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青藏高寒草地土壤有机碳特征及对模拟增温的响应

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青藏高寒草地土壤有机碳特征及对模拟增温的响应

作者：曹志远吉林农业大学

学位级别：硕士

目前,全球气候变暖已成为全世界科学家共同关注的问题,而气温升高对陆地生态系统碳循环有着重要的影响。青藏高寒草地土壤蕴含着巨大的有机碳库,在全球碳循环中起着重要的作用,因此有必要对青藏高寒草地土壤有机碳特征及对温度升高的响... 详细信息

目前,全球气候变暖已成为全世界科学家共同关注的问题,而气温升高对陆地生态系统碳循环有着重要的影响。青藏高寒草地土壤蕴含着巨大的有机碳库,在全球碳循环中起着重要的作用,因此有必要对青藏高寒草地土壤有机碳特征及对温度升高的响应进行研究。本论文通过设置不同草地类型的水平样带(高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠)、不同海拔高度的垂直样带(4500、4650、4800和4950 m)及模拟增温试验(不增温、冬季增温和全年增温),研究了青藏高寒草地土壤总有机碳、活性有机碳(水溶性有机碳、易氧化有机碳)、腐殖质组分碳(胡敏酸碳、富里酸碳和胡敏素碳)和团聚体碳含量、团聚体稳定性以及胡敏酸(HA)的结构特征,并讨论了它们与环境因素(温度、降雨量及地上部生物量)之间的关系。主要研究结果如下:1、青藏高寒水平样带不同草地类型相比,高寒草甸土壤的总有机碳、活性有机碳、腐殖质组分碳、团聚体碳、大团聚体(2-0.25 mm)及微团聚体(0.25-0.053 mm)比例、团聚体稳定性指标(平均重量直径、几何平均直径、>0.25 mm水稳定团聚体含量、水稳定团聚体所占比例)最高,其次为高寒草原土壤高,而高寒荒漠土壤最低;高寒草原土壤胡敏酸的烷基C、烷氧C和脂族C/芳香C比值最高,其次为高寒草甸土壤,高寒荒漠土壤最低;土壤胡敏酸的芳香C和疏水C/亲水C比值却呈现相反的变化规律。相关分析结果表明:土壤有机碳及其组分含量、大团聚体和微团聚体比例、团聚体稳定性指标与年平均降雨量(MAP)和植物地上生物量(AGB)有显著正相关性。上述结果表明高寒草甸土壤含有更多的有机碳含量,并具有更高的土壤聚合度及团聚体稳定性;高寒草甸土壤胡敏酸的脂族性和疏水性介于高寒草原和高寒荒漠土壤之间;年平均降雨量和植物地上部生物量是影响青藏高寒水平样带不同类型草地土壤有机碳含量和土壤团聚体稳定性的主要环境因素。2、青藏高寒草地垂直样带,随着海拔高度的不断升高,土壤总有机碳、活性有机碳、腐殖质组分碳、团聚体碳含量均呈现逐渐增加的趋势。相关分析结果表明:土壤水溶性有机碳、富里酸碳及腐殖质碳的含量与年平均降雨量和植物地上部生物量之间呈现显著正相关性;而土壤易氧化碳、富里酸碳和腐殖质碳的含量与年平均温度呈现显著负相关性;土壤其他碳组分含量与环境因子(年平均降雨量、年平均温度)和植物地上部生物量之间无显著性差异。3、青藏高寒草地模拟增温试验结果表明:与不增温处理相比,冬季增温处理土壤水溶性有机碳含量、土壤团聚体的平均重量直径和几何平均直径显著增加,而0.25-0.053 mm团聚体比例显著降低;全年增温处理土壤水溶性有机碳含量和土壤团聚体的平均重量直径和几何平均直径显著降低。上述结果说明,与不增温相比,冬季增温显著提高土壤水溶性有机碳含量,同时增加了土壤团聚体稳定性;与冬季增温处理相比,全年增温降低了土壤团聚体稳定性。

关键词：青藏高寒草地土壤有机碳土壤有机碳组分土壤团聚体 13C核磁共振

施加生物炭后土壤有机碳的变化及基于高光谱的总有机碳预测模型研究

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施加生物炭后土壤有机碳的变化及基于高光谱的总有机碳预测模型研...

