人工针叶林生态系统凋落物输入调控对土壤有机碳动态和稳定性的影响

发布时间：2018-01-14 10:04

本文关键词：人工针叶林生态系统凋落物输入调控对土壤有机碳动态和稳定性的影响　出处：《中国科学院武汉植物园》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：全球变化将会引起输入到土壤中植物凋落物质量和数量的变化,进而会影响土壤有机碳的动态。然而土壤有机碳对凋落物变化的响应还没有被完全了解。凋落物输入调控试验(Detritus Input and Remval Treatment,DIRT)提供了比较好的方法来研究凋落物质量和数量的改变对土壤有机碳动态和稳定性的影响。本研究选择在丹江口库区林龄20-30年的侧柏人工林中进行凋落物输入调控试验(设置对照、去地上凋落物、去根、去根并且去地上凋落物以及双倍凋落物处理),探讨凋落物输入调控对土壤有机碳以及与有机碳相关的微生物及酶活性的影响,同时分析了凋落物输入调控对土壤碳释放即土壤呼吸的影响,得到以下主要结论:(1)凋落物输入调控对土壤有机碳的影响凋落物输入处理主要通过改变土壤团聚体结构及其碳的分布来影响土壤有机碳含量。与对照相比,去除根系和无碳输入处理2000 μm的团聚体含量降低了 23.4%和27.7%,且使土壤水稳性团聚体的平均重量直径降低,土壤结构变差,抗侵蚀能力减弱;同时,去根处理和无碳输入处理土壤大团聚体中碳的含量也低于对照;添加凋落物处理对土壤团聚体结构及其碳的分布没有显著影响;最后,大团聚体的含量与土壤有机碳的含量呈显著的正相关关系,进一步证实大团聚体对土壤有机碳维持的重要作用。凋落物输入处理改变了土壤有机碳中易变碳和惰性碳的相对比例。去除地上凋落物和去根处理使土壤易变碳的含量显著降低,但是土壤惰性碳没有显著变化,因此土壤惰性碳的相对比例增加。凋落物输入处理2年后,与对照相比,去除地上凋落物、去除根系和无碳输入处理土壤惰性碳指数分别提高了 9.7%,10.6%和12.2%,尤其是无碳输入处理,土壤惰性碳指数显著高于对照。添加凋落物对土壤易变碳和惰性碳的影响不及去除凋落物的影响。(2)凋落物输入调控对土壤微生物群落结构和酶活性的影响、凋落物输入处理显著改变了微生物生物量和群落结构。综合3个时期的数据来看,去除凋落物(去除地上凋落物或者是去除根系),尤其是无碳输入处理使土壤的微生物生物量降低,并且提高了真菌的相对比例;添加凋落物只在处理两年后增加了微生物生物量,并且降低了真菌比例,其它时期对微生物生物量和群落结构没有显著影响。总体上来看,微生物量和群落结构对去除凋落物的响应比添加凋落物的响应强烈。凋落物输入处理也显著改变了土壤酶的活性。然而水解酶和氧化酶对凋落物输入的改变响应有所不同:添加凋落物增加了 5种水解酶中4种酶的活性,但是去除凋落物处理土壤水解酶活性基本没有发生显著变化;添加凋落物处理中土壤过氧化物酶和多酚氧化酶活性与对照相比没有显著提高,但是去除凋落物处理显著提高了这两种氧化酶的活性。(3)凋落物输入调控对土壤呼吸及其同位素的影响凋落物输入调控通过改变呼吸底物的有效性和碳的输入进而影响土壤呼吸及其同位素。凋落物输入处理2年后,与对照相比,去除地上凋落物、去除根系和无凋落物输入处理显著降低了土壤呼吸年通量,分别低了 34.4%,25.5%和35.3%;添加凋落物对土壤呼吸年通量没有显著影响。土壤呼吸易受到凋落物减少的影响,而对添加凋落物的响应比较迟缓,产生这一现象的主要原因是去除地上凋落物或者是去除根系显著改变了土壤呼吸底物的质量(土壤惰性碳比例上升);同时,去除地上凋落物或者是去除根系使土壤微生物群落结构发生改变(真菌的比例上升),并且降低了土壤呼吸熵,从而使土壤呼吸降低;而添加凋落物处理中,底物质量、微生物群落结构及呼吸熵都没有显著改变,因此土壤呼吸也没有显著变化。土壤呼吸的碳同位素值在去除地上凋落物和无凋落物输入处理中升高,而在添加凋落物处理中降低,主要是由于去除和添加凋落物使土壤的微气候(主要是含水量)以及土壤呼吸的组分发生了改变,进而影响土壤呼吸的碳同位素值。本研究强化了我们对未来气候变化和人类活动增强背景下,凋落物输入的改变对土壤呼吸影响的基础认知。
[Abstract]:The effects of litter input and regulation on soil organic carbon ( SOC ) and soil organic carbon ( SOC ) were studied . ( 2 ) The effects of litter input and regulation on soil microbial community structure and enzyme activity , litter input treatment significantly changed the microbial biomass and community structure .

【学位授予单位】：中国科学院武汉植物园
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S714

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