【摘 要】
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森林土壤CO2排放是陆地生态系统重要的碳通量,在全球碳平衡中起到至关重要的作用。森林中绝大部分树种的根系与菌根真菌形成丛枝或外生菌根。这两种类型菌根在养分获取策略上的差异,可能影响土壤碳循环的诸多过程(如土壤碳累积、土壤有机碳分解和根系分泌物)。然而,过去大多数研究主要关注不同菌根类型森林土壤有机碳库或固碳能力的差异,对于菌根类型如何影响土壤碳排放仍缺乏深入探讨。本研究通过整合全球不同站点人工纯林
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森林土壤CO2排放是陆地生态系统重要的碳通量,在全球碳平衡中起到至关重要的作用。森林中绝大部分树种的根系与菌根真菌形成丛枝或外生菌根。这两种类型菌根在养分获取策略上的差异,可能影响土壤碳循环的诸多过程(如土壤碳累积、土壤有机碳分解和根系分泌物)。然而,过去大多数研究主要关注不同菌根类型森林土壤有机碳库或固碳能力的差异,对于菌根类型如何影响土壤碳排放仍缺乏深入探讨。本研究通过整合全球不同站点人工纯林或优势单种林土壤碳排放数据,探明丛枝和外生菌根林地土壤碳排放及其组分(如自养呼吸、土壤有机碳分解)的差异。为进一步探究亚热带森林菌根类型对土壤碳排放的影响及其机制,本研究通过浙江天童野外观测站的不同菌根类型人工纯林,利用不同孔径尼龙网设置菌根生长/隔绝处理,揭示不同菌根类型林地根系和菌丝呼吸的差异及影响机制;同时,依托5个亚热带森林研究站点共31个丛枝/外生菌根类型树种同质园样地,采用室内培养方法测定根际和非根际土壤碳矿化速率,阐明林地菌根类型对土壤有机碳分解的影响及机制。主要结果如下:(1)在全球尺度上,丛枝菌根林地土壤碳排放和自养呼吸速率显著高于外生菌根林地,而土壤有机碳分解的排放通量在不同菌根类型林地之间无显著差异,说明林地菌根类型对土壤碳排放的影响主要由自养呼吸过程来驱动。另外,温带森林中丛枝菌根林地的土壤碳排放和自养呼吸通量显著高于外生菌根林地,而热带/亚热带森林,由于组内差异较大导致不同菌根类型间林地土壤碳排放及其组分表现为无显著差异,亦无法在大尺度上获得其内在调控机制。(2)天童野外观测站不同菌根类型林地自养呼吸的结果显示,亚热带外生菌根林地根呼吸速率(1.13±0.24μmol CO2 m-2 s-1)显著高于丛枝菌根林地(0.55±0.15μmol CO2 m-2 s-1),而不同菌根林地菌丝呼吸和自养呼吸无显著差异。丛枝菌根林地碳氮含量、p H、铵态氮含量、革兰氏阴性菌PLFA含量及比根长均显著高于外生菌根林地,而根组织密度则显著低于外生菌根林地。丛枝菌根林地根呼吸与根系吸收能力正相关,与根组织厚度负相关;而外生菌根林地根呼吸与根系吸收能力和组织厚度均为正相关。由此可见,不同菌根类型林地根系性状的差异造成根呼吸速率之间的差异,但菌丝呼吸的变异导致总自养呼吸在两种类型菌根林地之间差异不显著。(3)依托5个亚热带森林研究站,不同菌根类型林地根际和非根际土壤室内培养试验的结果显示,丛枝菌根林地根际土壤碳矿化速率高出外生菌根林地15%左右,而在非根际土壤则两者无显著差异。丛枝菌根林地根际土壤有效氮含量、硝态氮含量、微生物生物量碳和氮含量,细菌/真菌比和革兰氏阳性菌/阴性菌比例均显著高于外生菌根林地,而非根际土壤理化性质和微生物群落组成及结构在不同菌根林地之间均无显著差异。外生菌根林地根际土壤碳矿化速率还与微生物生物量碳氮比和细菌/真菌比负相关。随机森林回归的结果显示,丛枝菌根林地根际土壤碳矿化速率主要受土壤铵态氮和硝态氮含量的影响;而真菌和腐生真菌磷脂脂肪酸(PLFA)含量对外生菌根林地根际土壤碳矿化速率影响最强。这些结果表明,林地菌根类型显著影响根际土壤碳矿化速率,而对非根际土壤无影响;林地菌根类型对根际土壤碳矿化影响主要受土壤氮有效性和微生物群落结构调控。。本研究通过全球丛枝和外生菌根林地土壤碳排放数据整合分析、野外原位监测试验及根际和非根际土壤室内培养试验,系统研究了不同菌根类型林地土壤碳排放的差异及影响机制。尽管全球尺度上,热带/亚热带森林菌根类型对土壤碳排放速率、总自养呼吸及碳矿化速率未呈现显著影响,野外单站点控制试验以及多站点室内培养实验显示亚热带不同菌根类型林地根系性状和根际过程是不同菌根类型林地的根呼吸及根际碳矿化速率显著差异的原因。本研究结果加深了我们对林地菌根类型,尤其是亚热带地区林地菌根类型对于影响土壤碳排放的影响及机制的理解,可为未来提高森林碳汇能力提供理论基础和科学依据。
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