作者：朱建伟浙江师范大学

学位级别：硕士

土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)是影响土壤肥力的最重要因素之一。生物炭由于具有高度芳香化碳结构和发达孔隙结构等特性,可以作为一种土壤改良剂,提高土壤有机碳含量,改善土壤物理结构,近些年成为土壤学及农业环境领域研究的热... 详细信息

土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)是影响土壤肥力的最重要因素之一。生物炭由于具有高度芳香化碳结构和发达孔隙结构等特性,可以作为一种土壤改良剂,提高土壤有机碳含量,改善土壤物理结构,近些年成为土壤学及农业环境领域研究的热点。土壤有机碳含量的快速准确测定是生物炭农学及土壤环境效应研究的重要基础。本研究基于浙江省农业科学院杨渡基地的两个长期定位实验“生物炭施用量对稻田土壤有机碳的影响”(试验一)和“不同施肥处理对稻田土壤质量及作物生产力的影响”(试验二),探究施加生物炭对土壤有机碳组分含量的影响。以室内条件测定长期施用生物炭后不同处理土壤样品的光谱特征及其变化趋势,通过比较不同光谱预处理方法、样本选择方法、3种模型和4种特征波段选择方法分别建立施用生物炭后土壤总有机碳(Total organic carbon,TOC)预测模型,并对各模型的预测效果进行对比分析。主要研究结果如下:(1)不同生物炭施用量对土壤有机碳的影响试验结果表明,油菜中高量处理均显著增加了TOC含量,但是水稻季的增长趋势较油菜季明显较少,且不同施用量处理之间并无显著性差异。生物炭显著增加了土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)的含量,中施用量生物炭处理下土壤DOC含量最高,较对照增加了111.48%。油菜季生物炭显著增加了土壤易氧化有机碳(Readily Oxidized Organic Carbon,ROOC)的含量,并且中高施用量处理之间无显著性差异。油菜季和水稻季的土壤微生物生物量碳(Microbial Biomass Carbon,MBC)含量最大值均出现在中施用量处理下。当施用量较高时,生物炭对土壤轻组有机碳(Light Fraction Organic Carbon,LFOC)占比有显著影响,且油菜季中土壤LFOC比例明显高于水稻季。通过比较不同预处理方法、建模样本选择方法、建模方法以及特征波段提取算法,建立了生物炭施用量处理下土壤TOC的优化模型,表明以SG卷积平滑与多元散射校正(Multiplication Scatter Correction,MSC)组合的预处理方法,KS(Kennard-Stone)样本选择方法,连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)特征波段算法建立的遗传算法-支持向量机(Genetic Algorithm-Support vector machine,GA-SVM)模型最优,适合进行TOC的快速预测。(2)不同施肥处理对土壤有机碳的影响试验结果表明,在油菜季生物炭显著增加了土壤TOC含量,且TOC含量的最大值出现在生物炭处理中,较对照增加了36.21%。在油菜季,秸秆还田和生物炭处理均显著增加了土壤DOC含量,生物炭处理下土壤DOC含量最大,生物炭处理与对照、生物炭减量施肥处理之间均有显著性差异,表明减量施肥情况下,可降低生物炭对土壤DOC的作用。而在水稻季与油菜季有所不同,秸秆还田、生物炭和生物炭减量施肥之间并无显著性差异。水稻季在施用生物炭条件下,减量施肥和常规施肥处理之间有显著性差异,表明减量施肥可能会降低生物炭对土壤ROOC的作用。油菜季秸秆还田处理下土壤MBC最大,较对照增加了23.62%,水稻季仅增加7.30%。两季作物条件下减量施肥和常规施肥之间均无显著性差异。油菜季秸秆还田和生物炭处理均显著增加了土壤LFOC的比例。通过比较不同预处理方法、建模样本选择方法、建模方法以及特征波段提取算法,建立了不同施肥处理下土壤TOC的优化模型,表明以SG卷积平滑预处理方法,SPXY(Sample set Partitioning based on joint x-y distances)样本选择方法,SPA特征波段算法建立的偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)模型最优,适合进行TOC的快速预测。

