江苏沿海杨树人工林土壤有机碳垂直分布模式及其调控因素

作     者：刘彬池 

作者单位：南京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐侠

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 杨树人工林 表层与深层土壤 缩放斜率 真菌细菌比 

摘      要：土壤有机碳是陆地生态系统中最大的碳库,据估算其储量超过了大气与植被中储存的碳的总和。土壤有机碳的垂直分布模式是评估土壤固碳潜力的关键。此外,土壤有机碳能否在土壤中长期保留很大程度上取决于土壤中诸多生物与非生物调控因素的共同作用。因此,土壤有机碳的垂直分布及其调控因素的变化将会对陆地生态系统碳固存以及全球碳循环产生重要影响。先前的研究表明,植物输入、土壤理化性质和微生物活动显著影响了土壤有机碳固存,然而,这些影响的方向以及在不同土壤深度之间的差异尚不清楚。本研究在江苏省东台林场杨树人工林中采集了18个深度为100 cm的土壤剖面,探索了不同土层深度的土壤有机碳及其相关的理化特性和微生物丰度的垂直分布、有机碳与总氮的化学计量关系以及土壤有机碳在整个土壤剖面(0–100 cm)、表层土(0–30 cm)和深层土(30–100 cm)中潜在的调控因素。主要结果如下:(1)沿土层土壤有机碳浓度,土壤理化特性和微生物丰度变化土壤有机碳浓度随着土壤深度的增加而降低,0-10 cm的SOC为11.48 g kg,是90-100 cm的1.30 g kg的8.85倍。约67%的有机碳储存在0-30 cm土层中。沿土壤剖面,土壤性质变化具有很大差异。具体而言,p H值和含水量随着土壤深度的增加而增加,而土壤总氮、总磷、碳氮比、氮磷比、氮磷比、水溶性有机碳、有效氮、有效磷和有效氮磷比均沿土壤剖面大幅下降。微生物特性方面,细菌和真菌丰度(通过微生物基因拷贝数量化)随土壤深度增加显著降低。真菌细菌比值在0.0013至0.1006之间,不同土层之间差异不显著。(2)表层土壤中总氮与土壤有机碳紧密耦合,深层土壤中总氮与土壤有机碳解耦比较了土壤总氮与土壤有机碳的缩放斜率(scaling slope,对数转换的土壤总氮和有机碳之间的化学计量关系的斜率)与1.0之间的显著性差异。结果显示,表层土的缩放斜率与1.0无显著差异,但深层土的缩放斜率则远低于1.0。这可能表明土壤有机碳与总氮在表层土中紧密耦合,但在深层土壤环境中表现出解耦现象。(3)表层土壤有机碳受土壤理化性质主导调控,深层土壤有机碳受微生物性质主导调控通过最佳子集回归分析发现,土壤有机碳受土壤理化性质和微生物性质的共同调节,但主导调控因素在表层土与深层土之间差异显著。土壤理化性质和微生物性质分别在表层土和深层土中占主导地位。具体来说,表层土壤有机碳随着土壤总氮、有效磷和真菌丰度的增加而增加。深层土壤有机碳随真菌细菌比、真菌丰度和土壤可溶性有机碳的增加而增加。总之,我们的实验表明,土壤有机碳浓度随着深度增加而显著下降;不同土层土壤有机碳与全氮的化学计量关系不一致;表层土与深层土之间,土壤有机碳的主导调控因素有差异。本研究结果有助于了解土层深度变化对土壤有机碳浓度及其调控因素的影响,并有助于我们在全球变化背景下,对深层土壤碳的管理策略的制定和完善。