干湿交替循环对黄土高原退耕还林的土壤微生物碳利用效率（CUE）的影响

作     者：胡沛瑶 

作者单位：东北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白娥（Edith Bai）

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：土壤碳 微生物碳利用效率 干湿交替循环 植被恢复 

摘      要：陆地生态系统在气候反馈中发挥着重要作用,陆地生态系统中的植被和土壤会储存大量碳,从而成为全球重要的碳汇。土壤圈连接着大气圈、水圈和岩石圈,并且其他几个圈层进行物质交换和能量流动,而土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库。微生物碳利用效率（CUE）是一个衡量微生物活动的指标,进而也衡量土壤固碳的能力。气候变化引发天气极端事件,导致暴雨和干旱频发,并对生态系统碳（C）、氮（N）、磷（P）循环产生影响。暴雨和干旱会导致土壤的水分发生变化,土壤缓慢干燥和再湿润的过程称为土壤干湿交替循环。土壤干湿交替循环会影响土壤的物理性质、化学性质和微生物活动。本研究在黄土高原实施退耕还林生态工程的地区采集不同退耕还林年限（0年、16年、40年）的农田生态系统和森林生态系统的土壤进行室内实验,模拟干湿交替循环,设置两个干湿交替循环的强度（高强度:100%WHC-20%WHC、低强度:60%WHC-20%WHC）和四个干湿交替循环的次数（1-4次）。采用O同位素标记水的方法测定微生物碳利用效率,探究干湿交替循环如何改变微生物碳利用效率、微生物呼吸速率、微生物生长速率。本研究得到以下结论:（1）干湿交替循环是一种胁迫,会导致微生物碳利用效率降低。从呼吸速率和生长速率来看,干湿交替循环导致微生物呼吸速率升高,微生物生长速率降低。这说明土壤微生物在面临干湿交替这种胁迫时,将自身吸收的有机物更多的用于呼吸代谢而非生长代谢。（2）干湿交替循环强度和次数显著影响了土壤微生物碳利用效率,高强度的干湿交替循环的微生物碳利用效率比低强度大;而随着干湿交替循环次数增加,微生物碳利用效率逐渐增大。（3）湿度是影响微生物碳利用效率的重要因素。随着土壤湿度增大,微生物碳利用效率先增大后减小,最大值出现在20%WHC-40%WHC之间。（4）退耕还林越久的土壤,微生物碳利用效率越大,固碳能力越强。同时面对干湿交替胁迫,退耕还林年限越久的土壤受到的干扰越小。综上所述,土壤水分含量和水分变化会通过微生物量、微生物活性、微生物呼吸速率和微生物生长速率来改变土壤微生物的生理过程,干湿交替循环这种干扰胁迫会显著降低微生物碳利用效率。其中干湿交替循环强度通过胁迫程度、微生物量变化来影响微生物碳利用效率,干湿交替次数通过微生物群落构成、微生物生存策略来影响微生物碳利用效率。而不同退耕还林年限的土壤面对干湿交替胁迫,他们的固碳能力不同,说明了植被恢复对于土壤碳留存有一定效果。该研究阐述了干湿交替循环对微生物碳利用效率的作用机制和内在机理,对于深入理解黄土高原地区退耕还林的土壤中碳变化提供依据。