关键词：生物炭土壤有机碳组分总有机碳高光谱预测模型

麦棉周年连续秸秆还田对土壤有机碳固定和饱和的影响

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麦棉周年连续秸秆还田对土壤有机碳固定和饱和的影响

作者：方国文南京农业大学

学位级别：硕士

农田土壤有机碳的积累对于土壤肥力、粮食安全以及生态功能变化具有重要意义。研究证明作物秸秆直接还田可以显著提高土壤有机碳固存,增加土壤碳汇能力,进入2000年以后已在我国农田土壤固碳中占据主导地位,是我国农业可持续发展的重要... 详细信息

农田土壤有机碳的积累对于土壤肥力、粮食安全以及生态功能变化具有重要意义。研究证明作物秸秆直接还田可以显著提高土壤有机碳固存,增加土壤碳汇能力,进入2000年以后已在我国农田土壤固碳中占据主导地位,是我国农业可持续发展的重要措施之一。然而,多熟制地区秸秆长期大量还田可能存在土壤有机碳不稳定性和碳饱和现象,影响土壤固碳减排潜力,其有关特征尚未明确。本研究于2020年在江苏省南京市江苏省农业科学院试验站和江苏省盐城市大丰区稻麦原种场两个麦棉周年秸秆还田长期(始于2011年)定位试验田进行。在氮磷肥统一施用条件下,试验在棉花季设置小麦秸秆全量还田、半量还田和不还田3个水平(W2、W1、W0),在小麦季设置棉花秸秆全量还田、半量还田和不还田3个水平(C2、C1、C0),组合形成9个周年秸秆还田处理,以施钾肥但秸秆不还田的处理(K150,150 kg KO hm)和既不施钾肥也无秸秆的处理(CK)为对照。通过调查两种土壤类型不同土层的土壤团聚体分布与稳定性及容重等物理性质,土壤总有机碳含量、不同团聚体粒级与活性有机碳组分含量,分析土壤有机碳与团聚体分布、有机碳组分之间的关系,探讨秸秆还田对土壤有机碳固定与饱和的影响,旨在为合理有效推广秸秆还田技术,促进农业可持续发展提供科学依据。主要结果如下:(1)连续多年秸秆还田处理显著增加南京和大丰两试点0-10 cm和10-20cm土层土壤含水量和土壤孔隙度,降低土壤容重,进而显著影响土壤团聚体分布和稳定性。对于南京与大丰两试点表层土壤(0-10 cm),秸秆还田显著增加土壤微团聚体与粘粉粒态团聚体质量比重,降低大团聚体比重;而大丰试点10-20cm土层与之表现相反,秸秆还田显著降低土壤微团聚体和粘粉粒态团聚体的比重,增加大团聚体的比重。两试点表层土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和粒径>0.250 mm团聚体分布参数(R)随秸秆还田量的增加呈现下降趋势,表明表层土壤团聚体稳定性降低。各秸秆还田处理之间比较,麦棉两季秸秆还田影响效果大于单季秸秆还田,全量秸秆还田大于半量还田,小麦秸秆大于棉花秸秆,K150处理与CK处理差异不显著。(2)连续多年秸秆还田显著增加0-10 cm和10-20 cm土壤总有机碳、不同团聚体粒级有机碳、不同活性态有机碳含量,且均随秸秆还田量的增加而增加,以麦棉两季秸秆全量还田提高效果最为显著。有机碳含量增幅表现为土壤大团聚体有机碳>微团聚体有机碳>粘粉粒有机碳含量;易氧化有机碳>微生物量碳与轻组有机碳>可溶性有机碳与重组有机碳。钾肥处理对部分有机碳组分含量有显著影响,但对总有机碳没有影响。两试点土壤总有机碳与粘粉粒态有机碳和大团聚体态有机碳之间相关性特征存在一定差异,土壤微团聚体态有机碳则表现为线性相关关系,两试点规律一致。(3)连续多年秸秆还田处理显著增加南京与大丰两试点0-10 cm和10-20cm土壤总有机碳密度与土壤碳饱和度,对20-40 cm土层无显著影响。土壤团聚体密度占总有机碳密度的占比在0-10 cm土层表现为大团聚体有机碳密度占比随着秸秆还田量的增加而减少;与CK相比,施钾处理对土壤不同土层土壤总有机碳密度、碳饱和度、碳饱和速率的变化以及土壤团聚体对有机碳的贡献率均没有显著影响。在南京试点0-10 cm土层中,土壤粘粉粒态有机碳库已经达到饱和甚至过饱和的状态,而大丰试点,此部分土壤有机碳在秸秆还田处理下接近碳饱和状态。

