黄土丘陵区人工刺槐林凋落物输入量对土壤有机碳的影响

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土壤有机碳是陆地生态系统中各项生态系统服务功能的基础,是评价土壤质量的重要指标,土壤有机碳库的微小变化都对大气乃至全球生态有着重要的影响。地上植物凋落物是土壤有机碳最重要的来源之一,而以氮沉降增加、CO2浓度增加、全球变暖、干旱频繁等为代表的全球变化对于凋落物的产生具有深刻的影响。但是,由于驱动凋落物分解转化的土壤微生物群落结构与功能的复杂性,变化的凋落物对于土壤有机碳的影响及其作用机制尚不清楚。基于此,本研究选择在黄土丘陵区典型人工刺槐林开展野外试验,于2018年3月设置凋落物完全去除、对照和加倍三个处理水平,分别在2018年6月、9月、12月和2019年3月采集土壤样品,测定不同季节下土壤温度、水分、p H、氮磷养分含量及计量比、总有机碳及其组分、微生物生物量及其计量比、土碳代谢酶活性以及微生物代谢变化特征,揭示了不同凋落物输入量对于土壤碳库的影响以及其影响机制。主要取得了以下结果:不同的凋落物处理和季节变化都对土壤的有机碳含量及组分有显著影响。在2018年3月至12月,所有凋落物处理中土壤有机碳含量、易氧化有机碳含量及顽固性有机碳含量均随时间变化而显著增加,增加范围分别为166.5%-283.2%,137.4%-228.6%和179.63%-307.9%。并且,凋落物去除处理中土壤有机碳含量和顽固性有机碳含量的增加幅度要显著高于凋落物加倍和对照处理。在2018年12月和2019年3月,和对照相比,土壤有机碳在凋落物去除中分别显著增加了43.8%和55.4%,而在凋落物加倍中无显著差异。土壤微生物及酶代谢特征在不同的处理下有不同的表现。和对照相比,凋落物加倍仅在2018年6月显著降低了MBC,在其余季节下无显著影响;凋落物去除后,MBC在2018年6月显著降低了71.96%,而在2018年9月和12月分别显著增加了101.59%和120.27%,但在2019年3月无显著差异。在所有季节中,凋落物加倍后,HY:MBC、OX:MBC、土壤温度均没有显著变化,而凋落物去除后,土壤温度显著增加范围为3.36%-18.68%。在2018年6月,HY:MBC和OX:MBC在凋落物去除后显著增加,而在2018年12月,OX:MBC在凋落物去除后显著降低。在2018年6月,土壤温度与MBC存在负相关关系(r=-0.644),而在9月、和12月及2019年3月,土壤温度与MBC存在正相关关系,尤其是在12月,达极显著水平。微生物和酶代谢特征很好的解释了土壤有机碳库的变化。方差分解结果显示,在所有季节中,土壤微生物量碳氮磷及计量比、土壤胞外酶活性和土壤微生物代谢特征对于凋落物处理后土壤碳组分的方差变异的总解释率均超过90%。而且,在2018年6月、12月季2019年3月,土壤微生物量的解释率较高,而在2018年9月,土壤胞外酶活性的解释率较高。上述结果表明在黄土高原人工林中,短期凋落物去除后更有利于土壤有机碳的积累。并且,和凋落物输入量相比,微生物驱动的凋落物分解转化过程对于土壤有机碳库的影响更加重要。总之,本研究强调了土壤微生物在土壤碳循环过程中的重要作用,为预测全球变化背景下黄土高原土壤碳库的变化提供了科学依据。
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