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丹江口库区侧柏人工林凋落物输入调控对土壤不同组分有机碳氮的影响

陈静文  
【摘要】:全球气候变化正在改变森林生态系统的净生产力,影响植被与土壤的碳交换,亚热带森林土壤碳库如何响应凋落物输入改变仍有疑问。本研究在南水北调工程中线源头丹江口库区的侧柏(Platycladus orientalis(Linn.)Franco)人工林设置凋落物添加和去除实验(The Detritus Input and Removal Treatments,DIRT)(对照、无地上凋落物、无根、无碳输入和双倍地上凋落物处理),连续三年采集不同处理下的土壤做团聚体筛分和密度分组,探究土壤不同组分碳氮库和稳定同位素对凋落物输入调控的响应。主要研究结果如下:(1)凋落物输入处理对土壤团聚体分布和有机碳的影响处理1年后和3年后,不同凋落物输入处理影响不同粒径团聚体的土壤有机碳。不同凋落物输入处理的土壤团聚体组成中主要以250μm的大团聚体为主,占土壤总量的52.7%-94.6%。处理2年后对照的团聚体平均重量直径(mean weight diameter,MWD)相比另外两年较低,是因为第2年(2000μm)的大团聚体所占比例相比其他两年较低。处理1年后小团聚体(53μm)中去除根系和无输入处理的有机碳含量显著低于对照组,处理3年后大团聚体(2000-250μm)和小团聚体(53μm)中无碳输入处理的有机碳含量也显著低于对照组,说明减少根系新碳的输入会降低不同粒径土壤有机碳的含量。双倍凋落物处理1年后的小团聚体(53μm)、2年后的大团聚体(2000-250μm)和3年后大团聚体(2000-250μm)和小团聚体(250μm)中都出现双倍凋落物组土壤有机碳低于对照组,这证明“激发效应”的存在,且效应持续的时间较长。(2)凋落物输入处理对团聚体轻重组的影响不同凋落物处理下各粒径团聚体轻重组的重量没有显著变化,而轻重组的有机碳和重组氮同位素(δ~(15)N)易受凋落物处理和团聚体粒径影响。不同粒径团聚体的轻组有机碳含量在不同处理下表现为去除根系和双倍凋落物处理中新碳的输入使轻组有机碳含量不变或增加,但减少了重组有机碳含量。各粒径团聚体中轻组的有机碳、总氮含量和碳氮比远高于重组,因为轻组主要由植物残体组成,但轻重组的总氮和碳氮比基本不受凋落物输入调控影响,说明侧柏的地上凋落物和根系对土壤碳库的贡献有限。轻组的δ~(13)C和δ~(15)N在不同团聚体和凋落物处理之间没有差异。重组δ~(13)C表现为去除根系处理促进重碳同位素富集。重组的δ~(15)N在不同团聚体之间表现53μm小团聚体为正值,其他粒径团聚体为正值,这可能是53μm小团聚体所结合的有机质经过的微生物分解过程最多,重氮同位素逐渐积累导致~(15)N富集造成的。同时重组中2000μm团聚体的δ~(15)N显著高于2000-250μm和250-53μm团聚体,而轻组中2000μm团聚体的总氮含量显著低于2000-250μm和250-53μm团聚体,这可能是由于大团聚体对小团聚体的包裹保护作用使得微生物偏向于利用大团聚体中易于获得的含氮化合物。综上所诉,本研究表明去除根系和双倍凋落物处理导致轻组有机碳含量增加而重组有机碳含量减少,证实“激发作用”的存在,但大团聚体在空间上对其内部小团聚体的保护作用减少了小团聚体氮的消耗。


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