模拟酸雨对我国亚热带毛竹林土壤呼吸及微生物多样性的影响
发布时间：2021-07-20 20:04
酸沉降造成的土壤持续酸化对毛竹林生态系统碳循环具有重要的影响,为量化酸沉降我国亚热带毛竹林土壤的影响,于2016年在浙江省杭州临安天目山国家级自然保护区毛竹林持续开展了2年野外模拟酸雨淋溶土壤实验,设置pH 4.0（T1）和pH 2.0（T2）两个模拟酸雨处理,以pH 5.8天然湖水为对照（CK）,分析酸雨作用下土壤CO2排放及土壤微生物多样性的变化趋势,并明确毛竹林土壤呼吸、土壤微生物及土壤理化性质三者之间的关系。结果表明:土壤呼吸速率在酸雨作用下经过缓冲期后呈现先促进后抑制的变化,作用强度表现为:T2>T1。不同处理的土壤呼吸对温度的敏感性由高到低依次是:T2、CK、T1。PCR-DGGE分析表明,模拟酸雨改变了土壤微生物菌群结构,T2处理抑制了土壤细菌的多样性和丰富度,而T1处理对土壤真菌多样性和丰富度具有促进作用。土壤pH值、有效钾、可溶有机碳、微生物量碳、碱解氮和有效磷对土壤微生物群落结构及土壤呼吸具有显著的影响（P<0.05）。综上所述,模拟酸雨能够显著抑制毛竹林的土壤呼吸,并改变土壤微生物群落结构及多样性,这些结果为进一步研究毛竹林土壤生...
【文章来源】：生态学报. 2020,40(10)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
土壤呼吸与土壤温度的关系
由于各地区的气候、土壤养分及植被类型等条件的不同,模拟酸雨对土壤呼吸的影响结果存在较大差异。Reth等[22]研究发现模拟酸雨抑制了土壤呼吸,这种抑制作用可能是氢离子高载荷对土壤微生物产生毒性所致。Fangueiro等[23]报道,低模拟酸雨强度反而促进了土壤呼吸。本研究结果表明,实验初期模拟酸雨对土壤呼吸无明显影响,这主要是由于土壤拥有巨大的缓冲体系,对酸性物质的输入具有很强的缓冲作用,毛竹林根系短期内对酸雨的耐受性较强。随着时间推进,在模拟酸雨作用下,土壤呼吸呈现出先增大后减小的趋势,酸雨的促进土壤呼吸作用可能是根细胞中维持蛋白质周转和溶质梯度所消耗的能量占根系维持呼吸的绝大部分,如果根系组织中的氮含量保持不变,那么根系呼吸也不会发生变化,而酸雨中的NO3-的施肥作用恰恰增加了毛竹林根系细胞的氮含量,使得地下的土壤呼吸速率加强[12]。模拟酸雨下森林的土壤酸化是个逐渐累积的过程,随着酸雨强度的增大和时间的推移,模拟酸雨对土壤呼吸产生抑制作用,这与其胁迫下土壤酸化从而导致土壤微生物活性及土壤养分流失有关。相关性分析表明(表4),土壤呼吸与土壤细菌α多样性指数呈显著正相关(P<0.05),土壤微生物活性下降,从而延缓了土壤有机物的矿化和分解速率,抑制了土壤CO2的释放,并呈现逐渐增强的趋势[24]。表4 土壤呼吸与土壤微生物α多样性指数、土壤理化性质的相关系数Table 4 Correlation coefficients between soil respiration and soil microbial α-diversity indices, soil physicochemical properties 项目Project 土壤呼吸Soil respiration pH 碱解氮Available N 有效磷Available P 速效钾Available K 可溶性有机碳Dissolved organic carbon 微生物量碳Microbial biomass carbon 细菌多样性Bacteria diversity 真菌多样性Fungi diversity 土壤呼吸Soil respiration 1 pH 0.752* 1 碱解氮Available N -0.778* -0.724* 1 有效磷Available P -0.783* -0.755* 0.777* 1 速效钾Available K 0.773* -0.893* 0.422 -0.735* 1 可溶性有机碳Dissolved organic carbon 0.741* -0.748* 0.767* -0.750* 0.776* 1 微生物量碳Microbial biomass carbon 0.725* 0.980** -0.750* -0.715* 0.706* 0.727* 1 细菌多样性Bacteria diversity 0.739* 0.720* -0.817** -0.676* 0.627* 0.730* 0.771* 1 真菌多样性Fungi diversity 0.412 0.631* 0.533 -0.482 -0.742* -0.898** 0.631* 0.533 1 *表示显著相关(P < 0.05),**表示极显著相关(P < 0.01)
