凋落物分解对黄土高原草地土壤有机碳及其稳定性的影响

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:miss3yoyo
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凋落物是草地土壤有机碳(SOC)的主要来源,凋落物质量的差异会影响SOC含量及其稳定性。早期的研究认为较难分解的凋落物(低质量)对SOC形成的贡献大于易分解的凋落物(高质量),因为难分解的凋落物通过抵抗降解,它会在土壤中累积,但现有的研究认为易分解凋落物对SOC的贡献更大,因为易分解的凋落物经微生物作用后与<0.053mm团聚体结合形成矿质结合态的稳定性有机C,能更为长期的保存在土壤中。草地灌丛化主要发生于干旱和半干旱地区,并会导致植被群落结构发生改变,进而影响SOC及其稳定性;另外,温度和水分的变化也是影响草地灌丛化的主要因子。为了探究气候变化背景下植被群落结构的改变如何影响SOC含量及其稳定性,本研究选取了陇中黄土高原4种植物材料:铁杆蒿茎秆(TS),长芒草根系(CR),长芒草叶片(CL)和苦豆子叶片(KL)作为试验材料,通过与土壤共同培养12个月,研究凋落物质量及温度和水分变化对凋落物分解过程的影响,以及在凋落物分解过程中SOC和土壤团聚体SOC的变化。主要研究结论如下:1.TS、CR、CL和KL四种凋落物的分解速率和干物质残留率均随分解时间的增加而降低,分解2个月时的分解常数(k)分别是分解12个月时的2.34~3.15倍,高质量凋落物(KL和CL)较低质量凋落物(TS和CR)具有更高的分解速率。各处理凋落物全C含量随着分解时间的增加显著下降。低质量凋落物全N受微生物的固N行为的影响,随分解时间的增加呈现先增加后降低的趋势。与低质量凋落物(TS和CR)相比,高质量凋落物(KL和CL)的半纤维素含量和纤维素含量显著下降,木质素含量出现短期内的显著升高。2.4个处理的凋落物在分解一年后,SOC含量较对照(CK)均显著增加(增幅为5.13%~17.98%),且高质量凋落物分解(KL和CL)对SOC的增幅均显著高于低质量凋落物(TS和CR)。凋落物质量对0.25mm~2mm和0.053~0.25mm团聚体比例没有影响。由于0.25mm~2mm和0.053~0.25mm团聚体有机C易被分解,在低质量凋落物较低的分解速率下,其C输入并未导致该两个粒径团聚体C含量的显著增加。高质量凋落物较高含量的易分解组分以及较低的C/N比,能更高效地被微生物利用和转化,KL处理下其分解过程使各粒径团聚体C显著增加。由于凋落物经微生物分解利用后更易于形成矿质结合态SOC,故其对<0.053mm团聚体含量贡献最大(KL:增幅40%;CL:增幅32%)。说明高质量凋落物(KL和CL)更有利于<0.053mm团聚体的形成。整个研究期间,高质量凋落物(KL和CL)与低质量凋落物相比具有更高的新C形成效率。3.在一定范围内,土壤温度的上升和水分的增加促进了凋落物的分解,特别是加速了可溶性物质的分解速率。木质素含量因自身的顽拗性,以及土壤温度的升高和水分增加可以增强木质素合成酶的活性,可能促使微生物代谢形成类木质素物质,在为期一年的分解过程中随着温度的升高和水分的增加而显著增加。4.0.25~2mm、0.053~0.25mm团聚体更多通过不稳定的物理吸附和包被方式保护SOC,使得土壤温度和水分的差异并未造成0.25~2mm和0.053~0.25mm团聚体比例的显著变化,而水分的增加促使<0.053mm团聚体比例显著增加。0.25~2mm,0.053~0.25mm,<0.053mm团聚体有机C净增加量在分解一年后均在25℃W2处理下达到最大值(0.36~0.78g/80g),其它处理在大多数情况下无显著差异。温度的上升和水分的增加促进了0.25~2mm、0.053~0.25mm团聚体的新C形成效率。研究期间,在稳定的生物化学机制保护下,温度的上升和水分的增加使得<0.053mm团聚体的新C形成效率显著升高,即较高的温度和土壤水分条件下,凋落物分解过程中土壤各粒径团聚体SOC显著增加,更有利于<0.053mm团聚体SOC的形成。综上所述,在为期一年的凋落物分解过程中,与低质量凋落物相比,较高的凋落物质量和土壤温度的上升及土壤水分的增加均有利于凋落物的分解,并可促进SOC含量的增加以及较为稳定的SOC的形成。
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