论文部分内容阅读
探讨土壤碳固定和碳循环过程是陆地生态系统碳循环的热点问题。土壤碳循环受到土壤环境、微生物活性和底物可利用性等因素的共同调控。稻田土壤具有较强的固碳能力,理化性质和微生物活性不同,其固碳潜力存在差异。以葡萄糖模拟有机质(SOM)转化过程中的简单代谢产物,量化外源碳在不同微生物活性稻田土壤中的周转和分配特征,阐明稻田土壤碳周转的微生物响应特征,对于增强稻田土壤固碳能力,降低温室气体释放量等具有重要的实践意义和理论价值。选取三种不同微生物量碳含量梯度(1238.75 mg/kgMBC、867.31 mg/kgMBC、149.34mg/kgMBC)的亚热带典型水稻土来表征稻田土壤微生物活性,13C标记的葡萄糖作为土壤中植物根际沉积碳以及外源输入的低分子量有机碳的典型代表,设置试验处理如下:对照(CK);土+0%MBC;土+50%MBC;土+100%MBC;土+300%MBC;土+500%MBC。研究外源碳对不同微生物活性稻田土壤,以及不同外源碳供应梯度对稻田土壤的碳周转过程、微生物活性变化和土壤N、P的响应特征。主要研究结果如下:(1)外源碳的添加促进了 CO2的释放,随着培养时间延长,CO2的来源由葡萄糖向土壤原有有机质转变;随着葡萄糖添加比的增加,来自于土壤SOM的CO2逐渐减少。累积矿化率均随着葡萄糖添加比增加逐渐增强,低MBC 土壤的增加幅度大于高MBC 土壤。与高MBC 土壤相反,随着添加比增加,低、中MBC土壤的外源碳向快速转化碳库的分配提高,但仍然以慢速转化碳库为主。中MBC土壤产生的正激发效应大于低MBC 土壤,高MBC 土壤产生的负激发效应随着添加比增加逐渐增强。(2)外源碳添加到稻田土壤后的归宿为:1)以CO2气体释放;2)以DOC存留于水溶液;3)以SOC固存。培养初期,外源碳主要以SOC存在于土壤中,且高MBC 土壤大于低MBC 土壤。低MBC 土壤中外源碳以CO2气体释放的比例最高,约为19.3%～29.4%;中MBC 土壤的水溶液DOC含量最高,约为12.9%～16.2%。培养后期,葡萄糖主要被矿化生成CO2,水溶液DOC含量趋近于零。土壤MBC含量变化趋势为先增加再减少,且高MBC 土壤的含量大于低MBC 土壤。(3)外源碳添加改变了土壤pH,促进了原有有机质分解。土壤N、P元素主要以易利用态的NH4+-N、Olsen-P存在于土壤中。在外源碳输入不足时,土壤MBN、MBP含量较低,充足的外源碳输入,促进了微生物对N、P的利用,MBN、MBP增加,过量的外源碳输入后,MBN、MBP降低。高MBC 土壤的MBN含量高于其他两种土壤。不同微生物活性的稻田土壤存在不同的最适葡萄糖添加比。(4)外源碳添加到土壤后,改变了土壤胞外酶的活性、微生物呼吸强度和土壤微生物群落结构。外源碳最初输入到土壤后,β-Glu活性随着添加比增加逐渐降低,随着培养时间延长,β-Glu活性提高。对于受限的N、P元素,NAG、AP活性变化波动较大。高MBC 土壤微生物群落对碳源的利用率大于低MBC 土壤。三种稻田土壤对其中三种羧酸类碳源(甲酸、丁香酸、丁二酸)利用率较低。培养初期,三种稻田土壤的呼吸熵与葡萄糖添加比之间表现出显著的正线性关系。培养结束后,高葡萄糖添加比提高了低MBC 土壤的呼吸熵,降低了高MBC土壤的呼吸熵。(5)外源碳输入改变了土壤物理化学、微生物量及酶活性C/N/P比值。不同微生物量碳水稻土 MBC/MBP和DOC/Olsen-P之间均呈正相关关系,土壤MBC含量越高,土壤物理化学、微生物量和酶活性的C/N/P生态化学计量特征的线性相关性越强。且土壤MBC含量越高的土壤,与土壤NH4+-N、MBP相关性越强,越容易受到土壤N、P养分元素的调控。