樟树凋落叶覆盖对土壤碳氮循环及微生物特性的影响

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森林凋落物的分解是森林生态系统物质循环和能量流动的重要组成部分。森林凋落物作为碳库,自身存储了大量的挥发性有机物(VOCs),且森林凋落物在分解过程中会释放大量的VOCs。VOCs作为大气活性气体,特别是异戊二烯和单萜烯,具有很高的反应活性,对大气中臭氧和二次有机气溶胶的形成具有重要影响。土壤是 VOCs重要的汇,VOCs对土壤理化性质和微生物具有重要影响。已有报道表明,凋落叶中的单萜烯对土壤碳氮元素循环具有重要影响作用,但其具体影响机理仍不清楚。  本研究选取亚热带常绿树种樟树凋落叶和亚热带森林土壤作为研究对象,探讨在10%、20%和30%(w/w)三个不同水分条件下,樟树凋落叶中单萜烯随时间变化规律,以及凋落叶覆盖对土壤中碳氮元素、微生物和土壤酶活性的影响,探讨凋落叶覆盖对土壤碳氮元素转化的影响机理,本研究得出的主要结论如下:  (1)利用顶空-气相色谱-质谱联用仪测定三个含水量条件下樟树凋落叶中的VOCs,共检测到50种挥发性物质。对凋落叶中8种单萜烯进行定量研究,结果表明,凋落叶中大部分单萜烯浓度随凋落叶水分含量的增加而增加,在87天试验周期内,10%、20%和30%水分含量凋落叶中,单萜烯总浓度平均值分别为121±9.22mg/kg DW、122±11.1mg/kg DW和187±15.6mg/kg DW。其中,柠檬烯是最主要的物质,分别占单萜烯总量的57.6%、54.1%和59.1%,其次是α-蒎烯和β-蒎烯。不同含水量处理组凋落叶中单萜烯变化规律在整体上呈现出先降低,后升高达到最大浓度,在12-60天出现1-2个排放高峰,然后再随时间降低并趋于平稳,表明凋落叶中VOCs在覆盖初期主要来源于凋落叶本身,之后主要来源于微生物分解凋落物的二次产物。  (2)三个含水量条件下凋落叶覆盖均能显著增加土壤呼吸强度(CO2的排放速率)和土壤中水溶性有机碳(WSOC)含量,但对土壤中有机碳(OC)和总碳(TC)含量无显著影响。  (3)在10%含水量条件下凋落叶覆盖能够增加土壤中氨氮含量,而在20%和30%含水量条件下凋落叶覆盖对土壤氨氮则呈现不同程度的抑制作用。三种含水量条件下凋落叶覆盖均能够降低土壤硝态氮的含量,抑制土壤中硝化作用。(4)三种含水量条件下凋落叶覆盖均能够降低土壤中硝化细菌数量,表明凋落叶中的单萜烯等VOCs对土壤硝化细菌具有化感抑制作用;10%含水量条件下凋落叶覆盖能够显著增加土壤微生物量碳,而20%和30%含水量条件下凋落叶覆盖对土壤微生物量碳没有显著影响;三种含水量条件下凋落叶覆盖对土壤中微生物量氮均没有显著影响。  (5)凋落叶覆盖对土壤酶活性的影响根据土壤含水量的不同而改变,在10%含水量条件下,凋落叶覆盖能够增加土壤脲酶活性,但对转化酶和过氧化氢酶没有显著影响;在20%和30%含水量条件下,凋落叶覆盖能够增加土壤转化酶活性,但对脲酶则呈现抑制作用;凋落叶覆盖对三个含水量土壤中过氧化氢酶活性均没有明显影响。  (6)凋落叶中的α-蒎烯、β-蒎烯和月桂烯与土壤碳氮元素指标间具有显著相关性,表明凋落叶中单萜烯对土壤碳氮元素转化具有一定的影响。
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