木荷和杉木幼苗土壤卤代烃对多重环境因子的响应

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yueliangjing
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大气CO2浓度增加、温度升高、降水格局和氮沉降等引起的全球环境变化对土壤生态系统的生物地球化学过程产生了重要影响。挥发性卤代烃(volatile halogenated organic compounds,VOXs)作为大气中温室气体和有机污染物的重要组成之一,广泛存在于环境中,在光照等条件下进行光降解反应,产生卤素自由基,不仅破坏大气臭氧层,还对全球气候变化和大气环境产生重要的影响,其合成与释放也是土壤参与全球物质循环与能量流动的重要途径。目前,国内关于不同环境因子对土壤VOXs影响的研究相对较少,针对不同因子间交互作用以及根际土壤VOXs排放的研究更加匮乏,因此,研究全球变化对土壤VOXs的影响具有重要的环境生态学意义。本试验以我国亚热带主要乔木木荷(Schima superba)和杉木(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,设计了两个实验:(1)设置增温和CO2浓度增加独立和交互处理的开顶箱(Open top chamber,OTC)控制实验;(2)设置土壤水分梯度和氮素变化独立和交互处理的温室模拟实验。用吹扫捕集-气质联用仪分析土壤样品VOXs的含量,结合土壤理化性质、相关酶活性和微生物生物量指标,探索温度、CO2浓度、土壤水分和氮素变化独立和交互作用对亚热带主要乔木幼苗土壤VOXs的影响。主要结果如下:1.增温和CO2浓度增加独立和交互作用降低了木荷和杉木土壤VOXs含量。当温度增加4.5℃时,木荷和杉木根际土壤中VOXs含量分别降低了96.8%和99.0%,非根际土壤中降幅分别为73.5%和69.4%,这是由于温度升高显著降低了(P<0.05)土壤含水量、土壤微生物生物量碳氮含量和提高了纤维素酶(CL)和脱氢酶(s DHA)活性。CO2浓度增加400 ppm使木荷和杉木根际土壤VOXs含量分别降低了92.9%和83.2%,非根际土壤中VOXs含量分别下降了38.5%和8.1%,然而高浓度CO2却增加了木荷和杉木土壤的NH4+-N含量,同时在不同程度上改变了相关酶活性(UE、CL和s DHA)。增温和CO2浓度增加交互处理对木荷和杉木土壤VOXs含量的降低效果(根际土壤中降幅分别为91.4%和80.8%,非根际土壤中降幅分别为12.4%和4.8%)略低于增温和CO2浓度增加各独立处理,这可能是由于两者交互处理下出现耦合现象,使土壤VOXs含量在两者独立处理下所产生的抑制作用减弱。此外,溴二氯甲烷是木荷和杉木土壤最主要的VOXs种类,均占总VOXs含量的30.0%以上。2.土壤水分和氮素变化对木荷和杉木幼苗土壤VOXs含量的响应不同。总体而言,氮添加会显著降低(P<0.05)土壤VOXs的含量,但施氮高土壤水分条件下,反而促进了木荷和杉木根际土壤VOXs的含量,增幅分别为75.8%和88.9%,这可能是由于高土壤水分稀释了氮的浓度,促进植物生长,也与土壤相关酶活性和微生物生物量碳氮有关。另外,随着土壤水分的增加,木荷和杉木非根际土壤中的VOXs含量呈现先增加后降低的趋势;对于根际土壤而言,不施氮条件下,土壤水分的增加会降低VOXs的含量(低中高土壤水分下,木荷土壤VOXs的含量分别为49.238、9.709和3.044 ng·g-1,杉木的分别为4.933、4.257和2.666 ng·g-1),这主要是由于土壤水分的变化引起土壤中NH4+-N浓度、酶活性以及微生物生物量碳氮含量发生变化。此外,本试验中二氯甲烷是木荷和杉木土壤最主要的VOXs种类,均占总VOXs含量的30.0%(根际土)和58.3%(非根际土)以上。3.增温和CO2浓度增加独立和交互处理下,木荷和杉木幼苗根际土壤的总VOXs含量明显高于非根际土壤的含量(P<0.05),而土壤水分和氮素变化下,木荷和杉木根际土壤的VOXs含量却显著低于非根际土壤(P<0.05),这主要是因为根际土壤在经过不同的处理之后土壤的理化性质、相关酶活及微生物生物量碳氮发生了较为明显的变化,而根际土壤周围又有大量的根系分泌物输入和根际微生物存在。因此,在增温和CO2浓度增加处理下可能有利于根细胞死亡后的脱落和裂解,而土壤水分和氮素增加不利于根系的增长,使根冠比降低。
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