我国典型陆地生态系统凋落物腐解的时空特征及驱动因素

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 4次 | 上传用户:zxjln
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陆地生态系统凋落物腐解是影响土壤有机碳含量的主要因素之一,而我国陆地生态系统凋落物腐解的时空格局及驱动因素尚不明确。基于对已发表文献及长期定位实验数据的整理,本研究的进展如下:1、凋落物周转时间存在空间异质性,主要受温度调控。不同气候、凋落物属性及土壤属性下凋落物周转时间存在显著差异性,整体表现为随纬度的增加而增加。气候、凋落物及土壤属性对其解释率分别为39.5%、38.0%和22.5%,其中,温度能直接和间接(调控土壤和凋落物属性)的影响凋落物周转时间。温度,土壤pH,土壤有机碳和土壤砂粒含量被作为模型的驱动因素来预测凋落物周转时间的空间分布。2、凋落物温度敏感性存在空间异质性,主要受木质素调控。森林、草地和农田生态系统下凋落物温度敏感性分别为1.30、2.23和3.35(10-4 day-1-1)。凋落物温度敏感性随纬度的增加而逐渐降低。气候和土壤属性可以通过改变凋落物属性来间接的影响凋落物温度敏感性。如果剔除温度、降雨量、土壤砂粒含量、土壤pH和实验年限这些因子,木质素与凋落物温度敏感性仍保持高度相关性。3、凋落物碳的残留率可以通过积温和三指数方程被精确预测。以农田生态系统秸秆为例,不同秸秆碳的残留率均可以通过积温和三指数方程被高度预测。1热力学年后(积温为3655℃),秸秆碳的残留率随纬度的增加而逐渐升高。同时,我们首次量化了我国秸秆腐殖化系数的全国分布,并根据这一结果预测1年后我国秸秆碳在土壤中残留量约为29.41 Tg,如果未来温度升高2℃,我国秸秆碳在土壤中残留量将会减少1.78 Tg。4、土壤对凋落物的利用率能预测土壤有机碳达到平衡的时间。以农田生态系统秸秆为例,土壤对秸秆和有机肥碳的利用率与实验年限呈负指数相关关系。积温和外源碳的输入量是影响土壤对秸秆和有机肥碳利用率变异的最重要的两个因素。积温、外源碳输入量、土壤有机碳、土壤速效氮和土壤pH能直接和负面的影响土壤对外源碳利用率的变异。有机肥和秸秆处理下,土壤有机碳达到平衡状态所需56年和45年。综上所述,我国典型生态系统凋落物腐解特征(周转时间、温度敏感性和利用率)存在显著的空间异质性;凋落物腐解前期和后期,调控其空间差异性的主控因素分别是温度和凋落物属性;而凋落物腐解的时空特征及主控因素能够用来预测我国土壤有机碳达到平衡状态所需实验年限。
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