三峡水库消落带土壤呼吸对团聚体演变的响应及其微生物学机制

来源 :中国科学院大学(中国科学院重庆绿色智能技术研究院) | 被引量 : 1次 | 上传用户:yupeng198652
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土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分,在大气CO2浓度调控方面起着十分关键的作用。土壤团聚体是土壤有机碳保护的载体,也是微生物活动的主要场所。微生物是生态系统中最活跃的部分,直接影响土壤养分循环与团聚体形成与周转,而土壤团聚体形成与周转的各个过程均与土壤呼吸息息相关。消落带是水库四周形成的最低水位线与最高水位线之间的区域,由于遭受周期性水位波动的干扰,改变了原有的土壤团聚体演变规律,是碳循环的潜在热区。同时在消落带出露期,库周居民根据水热条件择时而用,叠加了对土壤的扰动。然而,在水位波动和土地利用双重影响下,消落带土壤呼吸作用对土壤团聚体结构演变的响应及其微生物学机制尚需探索。本文以三峡水库典型消落带不同高程与不同土地利用类型的土壤为研究对象,利用LI-6400XT便携式光合作用测量系统与静态箱-气相色谱法对研究区土-气界面CO2排放通量进行连续系统地测定,研究消落带土壤呼吸日变化、月变化及季节变化特征,并分析其影响因素;了解消落带土壤团聚体的分布及稳定性,并根据全土及各粒径土壤团聚体内有机碳和氮的含量,综合分析消落带淹水强度及土地利用方式对土壤团聚体与有机碳的影响;研究消落带土壤团聚体与土壤呼吸经过4次干湿交替后的变化特征,探讨干湿交替影响下土壤呼吸对土壤团聚体结构演变的响应;根据消落带不同粒级土壤团聚体特征,采用室内培养实验,测定各粒径土壤团聚体呼吸速率及其微生物群落特征,探讨消落带土壤团聚体呼吸的影响因素及其微生物学机制。主要结论如下:(1)通过分析三峡水库消落带不同土地利用类型的土壤呼吸作用及其潜在影响因子,结果表明,土壤呼吸存在明显的日变化,主要受土壤温度变化影响,土壤呼吸季节变化主要受土壤温度和降雨事件(即土壤水分)的调节。大坝引发的淹水强度对土壤呼吸没有显著影响。但是,土地利用类型严重影响了三峡水库消落带的土壤呼吸。消落带农田的土壤有机碳含量较高,但土壤呼吸速率和温度敏感性值较低。(2)对三峡水库消落带不同土地利用类型下土壤团聚体稳定性及其影响因素的研究表明,淹水时间越久对土壤团聚体的破坏性越大;相较土地利用方式,淹水强度对消落带土壤团聚体稳定性的影响更大;维持较高的土壤有机碳与氮含量有利于促进消落带土壤团聚体的形成与稳定;168 m及以下高程的人工修复(乔木、荷花)消落带并没有明显改善土壤团聚体稳定性与团聚体有机碳含量,不适当的生态修复措施反而会破坏土壤团聚体,造成更大的土壤有机碳损耗与水土流失风险。(3)对三峡水库消落带水田与玉米地两种土地利用类型4次干湿交替前后的土壤呼吸与团聚体的研究表明:1)淹水强度较小的173 m高程土壤团聚体稳定性增强,173 m以下高程土壤团聚体稳定性下降;2)干湿循环会增强土壤呼吸;玉米地土壤呼吸速率较水田高;并且淹水强度较大的173 m以下高程之间土壤呼吸速率差异性减小(归趋性);3)消落带土壤呼吸对土壤团聚体结构演变的响应主要表现为:土壤团聚体稳定性对土壤呼吸产生直接的负效应,这种负效应(减缓土壤CO2排放)会随着消落带多次干湿循环而削弱;土壤团聚体粒径组合及其所含有机碳含量直接或间接影响土壤呼吸,微团聚体比例及其氮、有机碳含量对土壤呼吸影响最大。(4)对消落带不同粒径土壤团聚体呼吸特征及其微生物学机制的研究表明:土壤团聚体呼吸强度随团聚体粒径减小而降低;细菌多样性对土壤团聚体呼吸具有显著负效应,真菌对土壤团聚体呼吸则有显著正效应;土壤淹水后落干,细菌多样性减少,真菌多样性增加导致土壤团聚体呼吸通量增加;pH与土壤容重对土壤团聚体呼吸有较强的负效应,土壤有机碳对土壤呼吸有较强的正效应,它们通过影响土壤微生物群落结构特征与活性而间接影响土壤团聚体呼吸。上述结果有助于深入理解极端环境变化下的生态系统土壤呼吸关键过程,为科学管理消落带土地利用提供理论依据。
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