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森林生态系统在陆地生态系统碳循环中起到非常重要的作用。森林在人为干扰下的退化演替过程中,会通过地上和根系凋落物的分解变化影响土壤的有机碳周转。细根作为土壤碳周转的重要驱动因子在森林生态系统的生物地球化学循环中具有不可替代的地位和作用,细根呼吸和细根分解则是碳交换和养分吸收的主要途径。本研究选取黑龙江省凉水国家级自然保护区内的原始红松阔叶林(PK)和其发生皆伐经60年退化演替形成的中幼林龄次生阔叶林(SF)为研究对象,比较两者在细根生物量,细根呼吸及细根分解的变化,以期对两者的碳周转水平的科学评价提供依据。同时,基于结构方程模型建立土壤理化因子、土壤微生物群落结构、酶活性等与细根分解之间的耦合关系,解析细根分解的驱动机制。主要结果如下:1.在整个生长季内,PK和SF的0-20cm 土层的细根总生物量平均值分别为28.91t·hm-2和 40.26 t·hm-2,PK 比SF低28.19%;两林型土壤表层0-10cm中细根生物量分别占0-20cm 土层总细根生物量的64.37%和60.50%,说明两林型在0-10cm 土层中具有大部分的细根生物量。2.在整个生长季内,从活/死根生物量的比值来看,PK(2.52)显著高于SF(2.21)(p<0.05)且PK的活、死细根生物量在整个生长季内的动态变化曲线的波动程度要强于SF,反映了原始红松阔叶林细根处于较快的生长、死亡和周转过程中。3.在整个生长季内,PK的细根呼吸速率(Rr)始终低于SF,且两者差异极显著(p<0.001);2个林型中Rr均与土壤温度呈现极显著指数正相关性(p<0.001),且PK的温度敏感性指数(Q10)显著高于SF(p<0.05)。在全球变暖大背景下,两者相比,气温升高将会对原始红松阔叶林的细根呼吸产生更大的影响,会通过细根呼吸的途径向土壤中释放更多的CO2。4.Pearson相关性和线性回归分析表明,Rr与活细根生物量、土壤总有机碳、土壤可溶性有机碳及土壤微生物量碳的含量呈显著线性正相关性(p<0.05)。逐步回归进一步表明活细根生物量和土壤微生物量碳的协同作用可解释Rr发生变化的75%(p<0.001,R2=0.752),这意味着原始红松阔叶林退化演替后细根呼吸更容易受到地下生物量和土壤微生物生物量的影响。5.PK与SF均在分期前期(2016年5月-2016年9月)这个时间段内细根分解较快,质量损失较大,而在分解后期(2016年10月-2017年6月)相对较为缓慢。经过1年分解后,PK细根的质量残留率(45%)显著低于SF(56%)(p<0.01)。同时,通过Olson衰减模型(负指数方程)得出,PK的细根年分解速率常数k(0.60)显著高于SF(0.43),且PK细根质量分解达到50%和95%时所用的时间均显著低于SF(p<0.05)。6.在整个分解期间(1年),除了细根K元素外,其余化学组分残留率均为SF显著高于PK(p<0.05),这就意味着次生阔叶林细根主要化学组分的周转时间显著长于原始红松阔叶林。其中,细根分解过程中SF细根C元素分解动态曲线较PK平缓,分解缓慢且剩余残留率较高,表明SF中细根C释放到土壤中的速度慢于PK。总体上反映了原始红松阔叶林通过细根分解途径对于土壤养分归还的能力更强。7.在整个细根分解期间,除了土壤放线菌外,PK 土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFAs)生物量、细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌的PLFAs生物量及真菌/细菌的比值均极显著高于SF(p<0.001),且2个林型的土壤微生物各组成类群的PLFAs生物量均在2016年8月时达到最大值(除革兰氏阳性菌外)。同时,在分解起始期和分解终止期,土壤微生物多样性指数和土壤微生物群落结构均存在显著差异,且整体上均为PK的土壤微生物多样性指数和土壤微生物群落PLFAs生物量显著高于SF(p<0.05)。非度量多维尺度分析(NMDS)也证明了细根分解起始期和终止期2个林型土壤微生物群落确实具有明显的分异性,说明细根分解对土壤微生物群落结构产生了重要影响。8.在整个细根分解期间,除纤维素酶活性外,林型及分解时期对其余5种土壤酶活性变化均具有极显著影响(p<0.001)。除过氧化氢酶活性外,整体上酶活性峰值均出现在2016年9月和10月。除酚氧化酶及亮氨酸氨基肽酶外,PK的平均酶活性显著高于SF(p<0.05)。此外,两林型的纤维素酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶活性水平在分期起始期和分解终止期均呈现出显著差异(p<0.05)。9.结构方程模型(SEM)的构建首先是通过广义可加模型将与细根分解之间存在的非线性关系的变量(细根底物质量、土壤理化性质、土壤微生物PLFAs生物量和酶活性)转化为线性关系。然后通过逐步回归筛选出对细根分解影响重要的显著因子,分别为细根底物质量(细根钾、细根木质素),土壤理化指标(土壤容重、土壤全氮、土壤碳氮比)及土壤微生物性质(真菌PLFAs生物量、放线菌PLFAs生物量、土壤酚氧化酶及酸性磷酸酶活性),之后由方差分析得出土壤微生物性质对于细根分解最为重要,其次为细根底物质量,最后为土壤理化性质。基于SEM分析发现,森林类型不仅可以直接影响细根分解,还可以通过引起细根底物质量、土壤微生物性质及土壤理化因子的变化来间接影响细根分解。其中,细根化学组分(细根钾和木质素)对细根分解具有最直接的影响,土壤真菌和放线菌对细根分解的影响相比其他功能团更为重要。最终,众多因子(土壤理化因子和土壤微生物群落)皆可以通过土壤酚氧化酶及酸性磷酸酶来影响细根分解。