【摘要】：土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù),團(tuán)聚體為維持其碳平衡發(fā)揮著重要的作用。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的下降不僅會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)退化,還會(huì)嚴(yán)重干擾土壤碳循環(huán)過(guò)程,進(jìn)而影響陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間的碳交換。植物根系、微生物、土壤碳氮是影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性最重要的影響因子,它們通過(guò)直接或間接作用參與調(diào)控土壤團(tuán)聚體的形成和發(fā)展演化過(guò)程。在過(guò)去幾十年,氣候變化顯著增強(qiáng)了極端干旱發(fā)生的頻率和強(qiáng)度,這些變化對(duì)植物根系、微生物活動(dòng)以及土壤碳、氮循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生重要影響,進(jìn)而可能會(huì)嚴(yán)重影響土壤團(tuán)聚體的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程。因此,研究極端干旱對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響及其調(diào)控機(jī)制,對(duì)于我們準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)估全球碳收支平衡具有重要的生態(tài)學(xué)意義。本研究以浙江省寧波市天童國(guó)家森林公園為研究平臺(tái),選取林齡為50-70年的次生林為研究對(duì)象,通過(guò)PVC透明塑料隔離板進(jìn)行自然降水隔離來(lái)模擬極端干旱,同時(shí)利用壕溝法(無(wú)根處理)來(lái)評(píng)估探討植物根系的調(diào)控作用。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑、植物根系生物量和形態(tài)結(jié)構(gòu)、微生物PLFAs、土壤碳氮含量。利用結(jié)構(gòu)方程模型分析和探討干旱下植物根系、微生物對(duì)團(tuán)聚體的綜合調(diào)控機(jī)制,得到的主要結(jié)論如下:(1)干旱對(duì)植物根系生物量、形態(tài)結(jié)構(gòu)及氮含量產(chǎn)生重要影響。干旱顯著增加總根生物量、細(xì)根(2mm)生物量、比根長(zhǎng)、比表面積、細(xì)根氮含量,但顯著降低根組織密度,同時(shí)對(duì)細(xì)根平均直徑和碳含量沒(méi)有影響。干旱顯著降低壕溝外土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑,但對(duì)壕溝外土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑?jīng)]有顯著影響。干旱對(duì)壕溝內(nèi)以及壕溝外的土壤碳氮含量均沒(méi)有顯著影響,但在對(duì)照和干旱處理下,壕溝外土壤碳氮含量均顯著高于壕溝內(nèi)土壤。相關(guān)分析表明,土壤碳氮、細(xì)根生物量、比根長(zhǎng)與土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑和2mm團(tuán)聚體顆粒比重存在顯著正相關(guān),但與土壤大團(tuán)聚體(0.25-2mm)和微團(tuán)聚體(0.25mm)顆粒比重均無(wú)相關(guān)性。這些結(jié)果表明,干旱背景下植物根系生物量和形態(tài)結(jié)構(gòu)是調(diào)控土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的重要因素。(2)對(duì)于壕溝內(nèi)土壤,干旱并未改變微生物總的PLFAs,但顯著降低叢枝菌根真菌的PLFAs,顯著增加革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性菌比,同時(shí)對(duì)真菌與細(xì)菌比無(wú)明顯影響。而對(duì)于壕溝外土壤,干旱對(duì)土壤微生物總的PLFAs和微生物群落結(jié)構(gòu)均沒(méi)有顯著影響。干旱顯著增加壕溝內(nèi)土壤的微生物脅迫指數(shù),但對(duì)壕溝外的土壤無(wú)顯著影響。相關(guān)分析表明,土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑和2mm團(tuán)聚體的比重與微生物總的PLFAs、細(xì)菌PLFAs、真菌PLFAs、革蘭氏陽(yáng)性菌PLFAs、革蘭氏陰性菌PLFAs、叢枝菌根真菌PLFAs和放線菌PLFAs呈顯著正相關(guān)關(guān)系。(3)結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果顯示:對(duì)于壕溝內(nèi)土壤,土壤微生物是影響土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性和2mm團(tuán)聚體的主要因子,而土壤水分水影響0.25-2mm團(tuán)聚體和0.25mm團(tuán)聚體的主要因子。對(duì)于壕溝外土壤,細(xì)根是影響土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性和2mm團(tuán)聚體的主要因子。綜上所述,干旱背景下土壤團(tuán)聚體的形成和發(fā)展演化是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,受到多種生物和非生物因子的共同調(diào)控,而這些因子的調(diào)控作用在不同粒徑團(tuán)聚體也存在差異。與此同時(shí),不同因子對(duì)干旱的響應(yīng)存在很大的不確定性,這些不確定性可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體形成過(guò)程更加復(fù)雜化。因此,未來(lái)的地球系統(tǒng)模型在預(yù)測(cè)和評(píng)估陸地碳儲(chǔ)量時(shí)應(yīng)考慮植物根系、微生物、土壤碳氮等非生物和生物因素對(duì)團(tuán)聚體形成的影響過(guò)程,以便能更精確和高效地預(yù)測(cè)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S714
【圖文】：

對(duì)全球水循環(huán)造成嚴(yán)重干擾。自 1950 年以來(lái)，全球范斷擴(kuò)大，其面積增加了兩倍還要多（Dai et al., 2004），尤其是區(qū)最為明顯，干旱化更加頻繁持久。非洲大陸和歐亞大陸自 1期間干旱強(qiáng)度增加了 16%。其它大陸也呈現(xiàn)不同程度的干旱化北地區(qū)較為顯著（秦大河，2009）。為止，全球氣候變化，特別是干旱引發(fā)的效應(yīng)已逐步顯現(xiàn)，這的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生巨大影響，進(jìn)而作用于人類社會(huì)（廖靜秋，，干旱能夠改變生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、碳氮循環(huán)和生物多樣性等多個(gè)2007）。例如，干旱在全球不同地區(qū)已造成大量森林樹(shù)木死亡（降低了生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，嚴(yán)重干擾陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程到大氣中去，加劇全球變化（IPCC, 2014）。與此同時(shí)，隨著擴(kuò)大，干旱將進(jìn)一步影響到農(nóng)業(yè)、林業(yè)、木葉、工業(yè)、城市乃，加劇生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化。

研究技術(shù)路線圖

驗(yàn)樣地的概況試驗(yàn)依托浙江天童森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站極端干關(guān)研究工作，該站點(diǎn)位于浙江省寧波市鄞州區(qū)(29°48’N, 121°47’E（)均海拔約為 300m，太白山頂為最高峰達(dá) 653.3m，全年溫暖多雨，典型的中亞熱帶季風(fēng)氣候。根據(jù)常年氣象數(shù)據(jù)記載，試驗(yàn)點(diǎn)年均溫月和 1 月為月最高和最低氣溫，分別為 28.1℃和 4.2℃。年均降水別約為 1551 mm、1320 mm。因受梅雨和臺(tái)風(fēng)的影響，每年降水主 8 月份之間，年相對(duì)空氣濕度最高達(dá)到 85%。全年日照時(shí)間約為天數(shù)達(dá) 237.8 天，年積溫（>10℃的活動(dòng)）為 5166℃。天童山地形山丘陵，土壤主要以黃紅壤為特征，成土母質(zhì)包括中生代沉積巖山巖、花崗巖和石英巖的殘留風(fēng)化物等，其厚度在 1m 左右（達(dá)于學(xué)珍等，2005）。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2752715