【摘要】：土壤有機(jī)質(zhì)分解作為生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分,其微小變化都會(huì)對大氣CO_2濃度以及土壤碳庫產(chǎn)生巨大影響。CO_2是土壤有機(jī)質(zhì)分解的主要產(chǎn)物,同時(shí)又是造成全球變暖的主要溫室氣體,對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和減緩全球氣候變暖等方面起著十分重要的作用。科學(xué)家們對此進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和模型研究,但都主要集中在升溫對土壤有機(jī)質(zhì)分解及其溫度敏感性的分析探討,而忽視了相伴隨發(fā)生的土壤水分的變化及其對土壤碳動(dòng)態(tài)的影響。降水是土壤水分的直接來源,全球變暖強(qiáng)烈影響著大氣環(huán)流和水分循環(huán),從而引發(fā)了降水格局的變化,直接改變土壤水分含量。土壤含水量作為土壤的主要性質(zhì),對土壤的通透性,可溶性有機(jī)質(zhì)濃度等理化性質(zhì)以及微生物的群落結(jié)構(gòu)和活性具有重要影響,從而對土壤有機(jī)質(zhì)分解所釋放的CO_2產(chǎn)生影響。自然生態(tài)系統(tǒng)中土壤含水量是由地形因素、土壤因素和氣候因素等共同決定的。野外長期的水分環(huán)境決定了土壤性質(zhì)的差異,僅通過室內(nèi)短期培養(yǎng)是無法模擬真實(shí)自然環(huán)境中土壤含水量對有機(jī)質(zhì)分解的影響。人們對土壤含水量與土壤有機(jī)質(zhì)分解的關(guān)系研究忽略了取樣位點(diǎn)實(shí)際含水量的影響。此外還很少有研究從外源有機(jī)物輸入的角度來分析不同土壤含水量對微生物呼吸的影響。因此本文設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行研究:土壤含水量對土壤有機(jī)質(zhì)分解及其溫度敏感性的影響;不同土壤含水量條件下微生物對外源添加碳的利用策略。1.從森林沼澤到森林的過渡,體現(xiàn)了野外的長期環(huán)境造成土壤含水量的明顯差異,是自然森林生態(tài)系統(tǒng)中典型的土壤含水量變化序列。而緯度較高、氣候寒冷的地區(qū)土壤積累了大量有機(jī)質(zhì),同時(shí)也被認(rèn)為是全球變化最為敏感的地區(qū)之一。因此,本研究選取我國中高緯度地區(qū)三個(gè)溫帶森林作為研究區(qū),每個(gè)研究區(qū)根據(jù)地形因素,從森林沼澤到森林按照土壤含水量序列差異選取了三個(gè)取樣點(diǎn)。通過采取室內(nèi)連續(xù)自動(dòng)變溫培養(yǎng)與測試的方法高頻快速地測定土壤有機(jī)質(zhì)分解速率,并計(jì)算出土壤CO_2累積釋放量和溫度敏感性。研究土壤含水量對土壤有機(jī)質(zhì)分解及其溫度敏感性的影響。結(jié)果表明寒溫帶森林土壤有機(jī)質(zhì)分解速率隨土壤含水量減小呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)土壤水分處于過飽和狀態(tài)時(shí),土壤含水量的減小導(dǎo)致氧化環(huán)境改變,CO_2累積釋放量顯著增加,此時(shí)氧化還原條件是影響土壤有機(jī)質(zhì)分解的主要控制因素;當(dāng)土壤含水量持續(xù)減小,由于分解底物被大量消耗,有機(jī)碳含量減少,土壤有機(jī)質(zhì)分解速率降低,土壤底物成為限制有機(jī)質(zhì)分解的主要因子。可能因?yàn)榈孜镄再|(zhì)的不同,中溫帶森林土壤有機(jī)質(zhì)分解速率隨土壤含水量的減小而逐漸降低。土壤有機(jī)質(zhì)分解的溫度敏感性對土壤含水量序列變化過程的響應(yīng)具有區(qū)域差異性,可能受分解底物和理化土壤性質(zhì)等因素的綜合影響。2.外源底物的添加可以給饑餓的微生物提供能量來源,在短時(shí)間內(nèi)激活那些處于潛在活躍狀態(tài)的微生物。土壤微生物的生命活動(dòng)直接受土壤水分控制,且微生物在降水變異性大的干旱地區(qū)對外源底物添加具有較為明顯的響應(yīng)。不同土壤含水量條件下微生物對土壤外源底物的利用策略研究,我們選取較為干旱的暖溫帶森林土壤作為研究對象,調(diào)節(jié)其含水量并通過添加δ~(13)C標(biāo)記的葡萄糖溶液進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),連續(xù)快速測定微生物分別利用葡萄糖和土壤原有有機(jī)質(zhì)進(jìn)行的呼吸速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同含水量條件下土壤對葡萄糖添加的響應(yīng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有所不同,70%WHC土壤對葡萄糖添加的響應(yīng)強(qiáng)度最大,而10%WHC土壤的響應(yīng)強(qiáng)度最小;當(dāng)WHC為90%時(shí),土壤微生物呼吸對葡萄糖添加響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間最長,除此之外,其他水分條件下,葡萄糖呼吸速率和土壤呼吸速率均在添加后12h內(nèi)達(dá)到最大值,可見微生物對葡萄糖添加的反應(yīng)十分快速�？偟膩碚f,土壤水分通過影響微生物活性、底物的可利用性及代謝產(chǎn)物的擴(kuò)散等多方面影響著土壤有機(jī)質(zhì)分解。不同土壤含水量條件下微生物對外源添加碳和土壤原有有機(jī)質(zhì)的分配利用策略不同。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S714
【圖文】：

