丹江口库区造林对土壤有机碳稳定性和温度敏感性的影响

来源 :中国科学院大学(中国科学院武汉植物园) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wyzxfjjx
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
造林作为土地利用变化的主要类型之一,显著地改变植被的物种组成和土壤微环境(含水量、pH、温度等),进而影响土壤微生物群落和活性,最终导致土壤有机碳稳定性和温度敏感性发生变化。然而,造林对土壤有机碳稳定性及温度敏感性的影响目前尚不明确。本研究在丹江口库区选取四种土地利用方式(森林、灌丛、农田和裸地)为研究对象,通过对土壤有机碳物理化学保护、生物化学保护、有机碳矿化速率和温度敏感性的测定和研究,探讨造林对土壤有机碳稳定性和温度敏感性的影响,主要的研究结论如下:(1)造林对土壤有机碳含量的影响造林显著增加了土壤有机碳含量,有机碳的含量表现为森林(12.5 g kg-1)>灌丛(7.4 g kg-1)>农田(2.7 g kg-1)>裸地(2.0 g kg-1)。同时,造林增加了大团聚体(Mac)、微团聚体(Mic)和黏粉粒(C+S)有机碳的含量,从裸地转化为灌丛和森林,土壤有机碳含量的增加以Mac为主(贡献70%以上)。而从裸地转化为农田,土壤有机碳含量的增加以Mic为主(贡献60%以上)。有机碳含量随着土壤层次发生显著的变化,无论是土壤总有机碳含量还是各团聚体有机碳含量,下层土壤均显著低于上层(除裸地外)。这些结果表明造林显著增加了土壤有机碳储量,尤其森林上层土壤发挥了很大的作用。(2)造林对土壤有机碳稳定性的影响造林降低了土壤的真菌与细菌比(F/B),增加了底物和微生物的碳氮不平衡性、以及碳获取酶和氮获取酶的不平衡性,从而导致土壤微生物碳利用效率(CUE)降低。低的CUE促使微生物合成代谢降低,导致微生物残体减少,进而不利于与矿物颗粒胶着形成稳定机制。因此,造林导致土壤有机碳的物理保护(Mic保护)和化学保护(Fe、Ca和C+S保护)强度下降。此外,裸地(0.78)和农田(0.72)的惰性碳指数(RIC)显著高于森林(0.62)和灌丛(0.58),因而造林导致生物化学保护强度下降。土壤层次也是影响土壤有机碳稳定性的重要因子,土壤下层CUE显著高于上层,因而下层物理和化学保护强度高于上层。而随着造林的进行,土壤上层Mic和C+S胶结的有机碳含量不再随土壤总有机碳含量的增加而增加,土壤下层Mic和C+S胶结的碳随总有机碳含量的增加而线性增加,表明森林土壤上层出现了碳饱和,不能继续对外源输入的有机碳进行保护。总之,随着造林的进行,土壤有机碳的生物化学、物理和化学的保护作用下降。而土壤上层的生物化学、物理和化学保护低于下层,因此造林不利于土壤(尤其表层土壤)有机碳的长期稳定。(3)造林对土壤有机碳矿化速率和温度敏感性的影响造林显著增加了土壤有机碳的矿化速率,不同土地类型土壤有机碳矿化速率为森林(57.7 mg CO2-C g-1OC)>灌丛(42.7 mg CO2-C g-1OC)>农田(28.0 mg CO2-C g-1OC)>裸地(24.3 mg CO2-C g-1OC)。土壤层次对土壤有机碳矿化速率具有显著影响,除裸地外其它三种土地类型土壤上层矿化速率显著高于下层。影响有机碳矿化速率最重要的三个因素是微生物特性(F/B和PLFAs)、惰性碳指数(RIC)和有机碳的物理化学保护(Fe、Ca、Mic和C+S)。其中微生物特性为最关键因素,土壤的F/B越高则矿化速率越低。其次是物理化学保护作用,Fe、Ca、Mic和C+S保护作用越强则矿化速率越低。最后,土壤的RIC作为有机碳生物化学难分解性的指示指标,其值越高则有机碳的矿化速率越低。造林显著增加了土壤有机碳的温度敏感性(Q10),其中森林(1.98)和灌丛(1.79)的Q10显著高于农田(1.50)和裸地(1.43)。农田和裸地上下层Q10没有显著差异,而森林和灌丛上层Q10显著高于下层。微生物特性和有机碳的物理化学保护是影响Q10的关键因子,F/B越高则Q10越低,有机碳的保护作用越强Q10越低。土壤的RIC则对温度敏感性几乎没有影响,这进一步表明底物的质量不是影响Q10的关键因子。综上所述,造林虽然增加了土壤有机碳含量,但是显著降低了土壤有机碳的生物化学、物理和化学保护强度,尤其是不利于表层土壤有机碳长期稳定。同时,造林导致土壤有机碳矿化速率和温度敏感性显著升高,因而对气候的变化更加敏感。这些结果表明在造林的管理中,应注重提升森林土壤的微生物特性和功能,从而提升森林土壤有机碳的保护强度,有利于土壤有机碳的长期固存,进而减缓因气候变暖形成的正反馈。
其他文献
