1.2.3　土壤碳氮轉(zhuǎn)化研究

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤呼吸對土壤碳素?fù)p失具有一定的控制作用（H?gberg et al.，2006）。據(jù)統(tǒng)計，在全球范圍內(nèi)每年由于土壤呼吸作用平均產(chǎn)生80.4Pg碳，其變化范圍為79.3～81.8Pg碳（Raich et al.，2002），占全球陸地生態(tài)系統(tǒng)總呼吸的60%～90%（Schimel et al.，2001），為當(dāng)前化石燃料燃燒產(chǎn)生CO₂的11倍多（Marland et al.，2000）。根據(jù)北半球區(qū)域的研究，發(fā)現(xiàn)在溫度不斷上升的過程中，土壤呼吸由于溫度升高而使得秋季空氣中的CO₂含量顯著增加（Piao et al.，2008）。因此，陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)速率的研究，對于了解對氣候變暖的溫室效應(yīng)所產(chǎn)生的反饋是至關(guān)重要的（Kirschbaum，2006）。

當(dāng)前，由于人類活動而帶來的土地利用和管理方式的變化，被認(rèn)為是全球碳循環(huán)改變的主要驅(qū)動因子（Raich et al.，1992；Houghton et al.，1999）。在開墾初期，農(nóng)田土壤呼吸高于天然草地，通過研究發(fā)現(xiàn)草地開墾為農(nóng)田后，土壤碳素?fù)p失達(dá)20%～30%（Buyanovsky et al.，1987）。同時大量的研究表明，由于草地向農(nóng)田方式的轉(zhuǎn)變，土壤呼吸速率逐漸降低（Tufekcioglu et al.，2001；Frank et al.，2006）。不同土地利用方式的土壤呼吸速率表現(xiàn)出一定的差異性，這主要是由于不同土壤的理化性質(zhì)、溫度和含水量等諸多因素對呼吸速率的共同作用不同（Wang et al.，2009）。其中某些因素對土壤呼吸的影響作用明顯，如土壤容重、氮沉積、氣候條件和人類干擾（Davidson et al.，2006；Mo et al.，2008）。有研究報道，土壤碳素?fù)p失的主要原因是全球變暖（Jones et al.，2003）。同時，土地利用變化對氣溫的影響也已經(jīng)成為研究熱點。美國國家研究理事會（NRC）報告（2005）強調(diào)，除了溫室氣體含量升高造成的大氣成分改變以外，景觀變化也可能對局地、區(qū)域氣候產(chǎn)生重要影響，對全球氣候變化存在潛在影響；某些情況下，氣候變化對土地利用/覆被變化的響應(yīng)甚至超過溫室氣體含量增高的貢獻(xiàn)（Lawrence et al.，2010）。因此，土壤呼吸隨著溫度的上升而增加將成為全球變暖的正反饋（Cox et al.，2000），但是這種反饋具有很大的不確定性（Friedlingstein et al.，2006）。當(dāng)前缺乏對土壤呼吸的溫度敏感性研究是氣候—CO₂耦合模型的不確定性原因之一（Fierer et al.，2009）。

氮元素作為生物體生存和發(fā)展必需的元素，對陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程具有最強烈的影響（陳伏生等，2004），同時對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用（洪瑜等，2006）。氮循環(huán)為生物的生長提供了必需的氮源（Hagopian et al.，1998），并促使物質(zhì)能量循環(huán)的形成（白軍紅等，2005）。在土壤硝化過程中，銨態(tài)氮由微生物轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮。硝化作用是氮素?fù)p失的主要途徑（Vitousek et al.，1991）。同時，由于氮素的損失導(dǎo)致溫室氣體N₂O排放量增多。目前，氮循環(huán)已經(jīng)成為全球變化研究的一個重要內(nèi)容（彭少麟等，2002）。

當(dāng)前，針對土壤硝化作用的影響因素展開了大量的研究（Zhang et al.，2008）。通過研究發(fā)現(xiàn)土壤硝化作用由于土壤類型的不同，其變異也較大。另外，土壤水分也是影響硝化作用的重要因素。通過大量研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量越高，對微生物的氧氣來源限制作用越大，導(dǎo)致硝化速率降低（Breuer et al.，2002）。因此，在一定的土壤含水量范圍內(nèi)，含水量的增加可以促進(jìn)硝化作用（施振香等，2009）。研究發(fā)現(xiàn)，土壤硝化作用的適宜溫度范圍在25～35℃之間（劉巧輝，2005）。由于土壤pH值可以影響硝化細(xì)菌的活性，因而土壤pH值也是影響硝化作用的重要因素。當(dāng)土壤pH值增加到一定程度，硝化速率隨之增加3～5倍（Dancer et al.，1973）。Hayatsu和Kosuge（1993）發(fā)現(xiàn)土壤pH值與硝化活性有很好的正相關(guān)關(guān)系。另外，銨態(tài)氮是硝化作用的基質(zhì)，但不是土壤硝化作用的主要限制因子（Hadas et al.，1986），因為硝化作用的程度主要取決于土壤理化性質(zhì)。