若尔盖高原退化泥炭地土壤呼吸及其温度敏感性变化特征

来源 :西华师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cerfa
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土壤呼吸及其温度敏感性的研究对于揭示泥炭地生态系统对未来全球变化的响应及其反馈机制具有重要意义。在气候变化(全球变暖、降水量减少、极端气候等)和人类活动(泥炭开采、挖沟排水等)的影响下,泥炭地出现不同程度的退化或者萎缩,影响到土壤碳储量。但是,由于研究的局限性,无法预测退化泥炭地在未来气候变化背景下,其碳“源”、“汇”的关系。因此,本研究以若尔盖高原区域的高原泥炭地为研究对象,选取不同退化程度(未退化、中度退化、重度退化)、不同深度(0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm)泥炭地土壤为研究材料,在5℃、15℃和25℃温度下进行恒温培养,并设置4种基质添加处理(对照、葡萄糖添加、凋落物常量添加和凋落物倍增添加),研究退化泥炭地的土壤呼吸及其温度敏感性(Q10)对增温及基质添加的响应规律,并分析土壤呼吸与土壤酶活性和土壤理化性质的关系,阐明未来气候变化背景下,泥炭地的碳排放规律及其机制,为区域碳循环的准确预测提供理论支持。主要研究结果如下:(1)通过30天的室内培养实验发现,三种退化泥炭地的CO2累积排放量在较低温度(5℃)培养下差异不大,在较高温度(15℃和25℃)培养下的CO2累积排放量大小依次为重度退化泥炭地>中度退化泥炭地>未退化泥炭地。未退化泥炭地0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm之间的CO2排放量差异不大(P>0.05),分别占总呼吸量的32.4%、37.4%、30.2%。中度退化泥炭地和重度退化泥炭地0~20 cm土壤的CO2排放量高于20~40 cm和40~60 cm土壤的排放量,分别占总呼吸量的47.5%、68.3%。而中度退化泥炭地和重度退化泥炭地20~40 cm和40~60 cm土壤之间的CO2累积排放量差异均不显著(P>0.05)。(2)在5℃、15℃和25℃培养温度下,CO2累积排放量随着温度的升高而增加,土壤呼吸速率随温度的升高而呈指数上升。随着培养温度的升高,各层土壤的CO2排放速率均增加,特别是在重度退化泥炭地中,0~20 cm的CO2排放速率在不同培养温度下有显著差异(P<0.05),15℃和25℃培养温度下的CO2排放量较5℃分别增加了135.72%、261.25%。(3)未退化泥炭地、中度退化泥炭地和重度退化泥炭地20~40 cm和40~60 cm土壤的基质添加处理的CO2累积排放量较对照增加,而0~20 cm土壤的CO2累积排放量较对照减少,表明基质添加对0~20 cm土壤的土壤呼吸具有抑制作用。与葡萄糖添加和凋落物倍增添加处理相比,凋落物常量添加处理使泥炭地土壤呼吸增加更显著。在5℃、15℃和25℃的培养温度下,对照和三种基质添加处理与对照的CO2排放速率存在同样的变化趋势,均在培养的前期较高,培养后期排放速率急速下降,并保持在较低水平。(4)中度退化泥炭地和重度退化泥炭地土壤呼吸的温度敏感性(Q10)随温度的升高而降低,未退化泥炭地的土壤呼吸温度敏感性(Q10)随温度升高变化不显著(P>0.05),表明在较低温度下的退化泥炭地土壤有机碳对气候变暖的响应将更加敏感。不同退化程度泥炭地的Q10值由高到低为重度退化泥炭地(1.77)>中度退化泥炭地(1.42)>未退化泥炭地(1.30),表明泥炭地退化会增加泥炭地土壤呼吸对温度的敏感程度。在全球变暖的背景下,泥炭地退化会加速泥炭地的碳损失,由碳“汇”变成碳“源”。基质添加后改变了泥炭地的温度敏感性,与对照相比,基质添加增加了未退化泥炭地的Q10值,但是却降低了中度退化和重度退化泥炭地的Q10值。同时,在不同基质添加处理中,葡萄糖添加处理的Q10值最低。(5)通过对土壤呼吸及其温度敏感性(Q10)与土壤有机质、碳氮比和酶活性等的相关分析,发现在恒温培养下,土壤呼吸速率与土壤有机质含量呈正相关关系,与碳氮比在5℃下呈正相关关系,在15℃和25℃下呈负相关关系,均不显著(P>0.05),Q10与有机质含量的相关性在5~15℃下显著相关(P<0.05)。在增温和基质添加的共同作用下,蔗糖酶活性和过氧化氢酶活性增强,其中,凋落物添加处理的蔗糖酶活性与土壤呼吸速率显著相关(P<0.05),过氧化氢酶活性则与土壤呼吸速率无显著相关性(P>0.05)。土壤呼吸及其温度敏感性(Q10)在不同退化程度、不同深度的差异性,是土壤酶活性、土壤有机质含量和碳氮比等共同作用的结果。
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