养分添加对亚热带杉木人工林土壤激发效应的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 周静 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 徐兴良 |
| 关键词 | 养分有效性 杉木人工林 凋落物 根系分泌物 激发效应 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 亚热带森林在全球碳固存和碳平衡中发挥着重要作用，其有机碳动态对全球碳循环和气候变化产生潜在影响。杉木（Cunninghamialanceolata）因其快速生长的特点和较高的经济和生态效益，是亚热带地区广泛种植的主要造林树种。氮和磷是森林生态系统生产力的两大最主要限制因子，氮磷养分输入引起的养分有效性的变化会影响植物氮素获取、土壤碳动态和养分循环。外源性有机质输入引起的土壤有机质分解的变化称之为激发效应，可显著影响土壤有机碳库的动态，但该过程受土壤养分有效性的影响。因此，探究氮磷养分输入对土壤激发效应的影响将有助于揭示激发效应产生与维持的内在机制。土壤微生物是土壤有机质分解的主要驱动因素，其活性因外源性有机质的输入而改变，如根系分泌物以及来自凋落物分解的低分子量有机物，养分有效性也是影响微生物群落组成和多样性的重要因素。凋落物和根系分泌物是森林土壤有机碳输入和养分归还的重要来源，它们的不同化学组成可能通过改变土壤微生物群落组成和多样性，进而调节土壤激发效应的大小和方向。因此，综合探究养分添加对植物氮素获取以及凋落物和根系分泌物输入诱发的土壤激发效应的影响及其微生物机制，有助于更充分地认识土壤碳动态及其周转过程，有助于更好地理解全球气候变化对亚热带人工林的影响。 本研究拟回答以下科学问题：土壤养分有效性与土壤激发效应之间可能存在一定的反馈机制，该反馈机制是如何发生的？针对科学问题提出主体科学假设：土壤激发效应的大小和方向取决于土壤养分可利用性,主要与土壤氮有效性有关，氮添加将降低土壤激发效应，而磷添加对土壤激发效应的影响依赖于土壤氮有效性及有机质类型。基于此，本研究以江西千烟洲杉木人工林长期氮磷养分添加平台为研究对象，选取对照（CK，不施任何肥料）、氮（50kgNhm-2a-1）、磷（50kgPhm-2a-1）、氮与磷配施（50kgNhm-2a-1+50kgPhm-2a-1）四种处理地块。通过原位15N示踪技术（15NH4Cl、K15NO3和甘氨酸15N）对不同养分添加处理的杉木根系进行标记。同时，分别采集0-10cm和50-60cm两个不同深度的土壤用于后续的室内土壤培养实验。此外，搭建13CO2标记室对杉木（AM树种）和湿地松（ECM树种）幼苗进行了多次13C脉冲标记，收集13C标记的凋落物（叶和根）和根系分泌物用于土壤激发效应实验。最后展开为期60天的室内土壤培养实验，分别向不同氮磷添加处理的土壤添加不同类型的13C标记的凋落物（杉木叶；杉木根；湿地松叶；湿地松根）；以及向不同深度的土壤（0-10cm和50-60cm）添加13C标记的杉木根系分泌物。实验期间用碱液吸收法收集CO2，计算累积CO2释放量和激发效应，培养结束后采集土壤测定土壤铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）含量，微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）含量，以及微生物群落组成和多样性。主要研究结果如下： （1）氮磷养分添加改变杉木的氮素吸收速率但未改变其吸收偏好。杉木在不同的施肥处理下均表现出明显的NH4+（土壤优势氮形态）吸收偏好，证实了植物偏好吸收土壤中更为丰富的氮形态。氮添加降低杉木的NH4+和NO3-吸收速率而磷添加却增加NH4+吸收速率，这表明养分添加通过改变养分可利用性来影响植物的氮素吸收速率。 （2）养分和凋落物添加影响土壤激发效应的大小和方向。杉木（AM树种）凋落物诱发的土壤激发效应总体上呈负激发效应；而湿地松（ECM树种）凋落物总体上呈正激发效应。土壤激发效应的大小为湿地松凋落物（湿地松叶：83.56±5.37毫克碳/千克干土；湿地松根：15.51±6.51毫克碳/千克干土）高于杉木凋落物（杉木叶：-29.10±1.89毫克碳/千克干土；杉木根：-18.44±6.80毫克碳/千克干土），这可能反映了菌根类型和凋落物质量的差异对土壤激发效应的影响。此外，根凋落物诱发的土壤激发效应同时受到养分有效性和根凋落物质量的影响；叶凋落物诱发的土壤激发效应对叶凋落物质量的变化更为敏感，而对养分有效性变化的响应较弱。养分有效性对凋落物诱发的土壤激发效应变化的内在微生物机制为，土壤的真菌和细菌群落组成受到养分添加以及养分和凋落物添加交互作用的影响；凋落物添加以及凋落物与养分添加的交互作用显著影响土壤真菌丰富度，但不影响细菌丰富度，这表明土壤激发效应的大小和方向很大程度上依赖于真菌群落的变化。 （3）根系分泌物添加、养分添加和土壤深度影响土壤激发效应的大小和方向。就养分有效性而言，在表层土壤中，氮和/或磷添加显著降低了根系分泌物诱发的激发效应（对照组：-7.13±2.21毫克碳/千克干土；氮添加：-64.66±1.02毫克碳/千克干土；磷添加：-45.21±5.62毫克碳/千克干土；氮磷添加：-20.36±1.27毫克碳/千克干土）；在深层土壤中，与对照组相比（-11.69±1.96毫克碳/千克干土），磷添加产生了显著更强的激发效应（30.20±3.48毫克碳/千克干土），而氮磷添加显著降低了激发效应（-48.48±4.08毫克碳/千克干土），氮添加无显著影响（-9.41±3.18毫克碳/千克干土）。就土壤深度而言，与表层土壤相比，深层土壤在氮和磷单独添加处理下产生了显著更强的激发效应，而在氮磷添加处理下的激发效应显著更低。这表明土壤激发效应受到土壤深度和养分有效性的交互作用的影响。养分有效性对根系分泌物诱发的不同深度土壤激发效应变化的内在微生物机制为，土壤真菌和细菌群落的组成及其丰富度受到根系分泌物添加、养分添加和土壤深度的复杂交互作用的影响，其中土壤深度是主要决定因素，养分添加主要影响细菌群落。这些因素介导的土壤微生物群落组成和多样性的变化导致了不同大小和方向的激发效应的发生。 综上所述，本研究以养分有效性为切入点，围绕长期养分添加的杉木人工林土壤进行展开，分别探究了养分有效性对杉木氮素获取的影响、养分有效性对凋落物诱发的土壤激发效应的影响以及养分有效性对根系分泌物诱发的不同深度土壤激发效应的影响。将植物养分获取、土壤微生物群落和激发效应联系起来，以更好的认识养分有效性和土壤激发效应的反馈机制。研究表明，土壤激发效应的大小和方向在很大程度上受到外源性有机质输入质量和长期养分添加的影响，这表明采取合理的施肥措施有助于森林土壤的碳固存，对解析全球气候变化下的土壤碳动态和养分循环具有重要意义。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 133 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209274]  |
| 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 | 周静. 养分添加对亚热带杉木人工林土壤激发效应的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。