杉木根际激发对二氧化碳浓度升高和氮沉降的响应

• 作 者: 徐秋峰
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 生态系统 杉木 根际激发 二氧化碳浓度 氮沉降

土壤是陆地生态系统最大的碳库和氮库，根际过程在陆地生态系统碳、养分和生物地球化学循环中发挥核心作用。根际激发效应是根际过程、土壤有机质动态和生态系统生产力的关键组分和驱动力，对气候变化因子反应敏感。为了更准确地模拟地下碳过程，亟需探明根际激发效应对气候变化的差异响应。　　本实验选取我国亚热带树种杉木为研究对象，在OTC平台上模拟CO2浓度升高和氮沉降条件，借助C4土壤种植C3植物，应用天然13C丰度示踪法研究根际激发效应对CO2浓度升高和氮沉降的差异响应模式与机理。研究结果将为未来气候变化背景下准确预测全球气候变化与土壤碳循环间的反馈关系提供新的思路和数据支撑。主要结果如下:　　(1)CO2浓度升高和氮沉降能使杉木产生正的根际激发效应。在CO2浓度升高和氮沉降以及这两个处理的同时作用下，杉木根际激发的响应变幅为46％至120％。与对照处理相比，CO2浓度升高使根际激发效应提高了22％，氮沉降使根际激发效应提高了109％，CO2浓度升高和氮沉降的共同作用使根际激发效应提高了162％。　　(2)CO2浓度升高和氮沉降能够改变植物对地上部分与地下部分的碳分配，改变土壤呼吸速率。CO2浓度升高使杉木的总生物量提高了38％，使杉木的根系生物量提高了35％,使土壤总呼吸速率提高了71％。氮沉降使杉木的总生物量提高了44％，使杉木的根系生物量提高了39％，使土壤总呼吸速率提高了32％。CO2浓度升高和氮沉降的共同作用使杉木的总生物量提高了227％，使杉木的根系生物量提高了198％，使土壤总呼吸速率提高了159％。　　(3)CO2浓度升高和氮沉降能够显著影响土壤的胞外酶活性。研究CO2浓度升高和氮沉降对土壤β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖水解酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶、亮氨酸氨基肽酶、多酚氧化酶和过氧化物酶的活性的影响，结果为:CO2浓度升高和氮沉降以及这两个处理的共同作用都提高了土壤胞外酶的活性，其中CO2浓度升高使胞外酶活性提高的幅度为180％至518％，氮沉降使胞外酶活性提高的幅度为98％至484％，CO2浓度升高和氮沉降的共同在作用使土壤胞外酶活性提高的幅度为154％至434％。　　(4)CO2浓度升高和氮沉降对根际激发效应与主控因子的关系产生影响。在CO2浓度升高和氮沉降的处理条件下，根际激发效应的强度与杉木叶生物量有显著的正相关关系，土壤呼吸速率与杉木地上部分和根系的生物量有显著的正相关关系，土壤呼吸速率与β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖水解酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、多酚氧化酶和过氧化物酶的活性有显著的正相关关系。