关键词：土壤团聚体土壤有机碳组分土壤碳饱和秸秆还田麦棉两熟

不同增温方式对亚热带杉木幼林土壤有机碳-微生物的影响

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不同增温方式对亚热带杉木幼林土壤有机碳-微生物的影响

作者：张鹏飞福建师范大学

学位级别：硕士

全球气候变化背景下,研究土壤碳库的储量变化及其稳定性,是当前气候变化研究的热点。温度是对土壤碳循环过程影响较大的环境因子,也是未来气候变化的一个显著特征。研究发现土壤碳库对变暖的响应具有很大的不确定性,这种不确定性很大程... 详细信息

全球气候变化背景下,研究土壤碳库的储量变化及其稳定性,是当前气候变化研究的热点。温度是对土壤碳循环过程影响较大的环境因子,也是未来气候变化的一个显著特征。研究发现土壤碳库对变暖的响应具有很大的不确定性,这种不确定性很大程度上是由于土壤微生物对温度的响应不一致造成的。如温度升高引起土壤碳输入量增加的同时,亦能提高土壤/异养呼吸,呼吸强度增加引起的土壤碳库损失部分可以抵消由于温度升高造成的土壤碳输入量的增加,因此围绕气候变暖后土壤有机碳库的变化及土壤微生物的反馈响应成为当前研究的焦点。当前关于气候变暖对土壤碳库的影响已开展了大量的野外增温模拟实验。然而不同增温方式可能导致实验结果存在较大差异,因而开展不同增温方式(电缆增温+4℃、开顶箱增温+4℃和开顶箱-电缆联合增温+4℃)对土壤碳库影响的对比研究,对于消除相关研究的不确定性具有重要参考价值。本研究通过在湿润亚热带森林地区设置三种不同的野外增温控制实验,重点探讨增温对杉木幼林土壤有机碳及微生物的影响,以期为深入认识全球气候变暖背景下亚热带森林生态系统土壤碳动态及微生物响应机制提供基础数据和科学支撑。结果表明:(1)、增温处理使土壤呼吸增加了8.99%-31.9%,使异养呼吸增加了10.99%-38.09%。电缆增温处理、开顶箱增温处理和开顶箱-电缆联合增温处理使土壤呼吸年平均速率分别提高了20.63%、8.99%和31.9%,使异养呼吸年平均速率分别增加了21.13%、10.99%和38.09%。相关性分析发现,土壤温度可以解释土壤呼吸季节变化的72%-77%,可以解释异养呼吸季节变化的64%-73%,而土壤湿度季节变化与本研究中土壤呼吸、异养呼吸的相关性均不显著(P>0.05)。增温处理降低了土壤呼吸和异养呼吸的Q值:对照处理中土壤呼吸、异养呼吸的Q值分别为1.35和1.65,电缆增温处理、开顶箱增温处理和开顶箱-电缆联合增温处理之后,土壤呼吸的Q值分别为1.22、1.22和1.11,异养呼吸的Q值变为1.49、1.49和1.35。