圖 1-1 土壤有機(jī)質(zhì)分解的溫度敏感性研究的主要培養(yǎng)測試方法Figure 1-1 incubation and measurement modes for the studies of soil organic matter decomposition antemperature sensitivity.1.2.4 土壤有機(jī)質(zhì)分解的影響因素（1）土壤溫度土壤溫度是影響土壤有機(jī)質(zhì)分解最主要的環(huán)境因素，不同生態(tài)系統(tǒng)中土壤有機(jī)質(zhì)分解均會(huì)受到溫度的影響，如森林生態(tài)系統(tǒng)[53,54]和青藏高原高寒草地[26]。土壤有機(jī)質(zhì)分解是在酶的作用下進(jìn)行的，因此溫度通過影響酶活性進(jìn)而影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解低溫時(shí)，酶活性受到抑制，隨著溫度的增加酶活性逐漸增強(qiáng)，當(dāng)超過最適溫度之后酶活性急劇下降，甚至降解。眾多科學(xué)家已對此方面進(jìn)行了大量研究發(fā)現(xiàn)，土壤溫度能夠解釋土壤有機(jī)質(zhì)分解 85-86%的變異[42]，當(dāng)土壤溫度從 20℃升到 30℃，有機(jī)質(zhì)分解速率在短期內(nèi)將增加 3 倍[36]。總的來說，土壤有機(jī)質(zhì)分解與溫度之間存在顯著的相關(guān)性，主要是線性、二次方程、指數(shù)方程和 Arrhenius 方程等關(guān)系（表 1-1）。其中溫度敏感性 Q10是描述土壤有機(jī)質(zhì)分解對溫度變化響應(yīng)的良好參數(shù)，它可以在不同生態(tài)系統(tǒng)、不同研究之間進(jìn)行規(guī)范的比較，因此引起了土壤學(xué)和生態(tài)學(xué)方面的廣泛關(guān)注[55][56]

第二章 研究區(qū)概況與研究方法研究區(qū)自然概況球森林土壤碳庫占陸地土壤總碳庫的 73%，而緯度較高、氣候寒冷的地的有機(jī)質(zhì)，含有更高的碳密度。且北方高緯度地區(qū)被認(rèn)為是全球變化最之一。因此針對土壤含水量對土壤有機(jī)質(zhì)分解及其溫度敏感性的影響研了中高緯度地區(qū)漠河（112°19′15″E，53°28′8″N），根河（121°30′7″E，50°56（126°23′11″E, 42°20′43″N）三個(gè)森林及森林沼澤作為研究區(qū)，包括兩針葉林和一個(gè)中溫帶針闊混交林（圖 2-1）。

析溫度敏感性對土壤的不同水分含量的響應(yīng)特征及其控制因素。土壤有機(jī)質(zhì)分解和溫度敏感性在不同土壤水分含量條件下的變化，將直接影響森林與沼澤生態(tài)系統(tǒng)的碳庫儲(chǔ)量以及向大氣排放的 CO2含量。本研究對全面理解區(qū)域碳平衡具有重要意義，對于積極應(yīng)對全球氣候變暖也具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

【相似文獻(xiàn)】

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7 朱才熙

本文編號：2766580