季节非对称增温对高寒泥炭湿地土壤碳稳定性的影响

作     者：邱景琮 

作者单位：北京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王春梅

授予年度：2022年

学科分类：083001[工学-环境科学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：高寒湿地 季节非对称增温 13C和18O同位素示踪 碳稳定性 微生物 

摘      要：全球变暖可能会影响生态系统碳循环和土壤碳储量,从而对生态系统提供正向或负向反馈。全球变暖存在明显的季节差异性,其中冬季增温幅度最大,尤其是对于高纬度和高海拔地区而言,其气候变化可能会对土壤有机碳分解过程产生不成比例的巨大影响,因此,开展季节非对称性增温对土壤碳稳定性的特异性影响研究十分必要。本文以若尔盖泥炭湿地土壤为研究对象,野外设置开顶箱模拟季节非对称性增温,利用C和O同位素示踪法、C核磁共振和高通量测序分子生物学手段,研究季节非对称性增温对土壤温室气体排放、不同组分碳稳定性和光合碳地上地下分配的影响,并综合微生物群落结构、微生物碳利用效率和土壤酶活性的分析来阐明增温条件下土壤-植物-微生物的互相作用机制。研究结果如下:模拟增温加速了生态系统碳循环。季节非对称性增温和对照相比,植物光合作用固定碳平均增加72.33‰,且更多植物固定的碳将会传递到植物根系和土壤中;植物地上和地下生物量平均增加了7.47%和7.82%,生态系统呼吸平均增加了55.04%,增加幅度与增温幅度正相关,生态系统碳的输入和输出增加,加速了生态系统碳循环。模拟增温虽显著改变土壤总碳含量,但改变了土壤有机碳的稳定性。土壤溶解性有机碳和微生物量碳含量平均增加了3.86%和6.56%。增温使得土壤大团聚体和游离微团聚体碳含量平均分别减少9.25%和11.72%,未团聚的黏粒和粉粒碳含量增加116.79%,土壤碳向更稳定的组分迁移。另外,土壤活性有机碳组分Ⅰ和Ⅱ含量显著下降,惰性有机碳组分含量显著增加。土壤中不稳定的烷氧基碳含量在增温处理下减少,而烷基碳含量增多,影响程度随温度的提升而加大。长期增温将会影响土壤碳稳定性。模拟增温改变了土壤土壤微生物群落结构和微生物的代谢活性。增温处理后,细菌和真菌的物种丰富度和群落多样性提高,且细菌和真菌的优势菌种相对丰度发生了改变,微生物碳利用效率降低,微生物的周转时间增加。另外,与有机碳分解有关的水解酶（纤维二糖水解酶）和氧化酶（过氧化物酶和多酚氧化酶）活性显著增加。总之,增温实验显示加速了生态系统碳循环,且使土壤有机碳趋于稳定。鉴于高寒泥炭湿地巨大的碳储量和微生物驱动碳循环的复杂性,未来对于土壤碳稳定性以及生态系统变化仍需长期观测。