(2)、三种增温处理对样地各土层革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌、丛枝菌根真菌、真菌五种微生物磷脂防酸生物量均有不同程度的减少作用,三种增温处理均提高了各土层中革兰氏阳性菌的相对丰度,而降低了革兰氏阴性菌、放线菌、丛枝菌根真菌、真菌的相对丰度。土壤微生物群落结构的RDA分析发现,在各土层中对照样方、不同增温处理样方明显分开,说明不同增温处理均使各土层土壤微生物群落结构发生明显变化。0-10 cm土层中土壤总有机碳、可溶性有机碳含量与微生物群落结构显著正相关,在10-20 cm土层中可溶性有机碳、可溶性有机氮含量与微生物群落结构显著正相关,在20-40cm土层中土壤含水率和可溶性有机碳含量与微生物群落结构显著正相关。电缆增温、开顶箱增温和联合增温处理对各土层葡萄糖苷酶、纤维素水解酶活性具有一定程度的抑制作用,只有联合增温处理使这种抑制作用达到了显著水平(P土壤增温、大气增温和联合增温处理均显著提高了样地各土层中过氧化物酶、亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶的活性(P土壤酶活性的环境因子进行冗余分析发现,硝态氮是驱动各土层土壤酶活性变化的共同因子。p H与0-10cm土层土壤酶活性显著正相关,在10-20cm土层中土壤总有机碳含量亦与土壤酶活性显著正相关,在20-40cm土层中铵态氮含量亦与土壤酶活性显著正相关。(3)、增温处理使土壤颗粒有机碳整体上减少了10.31%-35.4%,增温处理使土壤矿物结合有机碳整体上减少了6.42%-16.01%,这表明土壤颗粒有机碳含量对增温的响应更加敏感。本研究中不同增温处理对稳定结合态有机碳和钙结合态有机碳含量的影响并不显著,而显著降低了土壤中铁铝结合态有机碳的含量,这表明增温处理使矿物结合有机碳含量减少主要是由铁铝结合态有机碳含量减少造成的。

关键词：增温方式土壤呼吸/异养呼吸土壤有机碳组分微生物群落结构土壤酶活性

黔中喀斯特小流域土壤有机碳的空间特征及储量估算

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黔中喀斯特小流域土壤有机碳的空间特征及储量估算

作者：孙沙沙贵州大学

学位级别：硕士

土壤有机碳库作为陆地生态系统中最大的碳库,其对全球气候变化和人类生存环境有着非常重要的影响,但喀斯特地区由于比较特殊的地质地貌特征以及复杂的地形背景,土壤及其有机碳含量表现出了较强的空间异质性。本文以黔中喀斯特小流域的... 详细信息

