不同更新方式对亚热带森林土壤微生物残体碳和木质素的影响

论文摘要

森林土壤碳库约占陆地土壤碳库的73%,其碳储量远超大气和植被碳库,土壤有机碳组成微小的变化将改变大气中的二氧化碳浓度,从而对全球气候变暖带来深远的影响。但是长期以来缺乏有效分离植物和微生物来源碳的方法,对土壤有机碳组分认识还不够深入。近几十年来,伴随着南方山地综合开发和商品林基地建设,大面积天然常绿阔叶林在炼山或皆伐后转换为人工林、次生林等,不同森林更新方式已经给森林生态系统多样性、养分循环、生产力、土壤碳储量等带来不同程度的影响,然而关于不同更新方式下微生物残体碳和木质素对土壤有机碳的影响还不明确。为此,本研究依托福建三明森林生态系统与全球变化站-三明陈大林业国有林场,选择米槠天然林（NF）,以及由天然林转化而来的阔叶林（米槠次生林SF、米槠人促林AR）和针叶林（马尾松人工林PM、杉木人工林CF）的土壤为研究对象,在2017年4月份分别采集0-10 cm和10-20 cm土壤样品,分别采用氨基糖和木质素酚类两种分子标志物表征土壤微生物残体碳和植物木质素组分,并结合凋落物、细根、微生物生物量碳（MBC）和土壤理化性质等变化情况,旨在从植物和微生物来源碳的变化角度,探究不同森林更新方式对土壤有机碳组成的影响及机制。研究结果表明:（1）天然林经不同更新方式转换成其他林分后,0-10 cm土层土壤氨基糖总量（TAS）和各种氨基糖（氨基葡萄糖Glu N、氨基半乳糖Gal N和胞壁酸Mur A）呈下降趋势,其中天然林显著高于次生林（P<0.05）,次生林显著高于米槠人促林、马尾松和杉木人工林（P<0.05）,并且10-20 cm土层土壤变化趋势与0-10 cm保持一致,此外土壤各类氨基糖与MBC、凋落物和细根生物量呈显著正相关（P<0.05）,说明天然林和次生林更有利于土壤有机碳的积累,而森林更新通过改变凋落物输入量影响土壤微生物过程,降低土壤微生物残体碳的含量,不利于土壤有机碳的累积。森林更新后,0-10 cm土层土壤氨基葡萄糖与胞壁酸的比值（Glu N/Mur A）的比值呈下降趋势,其中天然林（14.72）和米槠次生林（15.33）显著高于米槠人促林（11.36）、马尾松（12.61）和杉木人工林（11.21）,说明在天然林和次生林中真菌残体碳对土壤有机碳的贡献显著高于米槠人促林、马尾松和杉木人工林。（2）天然林经不同更新方式转换成其他林分后,木质素总量（VSC）和各种木质素酚类单体（S类即:丁香基酚类,包括丁香醛、丁香酮和丁香酸;V类:香草基酚类,包括香草醛、香草酮和香草酸以及C类:肉桂基酚类,包括对香豆酸和阿魏酸）呈显著下降,其中木质素总量天然林显著高于次生林（P<0.05）,次生林显著高于人促林、马尾松和杉木人工林（P<0.05）,并且10-20 cm土层土壤变化趋势与0-10 cm保持一致,并且各类木质素酚类与MBC、凋落物和细根生物量呈显著正相关,说明天然林和次生林更有利于土壤有机碳的积累,而森林更新改变凋落物和细根输入量,降低了土壤木质素的含量,不利于有机碳的累积。在0-10 cm土层土壤中,天然林、次生林、人促林的S/V值分别为0.39、0.57和0.5,显著高于杉木（0.09）和马尾松（0.11）,并且在0-10 cm土层土壤中,天然林、次生林、人促林C/V值亦显著高于杉木和马尾松,说明森林更新过程中,植被类型改变土壤木质素的来源,且被子植物来源木质素已经完全被裸子植物所代替,进一步表明土壤有机碳累积是一个动态变化过程。在0-10 cm土层土壤中,天然林、次生林、人促林的V类单体的酸醛比（Ad/Al）V显著高于杉木和马尾松;天然林的S类单体的酸醛比（Ad/Al）S值亦显著高于次生林、人促林、杉木和马尾松,说明在天然林中木质素的分解速度更快。（3）森林更新后,真菌碳和细菌碳与土壤有机碳的比值均呈上升趋势,真菌碳与土壤有机碳的比值在16.93%29.58%,细菌碳与土壤有机碳的比值在8.89%20.25%。土壤微生物残体碳和木质素对土壤有机碳的贡献均为天然林<米槠次生林<米槠人促林<杉木林<马尾松,微生物残体碳与土壤有机碳的比值在31.98%45.2%,总木质素与土壤有机碳的比值在7.72 mg.g-116.32 mg.g-1。森林更新后,土壤微生物残体碳和木质素对土壤有机碳贡献均呈升高的趋势,说明森林更新后土壤活性有机碳降低速率大于微生物残体碳和木质素,并且微生物残体碳和木质素的稳定性高,有利于维持土壤有机碳的封存。（4）SOC、DOC、Clay和pH均对土壤氨基糖有影响,是土壤中氨基糖变化的主要驱动因子。且SOC、DOC和Clay与土壤氨基糖呈正相关,说明底物供应对微生物活性有显著影响,有助于提高氨基糖在土壤中的积累,黏粒的吸附作用提高土壤对氨基糖的物理保护程度,而pH与土壤氨基糖含量呈负相关,这主要是土壤pH会影响微生物生物量和活性,进而影响土壤氨基糖对土壤有机碳的贡献。