温带森林土壤有机质分解对土壤含水量变化的响应

论文摘要

土壤有机质分解作为生态系统碳循环的重要组成部分,其微小变化都会对大气CO2浓度以及土壤碳库产生巨大影响。CO2是土壤有机质分解的主要产物,同时又是造成全球变暖的主要温室气体,对陆地生态系统碳循环和减缓全球气候变暖等方面起着十分重要的作用。科学家们对此进行了大量实验和模型研究,但都主要集中在升温对土壤有机质分解及其温度敏感性的分析探讨,而忽视了相伴随发生的土壤水分的变化及其对土壤碳动态的影响。降水是土壤水分的直接来源,全球变暖强烈影响着大气环流和水分循环,从而引发了降水格局的变化,直接改变土壤水分含量。土壤含水量作为土壤的主要性质,对土壤的通透性,可溶性有机质浓度等理化性质以及微生物的群落结构和活性具有重要影响,从而对土壤有机质分解所释放的CO2产生影响。自然生态系统中土壤含水量是由地形因素、土壤因素和气候因素等共同决定的。野外长期的水分环境决定了土壤性质的差异,仅通过室内短期培养是无法模拟真实自然环境中土壤含水量对有机质分解的影响。人们对土壤含水量与土壤有机质分解的关系研究忽略了取样位点实际含水量的影响。此外还很少有研究从外源有机物输入的角度来分析不同土壤含水量对微生物呼吸的影响。因此本文设计了以下两个实验分别进行研究:土壤含水量对土壤有机质分解及其温度敏感性的影响;不同土壤含水量条件下微生物对外源添加碳的利用策略。1.从森林沼泽到森林的过渡,体现了野外的长期环境造成土壤含水量的明显差异,是自然森林生态系统中典型的土壤含水量变化序列。而纬度较高、气候寒冷的地区土壤积累了大量有机质,同时也被认为是全球变化最为敏感的地区之一。因此,本研究选取我国中高纬度地区三个温带森林作为研究区,每个研究区根据地形因素,从森林沼泽到森林按照土壤含水量序列差异选取了三个取样点。通过采取室内连续自动变温培养与测试的方法高频快速地测定土壤有机质分解速率,并计算出土壤CO2累积释放量和温度敏感性。研究土壤含水量对土壤有机质分解及其温度敏感性的影响。结果表明寒温带森林土壤有机质分解速率随土壤含水量减小呈现先增加后减小的趋势。当土壤水分处于过饱和状态时,土壤含水量的减小导致氧化环境改变,CO2累积释放量显著增加,此时氧化还原条件是影响土壤有机质分解的主要控制因素;当土壤含水量持续减小,由于分解底物被大量消耗,有机碳含量减少,土壤有机质分解速率降低,土壤底物成为限制有机质分解的主要因子。可能因为底物性质的不同,中温带森林土壤有机质分解速率随土壤含水量的减小而逐渐降低。土壤有机质分解的温度敏感性对土壤含水量序列变化过程的响应具有区域差异性,可能受分解底物和理化土壤性质等因素的综合影响。2.外源底物的添加可以给饥饿的微生物提供能量来源,在短时间内激活那些处于潜在活跃状态的微生物。土壤微生物的生命活动直接受土壤水分控制,且微生物在降水变异性大的干旱地区对外源底物添加具有较为明显的响应。不同土壤含水量条件下微生物对土壤外源底物的利用策略研究,我们选取较为干旱的暖温带森林土壤作为研究对象,调节其含水量并通过添加δ13C标记的葡萄糖溶液进行培养实验,连续快速测定微生物分别利用葡萄糖和土壤原有有机质进行的呼吸速率。实验结果表明不同含水量条件下土壤对葡萄糖添加的响应强度和持续时间有所不同,70%WHC土壤对葡萄糖添加的响应强度最大,而10%WHC土壤的响应强度最小;当WHC为90%时,土壤微生物呼吸对葡萄糖添加响应的持续时间最长,除此之外,其他水分条件下,葡萄糖呼吸速率和土壤呼吸速率均在添加后12h内达到最大值,可见微生物对葡萄糖添加的反应十分快速。总的来说,土壤水分通过影响微生物活性、底物的可利用性及代谢产物的扩散等多方面影响着土壤有机质分解。不同土壤含水量条件下微生物对外源添加碳和土壤原有有机质的分配利用策略不同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 土壤有机质分解的研究历程
•     1.2.2 土壤有机质分解的主要研究方向
•     1.2.3 土壤有机质分解速率及其温度敏感性的研究方法
•     1.2.4 土壤有机质分解的影响因素
•     1.2.5 土壤含水量对土壤有机质分解的影响研究
•   1.3 研究目的与意义
•   1.4 研究内容
•   1.5 拟解决的科学问题
•   1.6 技术路线
• 第二章 研究区概况与研究方法
•   2.1 研究区自然概况
•   2.2 样品采集与预处理
•   2.3 土壤基本性质测定
•   2.4 土壤有机质分解培养与测试方法
•   2.5 数据处理与分析
• 第三章 土壤含水量对土壤有机质分解及其温度敏感性的影响
•   3.1 引言
•   3.2 试验设计
•   3.3 实验结果
•     3.3.1 土壤基本理化指标
•     3.3.2 土壤有机质分解速率随土壤含水量变化
• 2累积释放量随土壤含水量变化'>    3.3.3 CO₂累积释放量随土壤含水量变化
•     3.3.4 不同土壤含水量条件下温度敏感性变化
•     3.3.5 活化能与土壤有机质分解的关系
•     3.3.6 土壤有机质分解速率和温度敏感性的影响因素
•   3.4 讨论
•     3.4.1 升温促进森林与森林沼泽土壤有机质分解
•     3.4.2 不同土壤含水量条件下土壤有机质分解变化
•     3.4.3 土壤含水量对温度敏感性的影响
•   3.5 小结
• 第四章 不同土壤含水量条件下微生物对外源添加碳的利用策略
•   4.1 引言
•   4.2 试验设计
•   4.3 实验结果
•     4.3.1 微生物呼吸速率随时间变化
•     4.3.2 葡萄糖呼吸与土壤呼吸速率的比例关系
•     4.3.3 微生物呼吸对葡萄糖添加的响应强度
•     4.3.4 微生物呼吸对葡萄糖添加的响应时间
•   4.4 讨论
•     4.4.1 葡萄糖呼吸和土壤呼吸速率随时间变化
•     4.4.2 微生物呼吸对葡萄糖添加的响应强度随土壤含水量变化
•     4.4.3 微生物呼吸对葡萄糖添加的响应时间随土壤含水量变化
•   4.5 小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况
• 参与的学术会议

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑帅

导师: 边红枫,何念鹏

关键词: 土壤有机质分解,土壤含水量,温度敏感性,微生物,外源添加碳

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 东北师范大学

分类号: S714

总页数: 68

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