土壤有机碳库作为陆地生态系统中最大的碳库,其对全球气候变化和人类生存环境有着非常重要的影响,但喀斯特地区由于比较特殊的地质地貌特征以及复杂的地形背景,土壤及其有机碳含量表现出了较强的空间异质性。本文以黔中喀斯特小流域的土壤为研究对象,通过野外调查和室内分析,对该地区表层(0-20cm)土壤以及部分剖面土壤的总有机碳和活性有机碳进行分析测定,通过传统统计和ArcGIS软件中地统计相结合的手段对其进行空间分布特征研究,同时测定土壤自然含水量和容重,利用其容重对土壤有机碳密度进行计算,再对土壤有机碳储量作出估算,采用土壤有机碳物理-化学联合分组方法,对黔中喀斯特小流域不同土地利用方式下土壤有机碳进行分组并测定不同组分土壤有机碳含量。本研究通过对土壤样品所测实验数据进行分析,获得的主要结果如下:(1)流域内土壤总有机碳和活性有机碳表现出含量高、变异性弱的特征。土壤总有机碳平均含量为31.13g/kg,变化范围为1.34-191.13g/kg,活性有机碳平均含量为18.00g/kg,变幅为0.53-188.29g/kg,总有机碳和活性有机碳含量变异系数分别为3%和5%,均呈较弱强度变异,整个小流域内土壤总有机碳和活性有机碳含量都处于一个较高水平,92.8%以上的样点土壤总有机碳含量高于31.28g/kg,91.3%的土壤活性有机碳含量高于15.98g/kg。(2)流域内土壤总有机碳和活性有机碳平均含量随土壤剖面层次的加深而减少,表聚性非常明显。0-20cm、20-40cm两层剖面土层内土壤总有机碳和活性有机碳含量随着土壤层次的逐渐加深其二者含量递减较快,40cm往下的土层其二者含量减小范围逐渐变小并且最后在某个值周围趋于稳定状态,表层(0-20cm)土壤总有机碳和活性有机碳含量最大,分别为34.65g/kg和13.32g/kg。(3)地统分析表明土壤总有机碳和活性有机碳为中等程度的自相关性,其块金系数分别为33.37%和48.55%,总有机碳的空间相关尺度为389.32m,活性有机碳的空间相关尺度为319.86m。通过空间分布得出土壤总有机碳和活性有机碳含量呈破碎斑块状分布格局,其分布状况基本与小流域植被种植类型以及起伏多变的地形特征相吻合,在分布图上除少数明显的低值区外,其余土壤总有机碳和活性有机碳含量分布区斑块破碎严重,轮廓分明,高值区和低值区相互交错分布。(4)利用物理-化学联合分组方法得到十二种有机碳组分,三种土地利用方式下这几种土壤有机碳组分含量大小趋势基本相同,并且各有机碳组分之间差异较大,主要表现为:非保护粗颗粒有机碳含量最大,非酸解粉粒和粘粒含量最小,同一土地利用方式下不同组分有机碳含量90%差异显著(P>0.05),三种不同土地利用方式下同一组分有机碳含量98%差异显著,随着分组步骤的进一步进行,所得组分大部分土壤有机碳含量也逐渐减小。(5)小流域内土壤平均有机碳密度为6.45kg/m,稻田、林地、荒草地土壤平均有机碳密度分别为6.44kg/m、7.03kg/m、6.31g/m,土壤平均有机碳储量为644.99kg/m,稻田、林地、荒草地土壤平均有机碳储量分别为644.20kg/m、703.09kg/m、631.24kg/m。由此可以看出土壤有机碳密度和土壤有机碳储量成正相关关系。

关键词：喀斯特土壤有机碳含量土壤有机碳组分碳储量空间特征

中亚热带戴云山不同海拔黄山松林土壤有机碳和微生物特性的变化

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中亚热带戴云山不同海拔黄山松林土壤有机碳和微生物特性的变化

作者：赵盼盼福建师范大学

学位级别：硕士

土壤是地球系统中活跃的最大碳库,森林碳库作为土壤碳库的重要组成部分,其微小变化将对气候变暖产生强烈的反馈效应。不同海拔土壤有机碳(SOC)已展开较多研究,其中微生物是影响SOC变化的重要因素,然而当前研究主要集中在海拔对单一土壤... 详细信息

