氮磷添加对热带森林土壤有机碳主要过程的影响

作     者：李应文 

作者单位：华南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴军;李志安

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：热带森林 氮磷添加 凋落物 土壤有机碳 土壤微生物 

摘      要：热带森林生态系统的碳循环在全球碳循环中扮演重要角色。氮(N)沉降上升是全球生态系统普遍面临的问题。由于氮元素对生命有机体的重要性,氮沉降对碳循环具有深刻的影响。在热带森林生态系统中,磷(P)元素是限制生态系统功能的重要因素。因此,P元素可能影响热带森林生态系统碳循环对N沉降的响应。本研究以2009年在中国科学院小良热带海岸带生态系统定位研究站建立的NP添加野外样地为试验样地,探讨N和P的添加对热带森林生态系统碳循环过程的影响。试验为区组设计,总共包含6个区组,每个区组4个处理,分别为对照,N添加,P添加和NP同时添加。我们通过研究NP的添加对林地表面凋落物分解、土壤有机质积累、土壤异氧呼吸、土壤微生物特征以及植被凋落物量等关键碳过程的影响,揭示氮沉降增加对热带森林地表碳平衡的作用与微观机理,以及磷素对氮沉降效应的交互作用,为热带碳汇森林的管理提供科学依据。研究结果对理解全球变化背景下的林地碳平衡具有重要参考意义,本文研究成果如下:(1)氮磷添加影响森林地表碳输入与输出量:N添加对凋落物输入量,土壤异养呼吸和地表凋落物质量均无显著影响。P添加对凋落物输入量没有显著影响,但使土壤异养呼吸上升,并使地表凋落物下降了29.7%。NP同时添加使凋落物输入量上升了36.3%,使地表凋落物质量下降了23.2%(p=0.070),但对土壤异养呼吸没有显著影响。以上结果表明,在磷限制的热带森林系统,N添加对地表碳的输入和输出量都没有影响;P添加对土壤碳的输入没有影响,但通过地表凋落物和土壤有机质的分解促进了地表碳的释放;NP同时添加通过提高凋落物的输入增加了地表碳的输入量,也通过促进地表凋落物分解提高了地表碳的输出。(2)氮磷添加改变森林地表碳稳定性:N添加显著增加土壤的惰性有机碳;而P添加显著降低土壤中总有机碳含量,并显著降低了土壤中活性有机碳与轻组碳;NP添加显著提高土壤中缓性有机碳含量,并且使土壤中活性有机碳与轻组碳分别降低了,但效果不显著。这些结果表明,N添加能增加土壤中有机碳的稳定性,提高土壤碳库的固碳能力,而P添加能加速土壤中活性有机碳的分解,降低地表有机碳稳定性。(3)氮磷添加改变不同季节土壤微生物构成:N添加在湿季使微生物量碳显著下降,在干季显著降低微生物量碳;而P添加显著提高微生物量氮,有增加所有微生物类型生物量的趋势,并在湿季显著增加菌根真菌的量。氮磷对有机碳分解释放的影响与微生物变化格局相一致,显示氮磷添加主要是通过改变微生物构成而影响地表碳平衡。本研究的结果表明,N沉降对热带森林地表碳的输入和输出均没有显著影响。然而,N沉降能够显著的提高土壤中惰性SOC的量,从而提高土壤的固碳能力。P添加提高了土壤有机质和地表凋落物的分解,使土壤总SOC和活性SOC含量均出现下降,说明P添加下,森林土壤表层和凋落物层固C能力下降了——这一推论得到结构方程模型的证实。N和P同时添加提高了地上凋落物的产量,但同时促进了C从凋落物层的释放。SOC分组数据表明,N和P同时添加能提高缓性SOC的量。N和P同时添加对土壤和凋落物层固碳能力的影响还存在不确定性。