毛竹林土壤有机碳分解及其温度敏感性的空间分布特征及影响因素

作     者：陈浈雄 

作者单位：浙江农林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋新章;施曼

授予年度：2024年

学科分类：0907[农学-林学] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：毛竹林 土壤有机碳分解 温度敏感性 微生物 空间分布特征 

摘      要：土壤有机碳分解是二氧化碳（CO2）从陆地生态系统重返大气系统的重要途径,而土壤碳库对于气温升高的敏感程度被定义为有机碳分解的温度敏感性(Q10)。但在全球升温的大背景下,在大尺度的区域范围内,土壤有机碳分解及其Q10的地理空间模式仍未得出统一结论,驱动因素尚不清楚。毛竹（Phyllostachys edulis）作为亚热带常见的竹种资源,亦是碳储量最大的森林类型之一,具有强大的固碳能力。因此,研究毛竹林土壤有机碳分解及其Q10有助于了解全球变暖背景下的毛竹林生态碳汇功能变化,为改进亚热带森林碳循环模型提供有效参考。本研究以中国南方各地典型毛竹林土壤为研究对象,明确毛竹林土壤有机碳分解及其Q10的空间分布特征,同时探究地理气候、土壤环境、土壤碳库、土壤微生物等因素如何影响毛竹林土壤有机碳分解及其Q10,并定量不同影响因素的贡献程度。主要研究结果如下: （1）在水平尺度上中国南方毛竹林土壤有机碳分解速率(RMAT)大致呈现南高北低的特征,RMAT值范围在1.83±0.15～14.19±1.00μg C·g-1soil·day-1之间,而土壤有机碳分解温度敏感性(Q10-MAT)大致呈现北高南低的特征,Q10-MAT值范围在2.61±0.14～4.65±0.14之间。在土壤垂直剖面中RMAT随着土壤深度的增加而减小,而Q10-MAT随着土壤深度的增加而增加。 （2）在外部环境因素中,RMAT随着纬度、土壤p H的增加而降低,随着年均温（MAT）、年均降水（MAP）、土壤含水率、土壤有机碳（SOC）、土壤微生物量碳（MBC）、土壤可溶性有机碳（DOC）、土壤易氧化有机碳（LOC）的增加而增加;Q10-MAT随着纬度、土壤p H的增加而增加,随着MAT、含水率、SOC、MBC、DOC、LOC的增加而降低。在微生物因素中,RMAT与土壤细菌基因丰度（16S）、几丁质降解功能基因（Chi A）、纤维素降解功能基因（cbh I、GH48）丰度成正相关,与细菌群落α多样性、β多样性呈负相关关系;Q10-MAT与16S、Chi A、cbh I、GH48丰度呈负相关。 （3）随机森林分析显示在不同土层中纬度和MAT对RMAT的解释度均最大;在0～20 cm、20～40 cm土层中MAT、纬度对Q10-MAT的解释度最大,而在40～60 cm土层中土壤微生物和土壤碳库的解释度更大。通过VPA模型排除解释变量多重共线性的影响后,土壤碳库和土壤微生物因素是RMAT的贡献度最大,分别为41%、28%;土壤微生物和地理气候因素对Q10-MAT的贡献度最大,分别为45%、27%。随着土壤深度的增加,地理气候对Q10-MAT的影响逐渐减弱,贡献度由42%下降至23%,而土壤微生物对Q10-MAT的影响逐渐增强,贡献度由37%增加至49%。 （4）结构方程模型显示,地理气候格局（经纬度、MAT、MAP）和土壤剖面影响了土壤环境（p H、含水率）以及土壤碳库（SOC、MBC、DOC、LOC）,这些外部环境因素又通过影响土壤微生物（细菌群落组成、多样性、碳降解功能基因）来调控RMAT以及Q10-MAT。在微生物因素中,碳降解功能基因和细菌群落组成对RMAT和Q10-MAT的影响较大,细菌群落多样性对RMAT和Q10-MAT的影响较小。 以上结果表明,中国南方毛竹林土壤有机碳分解及其温度敏感性在水平尺度上和土壤剖面中均具有明显的空间异质性,在探究影响土壤有机碳分解及其Q10的因素时不仅要综合考虑地理气候、土壤环境及碳库等外部因素,更要关注微生物对于土壤有机碳分解过程的调控机制,尤其在深层土壤中细菌群落对于温度的响应要更加强烈,从而可能导致更多的碳损失。了解土壤有机碳分解及其Q10的空间格局及影响因素有助于厘清气候变化与陆地生态系统碳循环的反馈关系,并为区域碳循环模型提供参数化依据,为实现“碳中和目标提供参考。