（5）SOC、Mineral N、pH、Moisture、C/N和TN均对土壤木质素有影响,是土壤木质素变化的主要驱动因子。SOC、Mineral N、C/N和TN与土壤木质素呈正相关,说明底物供应对微生物活性有显著影响,使微生物分泌更多的酶,从而提高土壤中木质素降解。土壤pH和Moisture会影响微生物的生存环境,进而影响到微生物群落结构及微生物活性,从而影响微生物对木质素的降解程度。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景、目的及意义
•   1.2 土壤微生物残体碳的国内外研究现状
•     1.2.1 土壤微生物残体碳的测定及表征方法
•     1.2.2 环境因素对土壤微生物残体碳标志物氨基糖的影响
•     1.2.3 人为因素对土壤氨基糖的影响
•   1.3 木质素国内外研究现状
•     1.3.1 土壤木质素的来源
•     1.3.2 土壤木质素的测定及表征方法
•     1.3.3 环境因素对土壤木质素的影响
•     1.3.4 人为因素对土壤木质素的影响
•   1.4 科学问题
•   1.5 研究内容
•   1.6 技术线路
• 第二章 研究区概况与研究方法
•   2.1 研究区概况
•   2.2 实验样地设计及样品采集与处理
•   2.3 研究方法
•   2.4 数据统计与分析
• 第三章 森林更新对土壤微生物残体碳的影响
•   3.1 森林更新对土壤微生物残体碳标志物含量的影响
•     3.1.1 不同林分土壤中氨基糖总量的分布特征
•     3.1.2 不同林分中土壤各氨基糖的分布特征
•   3.2 不同林分中土壤微生物残体碳的指示特征
•   3.3 不同林分土壤中微生物残体碳在土壤有机碳中的累积特征
•     3.3.1 不同林分中土壤微生物残体碳对土壤有机碳的贡献
•     3.3.2 不同林分中土壤真菌碳对土壤有机碳的贡献
•     3.3.3 不同林分中土壤细菌碳对土壤有机碳的贡献
•   3.4 土壤氨基糖与生物因子的相关性分析
•   3.5 讨论
•     3.5.1 林分和土层对土壤氨基糖含量的影响
•     3.5.2 林分和土层对土壤微生物群落结构变化的影响
•   3.6 小结
• 第四章 森林更新对土壤木质素的影响
•   4.1 森林更新对土壤植物残体碳标志物含量的影响
•     4.1.1 不同林分中木质素总量分布特征
•     4.1.2 不同土层各林分中土壤各木质素含量分布特征
•   4.2 不同林分中土壤木质素的指示特征
•     4.2.1 不同林分中土壤木质素的来源
•     4.2.2 不同林分中土壤木质素的降解特征
•   4.3 不同林分中土壤木质素在土壤有机碳中的累积特征
•   4.4 土壤木质素与生物因子的相关性分析
•   4.5 讨论
•     4.5.1 林分和土层对土壤木质素组成和积累的影响
•     4.5.2 林分和土层对土壤木质素降解特征的影响
•   4.6 小结
• 第五章 影响土壤微生物残体碳和木质素主要环境因子
•   5.1 土壤微生物残体碳变化的主成分和冗余分析
•   5.2 土壤木质素变化的主成分和冗余分析
•   5.3 结构方程模型模拟各因子对土壤有机碳的影响
•   5.4 讨论
•     5.4.1 影响土壤氨基糖的主要因子
•     5.4.2 影响土壤木质素的主要因子
•     5.4.3 土壤木质素和氨基糖对土壤有机碳的影响
•   5.5 小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 研究结论
•   6.2 创新点
•   6.3 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
•   硕士研究生阶段参与课题情况
•   主要成果
• 致谢
• 个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王全成

导师: 杨玉盛

关键词: 不同更新方式,微生物残体碳,木质素,环境因素,冗余分析,土壤有机碳

来源: 福建师范大学

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: 福建师范大学

分类号: S714.3

DOI: 10.27019/d.cnki.gfjsu.2019.000606

总页数: 89

文件大小: 2198k

下载量: 38