【摘 要】
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树木菌根类型被认为能够有效地指示和评估森林凋落物分解和土壤有机碳动态等关键生态过程,近年来受到广泛的关注。然而,目前的研究多集中在北方和温带森林,在亚热带森林的研究相对较少。因此,本文以江西省人工林中常见丛枝菌根和外生菌根树种为研究对象,首先通过室内淋溶-好氧培养试验评估丛枝菌根和外生菌根树木凋落叶源溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)数量和生物降解性;然后通过
【基金项目】
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江西省“双千计划”青年类长期项目“森林土壤学”(jxsq2018106044); 国家自然科学基金“丛枝菌根和外生菌根树种对亚热带常绿阔叶林土壤有机碳的影响及其调控机制”(32060295); 江西省杰出青年基金“树木菌根类型驱动江西亚热带常绿阔叶林土壤碳积累的微生物碳泵机制”(20212ACB215002);
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树木菌根类型被认为能够有效地指示和评估森林凋落物分解和土壤有机碳动态等关键生态过程,近年来受到广泛的关注。然而,目前的研究多集中在北方和温带森林,在亚热带森林的研究相对较少。因此,本文以江西省人工林中常见丛枝菌根和外生菌根树种为研究对象,首先通过室内淋溶-好氧培养试验评估丛枝菌根和外生菌根树木凋落叶源溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)数量和生物降解性;然后通过240天的C4土壤微宇宙(microcosm)培养试验,探究丛枝菌根和外生菌根树种凋落叶分解及其对土壤有机碳库和组分的贡献,旨在揭示树木菌根类型对凋落叶分解和土壤有机碳形成的影响。本研究结果不仅有助于理解和预测亚热带人工林土壤有机碳分布格局,也可为造林工程中树种的选择提供理论依据。本文主要研究结果如下:(1)在淋溶过程中,树木菌根类型是决定凋落叶源DOC数量和生物降解性的重要因素,但影响幅度和方向在很大程度上取决于树木的叶型(落叶/常绿阔叶vs针叶)。在落叶/常绿阔叶树中,丛枝菌根树种凋落叶比外生菌根树种产生更多具有低芳香化程度的DOC;但在常绿针叶树中却呈现出相反的种间格局。此外,与外生菌根落叶/常绿阔叶树相比,丛枝菌根树木凋落叶淋溶出的DOC具有更强的生物降解性,但在常绿针叶树中,凋落叶源DOC生物降解性在树木菌根类型间没有显著性差异。(2)凋落叶输入降低了土壤有机碳的δ13C值,促进了土壤新碳的形成,显著提高了土壤有机碳含量。在凋落叶分解过程中,丛枝菌根树种始终比外生菌根树种具有更高的微生物呼吸速率,然而凋落叶的重量损失在树木菌根类型间没有表现出显著性差异。尽管丛枝菌根比外生菌根树种凋落叶分解对土壤有机碳形成有更大的贡献率和引起了更强烈的土壤δ13C值降低程度,但土壤有机碳增加量在树木菌根类型间没有表现出显著性差异。(3)不同树木菌根类型凋落叶分解对土壤颗粒有机碳(Particulate organic C,POC)和矿物结合有机碳(Mineral-associated organic C,MAOC)的影响是不一致的,呈现出相反的格局。具体来说,丛枝菌根树种凋落叶分解形成了更多的土壤MAOC和降低了土壤MAOC的δ13C值;而外生菌根树种凋落叶分解对土壤POC的形成有更高的贡献率,土壤POC的δ13C值降低程度更大。这一结果表明,丛枝菌根树种凋落叶分解主要通过MAOC途径形成土壤有机碳,而外生菌根树种凋落叶分解主要通过POC途径形成土壤有机碳。综上所述,在亚热带人工林中,丛枝菌根和外生菌根树种凋落叶分解速率没有显著差异,但丛枝菌根树种比外生菌根树种拥有更快的碳周转速率,导致丛枝菌根和外生菌根树种凋落叶形成土壤有机碳的主要途径和稳定机制并不一致。丛枝菌根树种凋落物分解主要通过微生物途径形成稳定的土壤MAOC,而外生菌根树种凋落物分解主要通过物理转移途径形成较为活跃的土壤POC。因此,树木菌根类型可以解释和预测亚热带森林土壤有机碳的形成途径和稳定机制。此外,为了提高亚热带人工林土壤的长期固碳能力,在今后造林工程的树种选择中建议优先考虑丛枝菌根树种。
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