干旱对土壤团聚体稳定性的影响及其生物调控机制

发布时间：2020-07-13 00:41

【摘要】：土壤作为陆地生态系统最大的碳库,团聚体为维持其碳平衡发挥着重要的作用。土壤团聚体稳定性的下降不仅会造成土壤结构退化,还会严重干扰土壤碳循环过程,进而影响陆地生态系统与大气之间的碳交换。植物根系、微生物、土壤碳氮是影响土壤团聚体稳定性最重要的影响因子,它们通过直接或间接作用参与调控土壤团聚体的形成和发展演化过程。在过去几十年,气候变化显著增强了极端干旱发生的频率和强度,这些变化对植物根系、微生物活动以及土壤碳、氮循环过程产生重要影响,进而可能会严重影响土壤团聚体的动态发展过程。因此,研究极端干旱对土壤团聚体的影响及其调控机制,对于我们准确预测和评估全球碳收支平衡具有重要的生态学意义。本研究以浙江省宁波市天童国家森林公园为研究平台,选取林龄为50-70年的次生林为研究对象,通过PVC透明塑料隔离板进行自然降水隔离来模拟极端干旱,同时利用壕沟法(无根处理)来评估探讨植物根系的调控作用。监测指标包括土壤团聚体平均质量直径、植物根系生物量和形态结构、微生物PLFAs、土壤碳氮含量。利用结构方程模型分析和探讨干旱下植物根系、微生物对团聚体的综合调控机制,得到的主要结论如下:(1)干旱对植物根系生物量、形态结构及氮含量产生重要影响。干旱显著增加总根生物量、细根(2mm)生物量、比根长、比表面积、细根氮含量,但显著降低根组织密度,同时对细根平均直径和碳含量没有影响。干旱显著降低壕沟外土壤团聚体平均质量直径,但对壕沟外土壤团聚体平均质量直径没有显著影响。干旱对壕沟内以及壕沟外的土壤碳氮含量均没有显著影响,但在对照和干旱处理下,壕沟外土壤碳氮含量均显著高于壕沟内土壤。相关分析表明,土壤碳氮、细根生物量、比根长与土壤团聚体平均质量直径和2mm团聚体颗粒比重存在显著正相关,但与土壤大团聚体(0.25-2mm)和微团聚体(0.25mm)颗粒比重均无相关性。这些结果表明,干旱背景下植物根系生物量和形态结构是调控土壤团聚体稳定性的重要因素。(2)对于壕沟内土壤,干旱并未改变微生物总的PLFAs,但显著降低丛枝菌根真菌的PLFAs,显著增加革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比,同时对真菌与细菌比无明显影响。而对于壕沟外土壤,干旱对土壤微生物总的PLFAs和微生物群落结构均没有显著影响。干旱显著增加壕沟内土壤的微生物胁迫指数,但对壕沟外的土壤无显著影响。相关分析表明,土壤团聚体平均质量直径和2mm团聚体的比重与微生物总的PLFAs、细菌PLFAs、真菌PLFAs、革兰氏阳性菌PLFAs、革兰氏阴性菌PLFAs、丛枝菌根真菌PLFAs和放线菌PLFAs呈显著正相关关系。(3)结构方程模型结果显示:对于壕沟内土壤,土壤微生物是影响土壤团聚体水稳定性和2mm团聚体的主要因子,而土壤水分水影响0.25-2mm团聚体和0.25mm团聚体的主要因子。对于壕沟外土壤,细根是影响土壤团聚体水稳定性和2mm团聚体的主要因子。综上所述,干旱背景下土壤团聚体的形成和发展演化是一个非常复杂的过程,受到多种生物和非生物因子的共同调控,而这些因子的调控作用在不同粒径团聚体也存在差异。与此同时,不同因子对干旱的响应存在很大的不确定性,这些不确定性可能会进一步导致土壤团聚体形成过程更加复杂化。因此,未来的地球系统模型在预测和评估陆地碳储量时应考虑植物根系、微生物、土壤碳氮等非生物和生物因素对团聚体形成的影响过程,以便能更精确和高效地预测陆地生态系统碳循环过程。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S714
【图文】：

全球,树木,干旱化,碳氮循环

对全球水循环造成严重干扰。自 1950 年以来，全球范断扩大，其面积增加了两倍还要多（Dai et al., 2004），尤其是区最为明显，干旱化更加频繁持久。非洲大陆和欧亚大陆自 1期间干旱强度增加了 16%。其它大陆也呈现不同程度的干旱化北地区较为显著（秦大河，2009）。为止，全球气候变化，特别是干旱引发的效应已逐步显现，这的结构和功能产生巨大影响，进而作用于人类社会（廖静秋，，干旱能够改变生态系统生产力、碳氮循环和生物多样性等多个2007）。例如，干旱在全球不同地区已造成大量森林树木死亡（降低了生态系统的生产力，严重干扰陆地生态系统碳循环过程到大气中去，加剧全球变化（IPCC, 2014）。与此同时，随着扩大，干旱将进一步影响到农业、林业、木叶、工业、城市乃，加剧生态环境的持续恶化。

路线图,研究技术,路线图

研究技术路线图

天童,位置图

验样地的概况试验依托浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站极端干关研究工作，该站点位于浙江省宁波市鄞州区(29°48’N, 121°47’E（)均海拔约为 300m，太白山顶为最高峰达 653.3m，全年温暖多雨，典型的中亚热带季风气候。根据常年气象数据记载，试验点年均温月和 1 月为月最高和最低气温，分别为 28.1℃和 4.2℃。年均降水别约为 1551 mm、1320 mm。因受梅雨和台风的影响，每年降水主 8 月份之间，年相对空气湿度最高达到 85%。全年日照时间约为天数达 237.8 天，年积温（>10℃的活动）为 5166℃。天童山地形山丘陵，土壤主要以黄红壤为特征，成土母质包括中生代沉积岩山岩、花岗岩和石英岩的残留风化物等，其厚度在 1m 左右（达于学珍等，2005）。

【参考文献】