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《西北师范大学》 2018年
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氮沉降和改变凋落物输入对科尔沁沙质草地土壤呼吸的影响

赵欣鑫  
【摘要】:人类活动的加剧引起氮沉降逐年上升,而且未来的一段时间这一现象将仍会持续。氮沉降增加深刻影响陆地生态系统初级生产力,最终改变凋落物向土壤的输入。在氮沉降问题日益严重的环境背景下,开展氮沉降和改变凋落物输入对土壤呼吸的影响研究,为未来全球变化背景下的沙质草地土壤碳循环响应趋势的预测赋予了重要的科学意义。本研究依托中国科学院奈曼沙漠化研究站,以科尔沁沙质草地为研究区域,通过设置氮沉降(N0、N10)和改变凋落物输入(对照、凋落物加倍、去除凋落物、火烧)的野外控制试验,动态监测沙质草地生态系统整个生长季的土壤呼吸、根呼吸和微生物呼吸速率,同时对土壤微生物量C、N含量等指标进行了测定。探讨土壤呼吸各组分对氮沉降和改变凋落物输入的响应过程,揭示氮沉降和改变凋落物输入对沙质草地生态系统碳循环的主要影响。加深对全球变化背景下北方干旱半干旱沙质草地碳循环过程的全面认识,为草地生态系统碳循环的科学评估提供理论支持。研究的主要结果如下:(1)整个生长季内,科尔沁沙质草地土壤总呼吸、微生物呼吸和根呼吸速率均具有明显的季节动态,呼吸速率值均在6月下旬最低,并于植物生长旺季(7月下旬到8月上旬)达到最高,氮沉降和改变凋落物输入并未改变沙质草地根呼吸、微生物呼吸、土壤呼吸的季节动态特征。(2)氮沉降对生长季内沙质草地土壤呼吸速率具有显著影响(p0.01)。整个生长季内(5~9月),对照处理的土壤呼吸速率在1.10~3.92μmol CO2·m-2·s-1之间波动,施氮处理土壤呼吸速率在0.92~4.69μmol CO2·m-2·s-1之间波动,氮沉降增加使沙质草地平均土壤呼吸速率提高了14%(p0.01)。其中氮沉降增加使群落平均根呼吸速率提高了27%(p0.05),但是对土壤微生物的呼吸速率没有显著影响(p0.05),因此,氮沉降对沙质草地土壤呼吸速率的显著促进作用主要源自根呼吸的贡献。(3)改变凋落物输入对土壤呼吸具有显著影响。与对照相比较,去除凋落物使沙质草地土壤总呼吸速率降低了15%,这主要是因为去除凋落物明显抑制了土壤微生物呼吸(p0.05),而对群落根呼吸无显著影响。火烧使微生物呼吸速率降低了13%(p0.05),但是群落根呼吸速率提高了25%(p0.05),导致对土壤总呼吸的影响并不明显(p0.05)。此外,增加凋落物输入对土壤总呼吸、微生物呼吸以及群落根呼吸均没有显著的影响(p0.05)。(4)氮沉降增加对土壤微生物量C含量无显著影响(p0.05),但凋落物加倍使土壤微生物量C含量提高了21%(p0.05),火烧和去除凋落物分别使土壤微生物量C含量降低了25%和32%(p0.05)。土壤微生物量C含量与土壤呼吸速率和微生物呼吸速率均呈显著正相关关系(p0.05),而与根呼吸速率相关性不显著(p0.05)。综上所述,氮沉降增加对科尔沁沙质草地土壤呼吸具有显著的促进作用,影响主要源自根呼吸的贡献。去除凋落物由于减少了土壤呼吸的底物供应,使土壤微生物生物量下降,并明显降低了微生物呼吸速率。而增加凋落物输入虽然显著提高了土壤微生物生物量,但是对土壤呼吸无显著影响。火烧则在抑制微生物呼吸的同时又提高了根呼吸速率,以至于对土壤总呼吸的影响并不显著。研究结果对全球变化背景下,沙质草地土壤碳循环过程的进一步认识和草地生态系统碳收支平衡的科学评估具有重要意义。
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S812.2

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