【摘 要】
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冰暴、台风等极端气候事件严重干扰了森林生态系统,导致大量新鲜落叶、断枝、断干等非正常凋落物的产生。非正常凋落物输入土壤碳库,将加速或者抑制土壤有机碳的分解,产生正向或者负向的土壤碳的激发效应,进而影响森林碳循环过程。然而,目前关于这一过程的研究仍然十分匮乏。本研究以马尾松(Pinus massoniana)、黧蒴锥(Castanopsis fissa)、米锥(Castanopsis chinens
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“13C同位素示踪法研究非正常凋落物的碳激发效应(31972938)”; 国家自然科学基金项目“冰灾后南岭常绿阔叶林碳汇功能及相关过程的变化(31770664)”; 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目“华南地区典型森林的退化机制与恢复技术(CAFYBB2019SZ003)”;
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冰暴、台风等极端气候事件严重干扰了森林生态系统,导致大量新鲜落叶、断枝、断干等非正常凋落物的产生。非正常凋落物输入土壤碳库,将加速或者抑制土壤有机碳的分解,产生正向或者负向的土壤碳的激发效应,进而影响森林碳循环过程。然而,目前关于这一过程的研究仍然十分匮乏。本研究以马尾松(Pinus massoniana)、黧蒴锥(Castanopsis fissa)、米锥(Castanopsis chinensis)、浙江润楠(Machilus chekiangensis)4种南亚热带森林常见树种为研究对象,利用13C标记植株并采集其新鲜叶片添加至土壤表面,设置了干重50 g(L)、25 g(M)、12.5 g(S)的3个不同的添加量梯度以及杀青、未杀青2个不同的处理方式梯度,进行了为期110天的室内培养实验,培养中分别测量了CO2排放量、13C丰度以及培养前后土壤碳库的变化。主要结论如下:(1)不同添加量的非正常凋落物的碳排放模式相似,均表现为前期快速升高,之后波动下降,后期稳定在较低水平。其中88.75-94.92%的碳排放过程发生在前中期(0-45 d),表明非正常凋落物在较短时间内完成了大部分分解。110 d培养过程中,有67.86-95.31%的非正常凋落物中的碳以C-CO2的形式释放到了大气当中。(2)不同添加量的非正常凋落物添加对土壤有机碳的激发效应主要分为3个阶段。培养前期(0-7 d),各处理组均表现为强烈的负激发效应,负激发效应强度随添加量增加而增加。之后(7-35 d)各处理组的负激发效应均逐渐降低。培养中后期(35-110 d),激发效应趋于平稳,除M、S处理的马尾松表现为缓慢下降至0后消失外,其余处理组均转为正激发效应。经过110 d的培养后,相较于对照组,添加非正常凋落物的表层土壤的OC和δ13C略有提高,深层土壤的OC和δ13C没有变化。(3)不同处理方式下,马尾松非正常凋落物碳排放过程和激发效应动态差异较小。而黧蒴锥、米锥、浙江润楠差异较大,具体表现为经过杀青处理后,3种树种的分解速率相较于未杀青处理在培养前期显著降低(P<0.05);激发效应在培养过程中均表现为正激发效应。110 d的培养过程中,杀青处理有55.82-84.23%的碳以C-CO2的形式释放,而未杀青处理则为71.70-94.32%。经过110 d培养后,不同处理方式的非正常凋落物的表层土壤的OC含量和δ13C值均略有增加,且杀青处理的增量大于未杀青处理。深层土壤的OC含量和δ13C值几乎没有变化。综上所述,非正常凋落物输入森林土壤后将在短期内提高表层土壤有机碳含量但对深层土壤几乎没有影响,其分解产生的碳大部分以CO2的形式排放到大气当中。杀青处理将会改变非正常凋落物对土壤碳的激发效应,并减少凋落物中的碳向大气释放。这些结果加深了我们对于非正常凋落物对森林碳循环影响的认知,并为全球气候变化背景下南亚热带森林生态系统管理提供科学依据。
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