大气CO2浓度升高和氮添加对高寒草甸土壤有机碳的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵广 |
| 答辩日期 | 2022-01 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 张扬建 |
| 关键词 | 高海拔生态系统 土壤有机碳稳定性 土壤微生物 土壤酶 同位素示踪 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 工业革命以来，大气CO2浓度持续上升，升高的CO2浓度会改变植物光合产物积累、土壤碳库的碳输入和碳输出过程，进而通过影响有机碳组成和周转特征来调控土壤碳库动态变化。土壤有机碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分，其碳储量的微小变化都会对大气CO2浓度和气候变化产生巨大影响。青藏高原地处高海拔地区，大气CO2分压低，因此高海拔和高寒生态系统可能对CO2浓度升高更加敏感。但目前关于高寒生态系统对CO2浓度升高的响应和适应的报道还很少，尤其缺少相关地下过程的研究，很大程度上限制了预测陆地生态系统碳循环对气候变化的反馈。探明青藏高原高寒生态系统土壤有机碳组成、周转以及微生物群落特征对CO2浓度升高和氮添加的响应，不仅可以揭示高寒生态系统土壤碳循环对CO2浓度升高和氮添加的响应过程和机制，而且可为科学预测全球土壤有机碳库对全球变化的响应提供参考。基于此，本研究以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象，利用藏北模拟大气CO2浓度升高平台，结合室外控制实验和室内培养实验，通过监测植物生物量分配和化学计量、土壤有机碳含量、组成、矿化速率、周转速率以及微生物群落特征，研究CO2浓度升高和外源氮添加对高寒草甸生物量分配和化学计量特征、土壤有机碳库大小、有机碳组成和周转以及微生物群落特征的影响，探讨大气CO2浓度升高和氮添加影响土壤有机碳动态变化的微生物学驱动机制。主要研究结论包括： （1）与全球其他大气CO2浓度富集试验相比（地上生物量平均增加 20%），高寒草甸植物生物量对大气CO2富集表现出更高的敏感性（地上生物量增加98%）。高寒草甸植物地上生物量对大气CO2浓度升高更敏感，更多生物量被分配到地上部分。CO2浓度升高增加了植物地上组织的碳含量，降低了氮含量。氮添加一定程度上缓解了氮限制对CO2施肥效应的影响，并增强了植物地上组织的固碳能力。 此外，在大气CO2浓度升高的情况下，高寒生态系统碳氮循环之间存在解耦现象，尤其是在氮有效性高的环境中。 （2）大气CO2浓度上升促使土壤微生物生物量升高，土壤水解酶活性升高，使微生物整体活性增强。同时，CO2浓度上升提高土壤中真菌/细菌比、真菌的Chao和Ace指数，整体上更有利于真菌生长。相对于细菌，CO2富集和氮添加对真菌群落组成的影响更大。冗余分析显示，土壤微生物组成主要受到土壤理化性质的影响，而土壤酶活性则受到土壤微生物活性和组成的影响。 （3）大气CO2浓度升高对土壤总碳库无影响，但显著改变不同土壤碳库的比例，同时提高土壤碳氮矿化潜力。通过改变土壤微生物的组成（如促进真菌生长）并增强水解酶的活性，CO2浓度升高显著增加土壤有机质的矿化速率，同时刺激微生物对“老碳”的利用。这主要是因为CO2富集加剧生态系统的氮限制，而土壤中的“老碳”含氮丰富，微生物对“老碳”加速分解可以有效缓解氮限制。此外，在CO2富集条件下的氮添加会改变土壤有机碳分解过程，如增加真菌与细菌的比率（F/B），降低粗粒有机碳含量（cPOM）和水解酶的活性，即氮添加对土壤碳周转过程的影响与CO2浓度升高的作用相反。总体而言，生态系统氮素有效性是CO2升高背景下驱动土壤有机碳周转的关键因素，而未来CO2浓度持续升高可能会降低高寒草甸土壤有机质的稳定性。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 81 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/194195]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 赵广. 大气CO2浓度升高和氮添加对高寒草甸土壤有机碳的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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