树木沿海拔分布的上限归根结底是一条物种特异性的低温界限,它的形成与维持是物种对长期低温的生理生态适应结果,然而到目前为止,基于碳“源-汇”平衡来揭示不同功能型树种海拔上限形成的生理机制尚不清楚。本研究以秦岭三种不同功能型树种(阳生落叶阔叶树、耐阴常绿针叶树、喜光落叶针叶树)海拔上限为研究对象,通过原位对照试验和室内模拟增温试验的结合,来探讨树木非结构性碳水化合物(Non-structural ca
苔麸(Eragrostis tef)是埃塞俄比亚种植最广泛的谷类作物之一,具有重要农业价值,同时也是一种在全球广受欢迎的健康食品。埃塞俄比亚生物多样性研究中心基因库中已保存了从不同的农业生态区域中收集的大量苔麸种质资源,然而,目前对这些种质资源的基础生物学研究十分有限,其遗传变异水平及地理分布模式、农艺性状的遗传学基础等仍不十分清楚。全基因组关联研究和开发高分辨率的分子标记对于Eragrostis
位于肯尼亚的阿伯戴尔山脉(Aberdare Ranges)孕育着典型的热带山地森林,是非洲最重要的自然保护区之一。在过去的一个世纪里,这片森林一直被各种因素干扰、破坏,但它的植物种类仍然十分丰富,还有许多珍稀特有植物。因此,此地被列入热带东非山地生物多样性热点地区,是世界上36个生物多样性热点地区之一。然而,有关于整个阿伯戴尔山脉的维管束植物区系和分布模式的研究工作却很少。本研究以肯尼亚中部高原阿
南迪森林(Nandi Forests)位于肯尼亚裂谷省卡卡梅加森林以东的南迪悬崖顶部,它是几内亚-刚果雨林最东部残余的重要组成部分,具有丰富的生物多样性,被认为是非洲山地生物多样性热点地区的一部分。同时它具有重要的生态价值,如涵养水源,为生物提供宝贵的栖息地,为境内流域生态提供保护,同时也起着碳汇的作用。由于大面积栖息地的丧失和频繁的人为活动,加上气候变化的影响,南迪森林处于物种灭绝危机的最前沿。
泽泻目是单子叶植物基部类群之一,该目包含了14科166属的水生植物,分布于世界各地。泽泻目是水体环境中重要的初级生产者,是水生动物的食物,其中一些植物,如水鳖科、泽泻科、花蔺科和水蕹科的一些物种可以作为水族馆和户外花园中的观赏性水生植物。泽泻目中的水生植物具有形态复杂多变等特点,长期以来,该目植物的分类鉴定一直存在困难,其系统发育等问题也一直存在争议。植物叶绿体基因组DNA序列及结构变异等能为解决
Streptocarpus ionanthus(苦苣苔科:海角苣苔属)是坦桑尼亚和肯尼亚特有的草本植物,分布在坦噶,莫罗戈罗和基利菲地区。该物种包括九个密切相关的亚种,亚种之间有着复杂的形态特征和尚不明晰的演化关系,导致该物种复合体一直以来在分类处理上未能达成一致。悬而未决的物种界定使得弄清其种下分类单元之间的亲缘关系变得复杂,这又严重影响了对这一濒危物种保育工作。同时Str.Ionanthus也
生物多样性的本底资料及其自然分布式样,以及影响生物多样性的内在机制,对生态系统的研究和保护至关重要。然而,相关资料不足,妨碍了人们对生物多样性相关问题产生的原因以及重要性的认识,甚至难以避免生态系统的进一步损失。若某一地区缺乏对动植物区系详尽的清查,很难确定该地区受到威胁的生物资源。东非沿海森林是一个独特的生物地理区域,有多样的特有动植物群,因此被确定为世界生物多样性热点地区之一。然而,该地区植物
微生物组是指包括细菌,真菌,古生菌,低等真核生物,病毒等微生物的基因和基因组。植物微生物群落定殖于植物器官内和植物表面,某些特定微生物群落具有宿主偏好性,只定殖在某些特定类群或者特定器官,例如根际微生物群落只在植物根表面狭窄区域内受到植物分泌物等影响而形成。微生物群落在植物生长和植物抵抗胁迫方面发挥着重要作用,同时环境,植物的遗传因素和代谢调节可以塑造和影响群落。微生物群落与宿主的互作关系,比如遗
长江中下游湖群是全球重要的湿地,苦草属(Vallisneria L.)植物是这一区域的优势沉水物种,对这些湖泊的生物多样性维持和生态系统稳定具有重要的意义。本研究在长江中下游流域尺度野外调查的基础上,证实刺苦草(V.spinulosa Yan)是长江中下游湖泊的优势物种;苦草(V.natans(Lour.)Hara)很常见,但不占优势。刺苦草和苦草在这些湖泊中常常混生,形成带状相间分布格局。通过对
莲(Nelumbo nucifera)是我国栽培面积最大的水生草本植物,集食用、观赏和药用价值于一身。在我国,莲已有逾两千年的驯化栽培历史,而且种植规模巨大。随着莲全基因组测序工作的完成以及分子生物学技术的快速发展,有关莲分子育种以及基因功能研究也越来越多。目前,莲组培再生及遗传转化体系尚未构建,不能在莲本体上进行基因功能解析等的研究。因此,本研究a)通过选用不同品种、不同来源的莲组织、器官为外植