模拟氮沉降和杀线虫剂处理对落叶松人工林土壤有机碳温度敏感性和激发效应的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zy_landicorp
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土壤有机碳(SOC)库是陆地生态系统中最大的碳库,其微小变化将会对大气CO2浓度产生较大的影响。温度敏感性和激发效应是影响SOC分解的两个关键过程,其对氮沉降和土壤线虫的响应对全球碳循环与碳平衡至关重要,在很大程度上决定着全球气候变化与土壤碳循环之间的反馈关系。但是,目前氮沉降对SOC温度敏感性和激发效应的影响仍存在很大的不确定性,且多以单一形态氮沉降研究为主,土壤线虫对这两个关键过程影响的研究也尚未见报道。因此,本研究以兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤为对象,利用不同形态氮沉降长期定位试验平台,分别采集对照(CK)、无机氮(IN)、有机氮(ON)及无机氮有机氮混施(IN∶ON=7∶3;MN)4种处理的表层土壤(0-10cm),然后进行一系列室内培养试验,研究SOC分解过程,旨在探讨全球变化背景下,氮沉降和土壤线虫对SOC分解的影响及其微生物学机制。(1)将不同形态氮沉降处理土壤在15℃和25℃下恒温培养,测定SOC分解速率,研究不同形态氮沉降处理的SOC分解及其温度敏感性是否有差异;(2)利用13C同位素示踪技术,通过向不同形态氮沉降处理的土壤中按不同方式添加13C标记的葡萄糖,将各处理土样在15℃下恒温培养90天,测定土壤碳释放量及δ13C值,以研究不同形态氮沉降和外源碳添加方式对SOC激发效应的影响;(3)将每个氮沉降处理土样分为两组,分别进行添加或不添加杀线虫剂处理,然后进行与(1)和(2)相同的室内培养实验,探讨土壤线虫对SOC温度敏感性和激发效应的影响及生物学机制。主要研究结果如下:  (1)不同形态的氮沉降均显著抑制了SOC分解(P<0.05),其中无机有机混合氮沉降的抑制作用最强,其次为有机氮沉降,而无机氮沉降的抑制作用最弱,这表明目前单一形态氮沉降模拟研究所得结果低估了大气氮沉降对SOC分解的抑制作用。  (2)土壤有机碳温度敏感性(Q10)为2.58-2.92,不同形态氮沉降对其没有显著影响;相关性分析结果显示Q10值与土壤全碳、全氮、土壤微生物总的生物量和放线菌含量具有显著的正相关关系(P<0.05)。  (3)添加葡萄糖能够促进SOC分解,产生正激发效应,其中CK、IN、ON和MN处理中添加葡萄糖所引起的激发效应强度分别为:9.14%、3.44%、5.76%和6.11%。该结果表明氮沉降在一定程度上能够降低激发效应强度,其降低程度与氮素形态有关。因此,基于单一形态氮沉降的模拟研究可能会低估大气氮沉降对激发效应的影响。  (4)外源碳添加方式影响温带森林SOC激发效应的方向和强度。一次性添加碳源产生正激发效应,其强度范围为3.44%~9.14%;而重复添加碳源产生负激发效应,强度范围为-19.65%~-23.85%。故以往大多数基于一次性添加碳源的激发效应研究可能高估了自然生态系统植物碳输入对SOC的分解作用。  (5)去除土壤线虫SOC分解速率显著增加(P<0.05),但其对SOC温度敏感性没有显著影响。该结果表明在温带落叶松林生态系统中,土壤线虫有助于增强SOC的稳定性。  (6)土壤线虫对SOC激发效应的影响与外源碳添加方式有关。在一次性添加碳源条件下,去除土壤线虫使激发效应由正激发转变为负激发;而在重复添加碳源条件下,去除土壤线虫使负激发效应强度呈增加趋势。因此,在温带落叶松林生态系统中,去除土壤线虫能够降低由外源碳输入所引起的SOC分解,有助于增强森林土壤碳固持。
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