效磷含量无明显规律；年际间土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷与气温和降水有关，随着气温及降雨量的增加有缓慢上升的趋势。相关分析显示水、热因子是影响不同有机质含量农田黑土土壤氮素转化的环境因子。..在玉米生育期内，不同有机质含量农田黑土脲酶、硝酸还原酶高峰在拔节期，随后降低。受温度、降雨环境因子的影响，年际间土壤酶活性有一定差异。土壤硝化作用强度与气温、降水呈显著相关关系。5个不同有机质含量处理在玉米生育期间土壤酶活性变化趋势：SOM1.7＜SOM3＜SOM5＜SOM6＜SOM11。土壤微生物量碳、氮、基础呼吸、细菌数量、硝化细菌数量随有机质含量的增加而增加，而真菌数量则随土壤有机质含量的增加而降低；且有机质含量最高的北安土壤与其它土壤之间的差异达到显著水平。..15N示踪的结果显示，不同有机质含量农田黑土N转化与土壤有机质含量密切相关，NH4+-15N、(NO3-+NO2-)-15N、有效态15N、固定态15NH4+的、土壤微生物量15N、总有机15N随土壤有机质含量的增加而增加。..不同有机质含量农田黑土空间移位水、热条件改变后，除嫩江（SOM11）外，玉米产量随土壤有机质含量的增加而增加，施用化肥可提高玉米产量。..年际间，相对气温高的年份（2011年）玉米产量、土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物量明显高于气温低的年份。相关分析表明，土壤脲酶、硝酸还原酶、土壤微生物量、土壤氮素形态、玉米产量与气温与降水量间的相关性达到了显著水平。说明不同有机质含量农田黑土空间移位后，土壤水、热条件发生改变，影响土壤生物活性及土壤氮素的改变进而影响到了土壤生产力的