植物多样性对土壤呼吸的影响及其作用机理

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土壤是陆地生态系统最大的碳库,土壤呼吸释放出的CO2是土壤碳库的主要输出途径和大气中CO2的主要来源,是全球碳循环和气候变化的热点问题。而植物则通过凋落物和根系分泌物等持续性的输入成为土壤碳库的主要来源,进而对土壤呼吸有着重要的调节作用。然而,对于植物多样性影响土壤呼吸的各种潜在途径和作用机理仍然有待进一步的研究。  本文围绕着植物多样性等方面对土壤呼吸的作用开展了3个室内控制的微宇宙/中宇宙(取决于盆栽的规格)实验,分别探讨了树种多样性、土壤质量和凋落物质量、植物的功能性状对土壤呼吸的作用机理。植物的碳源输入直接影响了土壤微生物的活性,而土壤微生物是土壤呼吸的主要生物驱动因子。因此,在本论文的3个实验中,不仅观测了各种处理下的土壤呼吸的排放量,还主要观测了不同处理下的土壤微生物呼吸和微生物生物量,以更好的探究不同的生态系统下影响土壤呼吸的直接和间接的因素及其作用机理。本研究主要获得以下结果和结论:  (1)土壤呼吸会随着树种多样性的增加而显著增加。树种多样性主要通过增加植物生产力(植物生物量)来增加土壤呼吸的排放量。短期的实验条件下,虽然树种多样性同样促进了植物凋落物的降解,但是这一过程并没有对土壤呼吸的变化有显著的影响。  (2)土壤呼吸会因为树种种类的不同而不同。其中在由白蜡树组成的植物群落处理下的土壤呼吸的排放量最高,而由松树组成的植物群落处理下的土壤呼吸最低。不同的树种种类显著的影响了植物的地上生物量、凋落物损失量和土壤呼吸的排放量,表明了与树种生长(生物量产量)有关和凋落物分解速率(凋落物类型和凋落物碳氮比)有关的植物功能性状在调节土壤呼吸中不可忽视的重要性。  (3)土壤呼吸会随着土壤质量的增加而显著性的增加。在各个土壤质量的处理下,土壤呼吸和土壤微生物生物量随着凋落物的质量的提高而增加。在所有土壤质量的处理下,凋落物质量和微生物(微生物的生物量和微生物的基础呼吸)的交互作用显著的影响土壤呼吸。  (4)土壤呼吸受植物种类组成的影响。不同的植物种类组成通过改变根系的C∶N来改变土壤呼吸的排放量,土壤呼吸的排放量显著的随着植物根系C∶N的升高而增加是因为植物生物量随着植物根系C∶N的升高而增加。然而,植物根系C∶N升高的同时也促进土壤微生物的基础呼吸,而土壤呼吸随着微生物基础呼吸的升高而降低,因此植物根系的C∶N通过土壤微生物的过程在某种程度上抑制了土壤呼吸的排放。
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