论文部分内容阅读
森林土壤有机质在减缓全球大气CO2浓度升高和稳定气候系统方面起着至关重要的作用。越来越多的证据表明，植物根际过程能够显著影响土壤有机质分解和养分（尤其是N）循环。根际激发效应是由于根际有效基质投入以及根-土互作效应导致原土壤有机质矿化促进或抑制的现象。考虑到根际激发效应能够显著调节土壤有机质周转和养分循环以及对生态系统和全球生物地球化学循环模型预测精度提高的重要作用，深入理解根际激发效应的影响因素及其作用机制至关重要。然而，木本植物的根际激发效应，尤其是在野外条件下的方向与幅度和可能机制并不清楚。 为此，采用天然13C示踪技术和15N稀释法，首先选择3种人工林种植面积较大，根系属性差别显著的树种，分析了种内竞争对根际激发效应的影响及作用机制。其次，选择3种土壤类型和3种树种，探讨根系属性对根际激发效应的影响，建立根系功能与根际激发效应的关联。最后，选择亚热带常绿阔叶林5种共存的成熟大树，树龄超过50年，刻画其野外条件下根际激发效应的季节变化动态，并探讨菌根类型对根际激发效应的影响。 主要研究结果如下: (1)种内竞争对根际激发效应的影响。根际激发效应的种间差异与植物生物量有关，随着生物量的增加而增加。随着根际激发效应的增加，总氮矿化速率和植物氮吸收增加，而净氮矿化却下降。种内竞争显著降低了土壤有机碳氮矿化的根际激发效应;同时植物氮吸收也下降。微生物氮挖掘假说可能是解释树种产生正激发效应的机制之一，而植物-微生物间的强烈的氮竞争可能是种内竞争引起根际激发效应下降的原因。 (2)木本植物吸收根属性对根际激发效应的影响。土壤类型和树种显著影响有机碳氮矿化的根际激发效应，变异区间分别为+26％～+140％和-41％～+287％。土壤类型处理中根际激发效应与吸收根生长参数（如生物量、表面积、根长和氮含量）呈正相关，原因可能是吸收根属性的可塑性。然而这种正相关关系具有种的专属性。运输根与根际激发效应不存在相关性。在一定程度上，吸收根是引起根际激发效应的关键部位。 (3)野外原位条件下木本植物根际激发效应的方向和幅度。土壤碳氮矿化根际激发效应的方向和幅度及变化趋势差异很大。土壤碳分解的根际激发效应变异幅度较大，范围为-3％～+297％，呈现出明显的季节变化动态（P＜0.001），夏季具有明显的正的根际激发效应，而且随着实验的进行持续变强。平均而言，外生树种的土壤有机碳分解根际激发效应大于内生树种(P=0.089)。然而土壤氮矿化的根际激发效应却表现为负值，即成熟大树抑制土壤有机氮矿化速率。这种抑制效应在实验末尾时趋向于消失。 总得来说，木本植物种间差异在调节根际激发效应方向和幅度方面起到重要作用。吸收根属性，包括菌根类型显著影响根际激发效应。野外原位条件下木本植物根际激发效应对土壤碳氮矿化速率的影响具有截然相反的方向和幅度及变化趋势。该研究将对理解陆地生态系统土壤碳氮矿化速率的大尺度格局起到重要作用。