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地处高温多雨地区的热带森林在全球碳循环中具有重要意义,由于具有巨大的初级生长力,它大量吸收固持大气中CO2,并以有机碳形式进入地表环境。在微生物为主要驱动机制的作用下,地表有机碳重新释放回大气,部分则在土壤中获得固持。在我国热带地区,由于人为活动的影响,只保留了部分天然林或次生林,更多是各类人工林。本文以我国大陆沿海地区代表性热带森林为对象,首先研究比较不同森林的土壤养分与微生物特征,然后以热带常绿阔叶林为对象,研究氮磷添加对土壤微生物的影响,同时研究了根际激发效应对土壤稳定碳库释放的影响。论文目标是阐明土壤碳过程的微生物机理,重要全球变化因素对碳过程的影响以及根际激发效应的微观机理。主要结果如下: 一、热带恢复序列森林养分与微生物特征。 我国热带沿海地区从光裸地、桉树林、经济林(荔枝林)、阔叶混交林到天然林代表了该地区一个典型的生态恢复过程,同时也是当前的主要土地利用形式。通过对上述5种林型植物群落调查,表土养分与微生物组成的测定,发现该恢复序列土壤酸化是一个自然的酸化过程。土壤养分含量从恢复初期到演替顶级呈逐渐增加趋势,表明在植被恢复过程中,土壤养分是逐步累积的。不同恢复阶段群落植物物种丰富度和物种多样性逐渐增加,植物物种丰富度和物种多样性与土壤养分含量以及土壤微生物生物量显著相关。不同恢复阶段以恢复序列演替方向,土壤微生物生物量逐渐增加,演替顶级群落天然林微生物生物量最高。各恢复阶段的植物群落特征以及土壤养分水平的不同导致了微生物群落组成显著差异。 二、氮磷添加对热带季雨林土壤微生物的影响。 于2009年8月至2012年12月期间,对阔叶混交林进行了NP添加试验,探讨NP添加对这一南方代表性热带森林土壤微生物的影响。以人工喷洒的方式添加氮磷(NH4NO3+ Na2HPO4),设置0,100N,100P和100N+100P(kg/ha.yr)4个处理,处理3年后,采样测定结果表明:N添加降低了土壤微生物总磷脂脂肪酸量,普通真菌相对丰度升高;细菌生物量显著下降,细菌相对丰度也显著下降,说明真菌对N添加不敏感,土壤细菌对N添加比真菌更为敏感。细菌相对丰度的下降与真菌相对丰度的增加大大提高了土壤微生物的F/B比率,表明N添加显著改变了土壤微生物群落组成。 P添加对土壤微生物的影响具有累积效应,表明这个生态系统土壤微生物受P限制,P添加解除了P限制从而可以提高土壤微生物生物量。P添加不仅增加了土壤的所有磷脂脂肪酸组(菌根真菌,普通真菌,细菌)的生物量,而且还改变了土壤中微生物群落的组成,与对照相比,P添加下菌根真菌和普通真菌的磷脂脂肪酸生物量相对丰度有所增加,细菌相对丰度下降。处理3年后与对照相比,P添加和NP同时添加的土壤F/B比值显著增加,说明土壤真菌比细菌对磷添加的响应更敏感。 NP同时添加与P单独添加下土壤微生物群落组成的时空动态相似,并且N添加和P添加的微生物群落组成差异随着施肥时间增加而增大。土壤微生物群落组成对NP同时添加处理的响应基本在N添加处理和P添加处理之间,这表明N添加和P添加之间有较低水平的交互作用。此外,各磷脂脂肪酸的权重分析表明,土壤微生物群落组成与P处理呈正相关关系,而与N处理则呈负相关或不相关。 因此,N添加和P添加都导致了更高的F/B比值,表明真菌在土壤微生物群落中更重要。土壤微生物群落组成的变化可能导致改变生态系统功能。N/P添加不同程度抑制了凋落物分解,因而会促进森林土壤有机碳的积累。 三、根际激发效应对土壤稳定碳库分解的影响。 植物生长给土壤输入新有机碳,并促进微生物生长,反而加快根区土壤有机碳的分解释放。利用盆栽和13C同位素定位追踪技术,探讨了土壤稳定碳库的激发效应。研究采集代表活性碳库和稳定碳库的土壤,分别种植大豆和种植向日葵,种植50天后,测定土壤呼吸并采样测定土壤有机碳含量。结果显示,稳定碳库中的SOM分解速率在根际激发效应下能达到3~4倍,而不稳定活性碳库中的SOM分解速率在根际激发效应下仅能达到1~2倍。表明稳定的土壤碳库有更多的根际激发效应。稳定碳库的根际激发效应要高于活性易分解碳库,在根际激发效应作用下,稳定有机碳库比不稳定碳库更容易分解并加速陆地生态系统土壤C通量向大气输入的增加。这意味着基于米氏方程建立的土壤有机质分解模型dC/dt=-kC中的k值不是固定的,模型需要更多的考虑土壤稳定有机碳库潜在分解的能力。关于根际激发效应产生机制,研究结果支持Fontaine的能量限制假说,但不支持Kuzyakov的N限制假说。