回归分析表明,CK、T1、T2处理的土壤呼吸与土壤温度之间呈极显著的指数回归关系(表1),这3个小区的回归方程的决定系数R2分别为 0.960、0.937、0.845,这表明土壤温度可分别解释这 3个小区土壤呼吸96.0%、93.7%、84.5%的季节变异。根据指数回归方程估算得到的 CK、T1、T2处理的土壤呼吸的温度敏感系数(Q10)分别为2.14、2.10、2.86。T2与T1和CK间差异显著,T1与CK间无显著性差异,这一结果表明,重度酸雨处理增加了温度敏感性。表1 不同pH值酸雨处理的毛竹林土壤呼吸速率与温度相关性Table 1 Relationships between soil respiration rate and soil temperature in the Moso bambaoo under different pH value treatments 处理Treatment 拟合方程Fitted equation R2 Q10 CK y = 1.129e0.076T 0.960** 2.14b T1 y = 1.129e0.074T 0.937** 2.10b T2 y = 1.193e0.105T 0.845** 2.86a 不同字母表示同一列内各均值存在显著差异(P<0.05);*表示显著相关(P < 0.05),**表示极显著相关(P < 0.01); CK:对照处理, control treatment;T1:处理一,treatment 1;T2: 处理二,treatment 2
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用PCR-DGGE技术分析内蒙古西部地区土壤细菌的多样性[J]. 武志华,夏冬双,王雪寒,马强,唐凯,刘惠荣. 生态学报. 2019(07)
[2]南亚热带森林土壤碳库稳定性与碳库管理指数对模拟酸雨的响应[J]. 张慧玲,吴建平,熊鑫,褚国伟,周国逸,张德强. 生态学报. 2018(02)
[3]毛竹种植对土壤细菌和真菌群落结构及多样性的影响[J]. 赵天心,毛新伟,程敏,陈俊辉,秦华,李永春,梁辰飞,徐秋芳. 应用生态学报. 2017(11)
[4]模拟酸雨对次生林土壤呼吸及异养呼吸的影响[J]. 陈书涛,孙鹭,桑琳,胡正华. 环境科学. 2017(03)
[5]亚热带毛竹人工林土壤呼吸组分动态变化及其影响因素[J]. 杨文佳,李永夫,姜培坤,周国模,刘娟. 应用生态学报. 2015(10)
[6]模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响[J]. 梁国华,吴建平,熊鑫,吴小映,褚国伟,周国逸,曾任森,张德强. 广西植物. 2016(02)
[7]天目山保护区森林群落植物多样性对毛竹入侵的响应及动态变化[J]. 白尚斌,周国模,王懿祥,梁倩倩,陈娟,程艳艳,沈蕊. 生物多样性. 2013(03)
[8]西天目山毛竹林土壤呼吸特征及其影响因子[J]. 李雅红,江洪,原焕英,刘源月,周国模,余树全. 生态学报. 2010(17)
[9]模拟酸雨对杉木幼苗-土壤复合体系土壤呼吸的短期效应[J]. 刘源月,江洪,李雅红,原焕英. 生态学报. 2010(08)
[10]模拟酸雨对玉米幼苗生理与根际微生物的影响[J]. 孙岩,全炳武. 延边大学农学学报. 2009(03)
本文编号：3293498
【文章来源】：生态学报. 2020,40(10)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
土壤呼吸与土壤温度的关系
由于各地区的气候、土壤养分及植被类型等条件的不同,模拟酸雨对土壤呼吸的影响结果存在较大差异。Reth等[22]研究发现模拟酸雨抑制了土壤呼吸,这种抑制作用可能是氢离子高载荷对土壤微生物产生毒性所致。Fangueiro等[23]报道,低模拟酸雨强度反而促进了土壤呼吸。本研究结果表明,实验初期模拟酸雨对土壤呼吸无明显影响,这主要是由于土壤拥有巨大的缓冲体系,对酸性物质的输入具有很强的缓冲作用,毛竹林根系短期内对酸雨的耐受性较强。随着时间推进,在模拟酸雨作用下,土壤呼吸呈现出先增大后减小的趋势,酸雨的促进土壤呼吸作用可能是根细胞中维持蛋白质周转和溶质梯度所消耗的能量占根系维持呼吸的绝大部分,如果根系组织中的氮含量保持不变,那么根系呼吸也不会发生变化,而酸雨中的NO3-的施肥作用恰恰增加了毛竹林根系细胞的氮含量,使得地下的土壤呼吸速率加强[12]。模拟酸雨下森林的土壤酸化是个逐渐累积的过程,随着酸雨强度的增大和时间的推移,模拟酸雨对土壤呼吸产生抑制作用,这与其胁迫下土壤酸化从而导致土壤微生物活性及土壤养分流失有关。相关性分析表明(表4),土壤呼吸与土壤细菌α多样性指数呈显著正相关(P<0.05),土壤微生物活性下降,从而延缓了土壤有机物的矿化和分解速率,抑制了土壤CO2的释放,并呈现逐渐增强的趋势[24]。