论文部分内容阅读
森林是陆地生态系统重要的碳库。中国亚热带森林植被类型多样,在全球森林生态系统碳汇中具有重要作用。土壤微生物是土壤碳源-碳汇平衡的主要驱动者。土壤微生物呼吸是地下生态系统碳循环过程、全球碳收支评估的关键,对森林生态系统土壤碳排放具有重要的影响,是全球碳循环系统性机理研究的重点,对合理预测全球碳平衡格局意义重大。然而,亚热带森林土壤微生物呼吸特征及其驱动机制仍不清楚。本文以亚热带4种典型森林——樟树（Cinnamomum camphora）林、枫香（Liquidambar formosana）林、马尾松（Pinus massoniana）林、樟树马尾松混交林为研究对象,连续2年监测了土壤微生物呼吸动态变化特征,厘清了土壤微生物呼吸对土壤呼吸的贡献,明晰了土壤温度和湿度对土壤微生物呼吸的影响,分析了土壤微生物群落结构特征及植被、土壤与微生物群落结构间的相互关系,探明了植被-土壤-微生物群落结构对微生物呼吸的潜在影响路径和关键驱动因子。研究成果为全球气候变化背景下亚热带森林生态系统“源”与“汇”调控机制的研究提供数据支持,为政府制定碳达峰、碳中和管理策略提供科学依据。主要研究结果如下:（1）4种森林土壤微生物呼吸和土壤呼吸均呈现出夏季高、冬季低的季节变化规律。樟树林、马尾松林、混交林、枫香林年均土壤微生物呼吸速率分别为2.57μmol·m-2.s-1、1.5 1 μmol·m-2.s-1、1.73μmol.m-2·s-1、1.57μmol·m-2.s-1,且樟树林年均土壤微生物呼吸速率显著高于其余3种林分。土壤微生物呼吸对土壤呼吸的贡献为79.09%～92.24%。土壤温度和土壤湿度分别解释了土壤微生物呼吸速率变异的51.1%～72.9%和24.8%～47.1%,二者共同作用可以解释66.7%～84.9%的土壤微生物呼吸变异。（2）4种森林中樟树马尾松混交林植物群落Margalef丰富度指数（DM）、Shannon-wiener 多样性指数（H’）、Simpson 优势度指数（DS）和 Pielou 均匀度指数（E）均为最高。土壤含水量表现为马尾松林、樟树林显著高于枫香林、混交林。4种森林土壤pH值均小于4.50,已严重酸化,其中马尾松林、樟树林pH高于混交林、枫香林。枫香林、混交林土壤碳氮养分及其化学计量比、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性均显著高于樟树林、马尾松林。4种森林土壤0～20cm全磷含量均低于全国平均值（0.78 g.kg-1）,其中枫香林土壤全磷含量和磷酸酶活性显著高于其余3种林分。土壤理化性质对土壤酶活性影响显著,但不同的酶对土壤理化性质的响应存在差异。（3）枫香林土壤微生物生物量碳氮（MBC、MBN）含量、微生物熵（MBC:SOC）以及微生物生物量碳氮磷化学计量比（MBC:MBN、MBC:MBP、MBN:MBP）均显著高于其它3种林分（p＜0.05）。4种森林土壤微生物生物量磷（MBP）、MBN:TN没有显著性差异（p＞0.05）。枫香林土壤MBP:TP最低,且与樟树林、混交林有显著差异（p＜0.05）。植被和土壤因子对土壤微生物生物量碳氮磷有显著性影响。（4）4种森林土壤微生物总磷脂脂肪酸（PLFA）含量表现为细菌（77.70%～80.78%）＞真菌（10.15%～12.32%）＞放线菌（7.30%～10.46%）＞原生动物（0.35%～0.84%）。枫香林各微生物类群PLFA含量显著大于其余3种林分（p＜0.05）。樟树林和马尾松林土壤真菌/细菌比（F:B）较高。枫香林革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比值（GP:GN）显著高于樟树林。层次分割分析表明影响微生物群落结构组成（PLFA）的重要因素单独贡献排序依次为土壤含水量（SWC）＞植物群落Shannon-wiener 多样性指数（H’）＞MBC:SOC＞pH＞N:P＞SOC。（5）4种森林土壤共测得细菌群落26个门、72个纲、166个目、233个科、351个属,其中以酸杆菌门Acidobacteria、绿弯菌门Chloroflexi、变形菌门Proteobacteria为优势菌门;共测得真菌群落10个门、36个纲、94个目、208个科、357个属,优势菌门有担子菌门Basidiomycota、子囊菌门Ascomycota。樟树林细菌Alpha多样性最高,而枫香林真菌Alpha多样性最高。细菌和真菌群落在不同森林类型中都具有明显的聚集效应,不同森林类型土壤细菌和真菌群落β多样性具有显著差异。层次分割分析表明影响细菌群落结构的重要因素单独贡献排序为植物群落Shannon-wiener多样性指数（H’）土壤含水量（SWC）＞土壤有机碳（SOC）＞pH＞MBC:SOC＞N:P;对真菌群落表现为植物Shannon-wiener多样性指数（H’）＞MBC:SOC＞pH＞土壤含水量（SWC）＞MBN＞N:P。（6）植物群落Shannon-wiener多样性指数（H’）、Simpson优势度指数（DS）、土壤含水量、pH、碳氮比、土壤温度、MBC:SOC、MBN、微生物群落组成均对土壤微生物呼吸具有显著的直接影响,植被和土壤理化性质还可以通过影响微生物群落结构间接影响微生物呼吸,其中土壤碳氮比（C:N）和土壤温度（T）可通过显著影响微生物群落结构,进而对微生物呼吸产生显著的间接影响。微生物熵（MBC:SOC）、微生物生物量氮（MBN）对土壤微生物呼吸影响最大,其次是土壤碳氮比、pH、微生物群落组成、土壤含水量、土壤温度、植物群落Shannon-wiener多样性指数（H’）、Simpson优势度指数（DS）。