增温和氮添加对四种森林土壤有机碳分解的影响

作     者：刘芳 

作者单位：安徽农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王清奎

授予年度：2023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：土壤有机碳分解 森林类型 增温 氮添加 温度敏感性 

摘      要：森林土壤有机碳约占全球土壤有机碳总量的46%,其微小变化都将导致全球碳循环和大气CO浓度发生巨大改变。全球气候变暖和大气氮沉降通过改变环境温度和土壤氮素有效性等因素影响土壤有机碳分解。目前有关增温和氮添加对土壤有机碳分解的影响研究主要集中在不同温度带的表层土壤,对亚热带向温带过渡区的森林深层土壤研究较少。为此,本研究以亚热带与温带过渡区的四种典型林森林（杉木林、山核桃林、黄山松林、茅栗林）为研究对象,采集0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm土层土壤,利用模拟增温与氮添加方法,通过30天室内培养,探讨增温和氮添加对四种森林不同深度土壤有机碳分解的影响。同时测定土壤物理性质、速效养分变化、土壤酶活性和微生物群落结构等,分析增温和氮添加对土壤有机碳分解的影响机理。该研究的主要结果如下:（1）增温显著促进了森林土壤有机碳的分解。不同土层的土壤有机碳分解累积释放量总体呈现0-10 cm10-20 cm20-40 cm土层,即土层深度越深,有机碳分解越少,这与深层土壤活性有机碳含量低有关。增温使四种森林0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm土层土壤有机碳分解分别增加23.31%-42.72%、5.06%-31.72%和1.98%-23.24%。这表明随土层深度的增加,增温对土壤有机碳分解的影响减弱。土壤有机碳分解对增温的响应在不同森林类型之间差异不显著。（2）氮添加对土壤有机碳分解的影响与氮添加量、森林类型和土层深度有关。低氮添加量(50 mg N kg土,N50)显著促进土壤有机碳分解,而高氮添加量(100mg N kg土,N100)则对土壤有机碳分解没有影响。在0-10 cm土层,N50处理使杉木林和黄山松林土壤有机碳分解分别增加10.11%和11.54%,而使山核桃林和茅栗林土壤有机碳分解减少21.76%和10.50%。在10-20 cm土层N50处理仅使四种森林土壤有机碳分解增加1.63%-5.60%,但在20-40 cm土层N50处理使四种森林土壤有机碳分解增加12.21%-41.23%。（3）氮添加量调控着氮添加对土壤有机碳分解温度敏感性(Q)的影响,并且与森林类型和土层深度有关。N50处理显著降低了Q,N100处理却对土壤有机碳分解Q没有影响。在0-10 cm土层,N50处理使杉木林和黄山松林土壤有机碳分解的Q分别减小47.49%和11.54%,而使山核桃林和茅栗林土壤有机碳分解的Q增加16.69%和40.65%;在10-20 cm和20-40 cm土层中N50处理均降低了四种森林土壤有机碳分解的Q,其降低幅度在10-20 cm土层为11.61%-37.58%,20-40 cm土层为14.95%-58.95%。（4）增温促进了土壤速效养分的分解,使无机氮含量显著降低9.53%-75.89%。但使土壤微生物总量增加6.22%-45.18%,并增强了与有机碳分解显著相关的β葡萄糖甘酶、几丁质酶、酸性磷酸酶和亮氨酸氨基肽酶的活性。但是,N50低氮添加量处理却使土壤无机氮含量显著增加29.60%-307.25%,增强了氮素有效性。同时也使土壤微生物总量增加了9.84%-94.53%,改变了土壤细菌真菌比和革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比,与有机碳分解相关的几丁质酶和酸性磷酸酶活性也显著增加。结合相关性分析和随机森林分析得出细菌分泌的几丁质酶是增温和氮添加处理下土壤有机碳分解最重要的影响因子且与土壤有机碳分解正相关。以上结果表明,增温促进了土壤有机碳分解,氮添加对有机碳分解的影响与氮添加水平有关,低氮添加量促进了土壤有机碳分解却降低了土壤有机碳分解温度敏感性。增温和氮添加通过影响土壤无机氮含量、增强土壤微生物活性和酶活性来调控土壤有机碳分解。四种森林土壤有机碳分解在不同土层对增温的响应相同,且响应强度随土层深度的增加而减弱;氮添加对四种森林的影响在深层土壤表现出相似的规律。本研究加深了对森林土壤有机碳分解对增温和氮添加响应的认知,为管理亚热带与暖温带过渡区森林土壤碳库应对全球变化提供了理论支持。