【摘要】：土地利用變化是全球變化的重要組成部分,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功能有重要影響。然而土地利用變化下土壤微生物群落組成及酶活性的變化特征,及其與土壤有機(jī)碳庫(kù)相互作用的機(jī)制尚未清楚。本研究在丹江口水庫(kù)庫(kù)區(qū)選擇了四種土地利用方式(森林、灌叢、農(nóng)田和荒地)為研究對(duì)象,探討土地利用變化對(duì)土壤有機(jī)碳氮庫(kù)、微生物群落組成、酶活性和土壤微生物呼吸的影響,及其互作過(guò)程與機(jī)制,主要結(jié)論如下:(1)土地利用變化對(duì)和微生物群落和微生物呼吸的影響造林(森林和灌叢)顯著提高了土壤的微生物磷脂脂肪酸量和土壤基礎(chǔ)微生物呼吸速率,耕種對(duì)于土壤微生物磷脂脂肪酸量和基礎(chǔ)微生物呼吸速率沒(méi)有顯著影響,但耕種顯著降低了土壤的真菌細(xì)菌比,改變了微生物群落結(jié)構(gòu)。土地利用變化下,微生物磷脂脂肪酸量主要與土壤有機(jī)氮含量及易分解碳含量相關(guān)。而土壤有機(jī)碳,易分解碳、易分解氮、含水量和pH也是影響土壤微生物群落組成的重要因子。雖然森林和灌叢的基礎(chǔ)微生物呼吸顯著高于農(nóng)田和荒地,但是其單位磷脂脂肪酸量的基礎(chǔ)微生物呼吸顯著低于農(nóng)田和荒地,表明造林可能通過(guò)減少呼吸損耗,增加了土壤碳封存。(2)土地利用變化對(duì)土壤碳酶活性的影響森林、灌叢和農(nóng)田碳水解酶活性和氧化酶活性均顯著高于荒地,土壤表層的碳酶活性顯著高于底層。森林和灌叢較高的碳水解酶活性主要由于其具有較高的可溶性碳和易分解碳含量,而農(nóng)田較高的水解酶活性則主要由于其較低的碳氮比和翻耕等。農(nóng)田在四種土地利用方式中具有最高的氧化酶活性,這主要由于其具有較高的惰性碳指數(shù)以及較低的碳氮比造成的。農(nóng)田的單位有機(jī)碳酶活性顯著高于森林和灌叢,說(shuō)明農(nóng)田具有較高的碳周轉(zhuǎn)速率。碳酶活性在夏季顯著最高,這是由于夏季較高的土壤溫度和較低的pH造成的。(3)土地利用變化對(duì)氮酶活性的影響。森林、灌叢和農(nóng)田氮水解酶活性以及單位有機(jī)氮氮水解酶活性均顯著高于荒地,土壤氮酶活性與土壤有機(jī)氮、惰性氮、惰性氮指數(shù)、易分解氮和有機(jī)碳均顯著相關(guān)。同時(shí)土壤氮酶活性也與土壤溫度和含水量顯著相關(guān)。其中N-乙酰-β-葡糖苷酶活性主要與土壤碳氮比和土壤pH有關(guān),而亮氨酸氨基肽酶活性則主要與土壤總有機(jī)氮及pH有關(guān)。土壤碳酶活性與氮酶活性具有很好的耦合作用。(4)土地利用變化對(duì)碳氮庫(kù)的影響。相對(duì)于荒地,造林(灌叢和森林)和耕作均顯著提高了土壤有機(jī)碳氮、易分解碳氮和惰性碳氮組分含量,但造林地土壤有機(jī)碳氮含量顯著高于農(nóng)田。造林通過(guò)降低的呼吸熵,單位有機(jī)碳的碳酶活性,減少微生物的呼吸消耗和降低土壤碳的周轉(zhuǎn)速率提高土壤碳封存;造林和耕種均顯著提高了單位有機(jī)氮的氮酶活性,刺激氮循環(huán)快速進(jìn)行,促進(jìn)碳氮的耦合循環(huán)。總之,造林與耕作均提高了土壤有機(jī)碳氮庫(kù)含量、土壤微生物生物量、碳酶和氮酶活性,也改變了微生物群落結(jié)構(gòu)以及土壤特征(含水量、溫度和pH)。但是造林地與農(nóng)田相比,降低了微生物消耗(呼吸熵)和碳周轉(zhuǎn)速率,提高土壤碳穩(wěn)定性,從而促進(jìn)土壤碳封存,而農(nóng)田由于增加了微生物消耗,降低了碳利用效率,導(dǎo)致碳封存能力有限。
【圖文】：

4）不同土地利用方式對(duì)土壤微生物呼吸的影響土壤取樣于 2014 年 9 月（秋），，2015 年 1 月（冬），2015 年 4 月（春），015 年 7 月（夏）以及 2016 年 10 月（秋），2017 年 1 月（冬），2017 年 4 月春），2017 年 7 月（夏）進(jìn)行，共完成了兩個(gè)年度的八次取樣。在每個(gè)樣帶的個(gè)土地利用類型中，選取 3 個(gè) 1 m × 1 m 小樣方，用直徑 5 cm 的不銹鋼土鉆機(jī)取 3 鉆，取樣時(shí)輕輕除去土鉆上方有機(jī)層（取礦質(zhì)土壤層），取 0 10cm 和0 30 cm 兩個(gè)土層。將同一土層的 3 鉆土樣混合成一個(gè)樣品，用保溫箱裝好帶室內(nèi)。用鑷子挑除土壤樣品中的植物殘?bào)w、可見(jiàn)根系和石頭，過(guò)兩毫米篩。通土壤有機(jī)碳礦化實(shí)驗(yàn)，采用堿液吸收的方法，室內(nèi)培養(yǎng)一個(gè)月，測(cè)定土壤微生的基礎(chǔ)呼吸量。本實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線主要如下圖：

圖 2-1 研究樣地地理位置Fig. 2-1 Location of sampling site in the Danjiangkou Reservoir area, China圖 2-2 研究區(qū)域概況Fig. 2-2 Locations of sampling site
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院武漢植物園)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S154.3

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本文編號(hào)：2707326