表4 土壤呼吸与土壤微生物α多样性指数、土壤理化性质的相关系数Table 4 Correlation coefficients between soil respiration and soil microbial α-diversity indices, soil physicochemical properties 项目Project 土壤呼吸Soil respiration pH 碱解氮Available N 有效磷Available P 速效钾Available K 可溶性有机碳Dissolved organic carbon 微生物量碳Microbial biomass carbon 细菌多样性Bacteria diversity 真菌多样性Fungi diversity 土壤呼吸Soil respiration 1 pH 0.752* 1 碱解氮Available N -0.778* -0.724* 1 有效磷Available P -0.783* -0.755* 0.777* 1 速效钾Available K 0.773* -0.893* 0.422 -0.735* 1 可溶性有机碳Dissolved organic carbon 0.741* -0.748* 0.767* -0.750* 0.776* 1 微生物量碳Microbial biomass carbon 0.725* 0.980** -0.750* -0.715* 0.706* 0.727* 1 细菌多样性Bacteria diversity 0.739* 0.720* -0.817** -0.676* 0.627* 0.730* 0.771* 1 真菌多样性Fungi diversity 0.412 0.631* 0.533 -0.482 -0.742* -0.898** 0.631* 0.533 1 *表示显著相关(P < 0.05),**表示极显著相关(P < 0.01)
回归分析表明,CK、T1、T2处理的土壤呼吸与土壤温度之间呈极显著的指数回归关系(表1),这3个小区的回归方程的决定系数R2分别为 0.960、0.937、0.845,这表明土壤温度可分别解释这 3个小区土壤呼吸96.0%、93.7%、84.5%的季节变异。根据指数回归方程估算得到的 CK、T1、T2处理的土壤呼吸的温度敏感系数(Q10)分别为2.14、2.10、2.86。T2与T1和CK间差异显著,T1与CK间无显著性差异,这一结果表明,重度酸雨处理增加了温度敏感性。表1 不同pH值酸雨处理的毛竹林土壤呼吸速率与温度相关性Table 1 Relationships between soil respiration rate and soil temperature in the Moso bambaoo under different pH value treatments 处理Treatment 拟合方程Fitted equation R2 Q10 CK y = 1.129e0.076T 0.960** 2.14b T1 y = 1.129e0.074T 0.937** 2.10b T2 y = 1.193e0.105T 0.845** 2.86a 不同字母表示同一列内各均值存在显著差异(P<0.05);*表示显著相关(P < 0.05),**表示极显著相关(P < 0.01); CK:对照处理, control treatment;T1:处理一,treatment 1;T2: 处理二,treatment 2
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用PCR-DGGE技术分析内蒙古西部地区土壤细菌的多样性[J]. 武志华,夏冬双,王雪寒,马强,唐凯,刘惠荣. 生态学报. 2019(07)
[2]南亚热带森林土壤碳库稳定性与碳库管理指数对模拟酸雨的响应[J]. 张慧玲,吴建平,熊鑫,褚国伟,周国逸,张德强. 生态学报. 2018(02)
[3]毛竹种植对土壤细菌和真菌群落结构及多样性的影响[J]. 赵天心,毛新伟,程敏,陈俊辉,秦华,李永春,梁辰飞,徐秋芳. 应用生态学报. 2017(11)
[4]模拟酸雨对次生林土壤呼吸及异养呼吸的影响[J]. 陈书涛,孙鹭,桑琳,胡正华. 环境科学. 2017(03)
[5]亚热带毛竹人工林土壤呼吸组分动态变化及其影响因素[J]. 杨文佳,李永夫,姜培坤,周国模,刘娟. 应用生态学报. 2015(10)
[6]模拟酸雨对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸的初期影响[J]. 梁国华,吴建平,熊鑫,吴小映,褚国伟,周国逸,曾任森,张德强. 广西植物. 2016(02)
[7]天目山保护区森林群落植物多样性对毛竹入侵的响应及动态变化[J]. 白尚斌,周国模,王懿祥,梁倩倩,陈娟,程艳艳,沈蕊. 生物多样性. 2013(03)
[8]西天目山毛竹林土壤呼吸特征及其影响因子[J]. 李雅红,江洪,原焕英,刘源月,周国模,余树全. 生态学报. 2010(17)
[9]模拟酸雨对杉木幼苗-土壤复合体系土壤呼吸的短期效应[J]. 刘源月,江洪,李雅红,原焕英. 生态学报. 2010(08)
[10]模拟酸雨对玉米幼苗生理与根际微生物的影响[J]. 孙岩,全炳武. 延边大学农学学报. 2009(03)
本文编号：3293498
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