干湿交替对科尔沁沙地人工林土壤有机碳矿化的影响

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在干旱/半干旱地区,土壤干湿交替现象非常明显。全球气候变化背景下,预测未来科尔沁沙地土壤干湿交替变化强度将进一步加剧。为了解土壤有机碳矿化过程对于湿交替强度的响应,本研究以科尔沁沙地重要的防风固沙树种杨树和樟子松为研究对象,采用室内原位土柱培养方法,模拟干湿交替对土壤呼吸、叶凋落物分解及其养分释放、土壤养分含量和土壤微生物的影响。试验设置3个处理:恒湿处理(CM,保持60%田间持水量)、轻度干湿交替处理(DW1,10d干燥+20d湿润)和重度干湿交替处理(DW2,20d干燥+10d湿润)。整个培养试验共处理180d,其中进行4次干湿交替循环处理,并在干湿交替处理结束后,将各处理置于相同土壤水分条件(60%田间持水量)延时培养60d。得到如下结果:  (1)干湿交替显著抑制干燥阶段的土壤呼吸,干燥土壤再湿润会明显激发土壤呼吸,显著促进湿润阶段的土壤呼吸。延时培养期结束时,DW2处理土壤呼吸仍显著高于恒湿处理,表明干湿交替对土壤呼吸存在遗留效应(Legacy effect)。因为干燥土壤再湿润时所激发的土壤呼吸,难以抵销干燥阶段下降的土壤呼吸,所以干湿处理组的累积土壤呼吸显著低于恒湿处理。从干湿交替趋势的角度来看,由于科尔沁地区呈降雨日数下降而干旱期延长趋势,未来科尔沁地区土壤将会固定更多的C。  (2)杨树和樟子松叶凋落物分解及养分释放对干湿交替的响应一致。在干湿交替期间,DW2处理显著抑制叶凋落物分解及叶凋落物C、木质素和总酚释放;与CM相比,DW2处理叶凋落物质量、C、木质素和总酚残留率分别增加17.4%、23.8%、35.2%和32.7%,而干湿交替对叶凋落物N和P养分释放无显著影响。干湿交替处理结束和延时培养结束时,不同干湿处理叶凋落物分解及养分残留率的变化具有一致性,而延时培养期间DW2处理凋落物分解速率、叶凋落物C和木质素释放加快,表明干湿交替对叶凋落物分解及养分释放具有短期遗留效应。  (3)重度干湿交替处理显著增加土壤有机碳含量,但不存在遗留效应。干湿交替对土壤N、P含量以及C/N、N/P和C/P均无显著影响。在干湿交替期,干湿交替对无机氮(硝态氮+铵态氮)含量无显著影响;在延时培养期,DW2处理无机氮含量显著低于恒湿处理。干湿交替显著提高土壤微生物量C和微生物熵,并且对其存在着遗留效应。
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