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杉木是我国特有的速生针叶用材林树种,其人工林在南方亚热带地区广泛分布。然而就目前经营状况(连载)和杉木本身化学性质来看,林地土壤碳汇功能受到极大的制约。凋落物作为土壤有机碳的重要来源直接影响着森林土壤的碳储量。因此,研究凋落物分解及其对土壤有机质的影响对于探讨陆地-大气系统碳交换过程及对气候变化的影响具有重要意义。 本文通过Meta数据分析和实验相结合,研究了添加杉木凋落物后对不同层次土壤有机碳(SOC)、微生物碳(MBC)和可溶性碳(DOC)的动态变化和不同温度下杉木凋落物和葡萄糖的添加对土壤有机碳矿化的影响,探讨了底物输入对土壤有机碳矿化的影响以及激发效应和温度敏感性之间的关系。得到以下结论: (1) Meta分析显示,有机碳的加入使土壤有机碳矿化量提高26.5%。土壤有机碳含量高的土壤(>20g kg-1)矿化速率为1.12 mg C kg-1soil h-1显著高于(p<0.05)土壤有机碳含量低土壤(<20g kg-1)的矿化速率(0.45mg C kg-1soil h-1)。总氮含量高的土壤(>2g kg-1)激发效应程度(29.8%)低于总氮含量低的土壤(<2gkg-1)44.3%。碳氮比高的土壤(>10)激发效应程度显著高于碳氮比低的土壤(<10)。土壤有机碳在培养时间小于15天时,分解程度为33.9%,显著高于培养时间大于15天的18.4%。激发效应程度在25℃以上时(88.2%)显著高于在25℃以下培养的程度(11.1%)。 (2)培养前期(0-1天),表层土壤有机碳分解速率显著大于深层土壤(p<0.01)。随着培养时间的延长,表层与深层SOC分解速率之间的差异逐渐减小。凋落物的添加显著增加土壤有机碳的矿化(p<0.05)。凋落物添加对原有SOC分解产生显著的激发效应。两层土壤中,激发效应的最大值均出现在0-1天,表层和深层SOC分解的激发效应分别为49.6%和421.7%。随着培养时间的延长,激发效应强度逐渐降低并出现负激发效应。表层土壤在49天后出现负激发效应,而深层土壤则在72天后才表现出较弱的负激发效应。整体来看,深层SOC分解对杉木凋落物添加的响应显著大于表层土壤。 土地不同利用方式产生的激发效应程度不同。在添加杉木凋落物处理中,杉木人工林土壤产生的激发效应显著高于常绿阔叶林土壤(p<0.05);而在添加葡萄糖处理中,杉木人工林土壤产生的激发效应和常绿阔叶林之间差异不显著。 (3)杉木凋落物添加显著增加了土壤微生物生物量碳(p<0.05),但对土壤可溶性有机碳含量的影响不显著。利用13C稳定同位素跟踪发现,杉木凋落物添加处理中的MBC和DOC主要来源于原有土壤,源于凋落物的MBC和DOC所占比例分别仅为5%-13%和3.6%,并在整个培养阶段保持相对恒定的比例。 (4)添加凋落物和葡萄糖后,降低了土壤的温度敏感性。葡萄糖处理相对于杉木凋落物处理Q10值显著降低(p<0.05)。在四个温度处理中,激发效应程度随温度的升高而降低。外源碳的输入显著激发土壤有机碳矿化,其中添加葡萄糖土壤产生的激发效应显著高于凋落物处理。