土壤是地球系统中活跃的最大碳库,森林碳库作为土壤碳库的重要组成部分,其微小变化将对气候变暖产生强烈的反馈效应。不同海拔土壤有机碳(SOC)已展开较多研究,其中微生物是影响SOC变化的重要因素,然而当前研究主要集中在海拔对单一土壤碳库或者单一对微生物群落的影响,微生物是如何具体影响碳库的变化仍未知。黄山松(Pinus taiwanensis),中国特有树种。戴云山脉是我国最大的黄山松遗传基地。目前发现高海拔黄山松植株矮小影响到凋落物的归还,可能会改变了土壤有机质的输入过程。因此,本研究以中亚热带戴云山的3个海拔(1300m(L)、1450m(M)、1600m(H))的黄山松林为研究对象,研究SOC和微生物特性对海拔梯度的响应。主要得到以下结果:a.不同海拔SOC组分含量和部分理化性质均存在显著差异,其中土壤含水量,总氮、总磷、硝态氮(NO-N)、碳/氮(C/N)和活性炭(LPI-C)、慢性碳(LPII-C)、惰性碳(RP-C)均随海拔升高显著下降。高海拔植被生长状况差导致凋落物归还减小,养分缺乏。与低海拔相比,高海拔LPI-C的比例显著增加,而RP-C的比例显著下降。研究表明海拔越高,土壤有机碳越不稳定,更多的RP-C被分解LPI-C,维持高海拔养分周转。b.除A层微生物生物量碳(MBC)外,土壤中MBC、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)的含量均随海拔升高呈显著下降。不同海拔梯度对A层土壤的酶活性影响显著,对B层土壤的酶活性影响整体较小。随海拔升高A层土壤中β-葡糖苷酶(βG),纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)活性显著下降,而酸性磷酸酶(ACP)酶活性显著增加。本地区是磷限制地区,随海拔升高,磷素含量显著下降,缺磷现象加剧,MBP常作为磷的一种有效库,具有决定作用,可以对土壤中的有效磷进行补充,因此MBP是决定本地区酶活性的关键因子。c.不同海拔门分类水平上土壤优势细菌和真菌群落组成一致。细菌主要是由Proteobacteria,Acidobacteria,Chloroflexi,Actinobacteria构成,真菌主要是由Basidiomycota,Ascomycota,Zygomycota,Chytridiomycota构成。不同海拔对细菌和真菌的Alpha多样性均无显著影响,但低海拔细菌的Beta多样性显著高于中和高海拔。另外不同海拔细菌微生物功能也存在显著差异。低海拔脂质,维生素等营养物质及能量代谢增加,降解活性碳的功能丰度增加,微生物合成功能蛋白增加。而高海拔多种氨基酸,柠檬酸代谢较强。d.不同海拔影响土壤微生物群落结构和功能变化的主要环境因子都是土壤有效养分含量。不同海拔影响细菌结构的主要影响因子是MBP和C/N,不同海拔影响真菌结构的主要影响因子是可溶性有机氮(DON),影响微生物功能的主要影响因子是MBN和C/N,影响土壤微生物功能的主要是氮素。优势物种Proteobacteria,微生物群落功能(NAG酶)和代谢(合成蛋白质功能)均影响了氮的转化,使C/N发生变化,高海拔C/N低会加速微生物对底物的分解速度,因此C/N是不同海拔影响SOC组分的主要因子。

关键词：土壤有机碳组分海拔梯度微生物 16S rDNA和ITS测序 PICRUSt基因功能预测

针阔人工混交林及其纯林对土壤微生物碳循环功能基因丰度的影响

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生态环境学报 2023年第10期32卷 1719-1731页

作者：秦佳琪肖指柔明安刚朱豪滕金倩梁泽丽陶怡覃林广西大学林学院/广西森林生态与保育重点实验室广西南宁530004 中国林业科学研究院热带林业实验中心广西凭祥532600 广西友谊关森林生态系统定位观测研究站广西凭祥532600 崇左凭祥友谊关森林生态系统广西野外科学观测站广西凭祥532600

探究土壤微生物碳循环功能基因丰度对深刻理解土壤碳循环机制具有重要作用,然而土壤微生物碳循环功能基因丰度对不同人工林类型的响应特征尚不清楚。以南亚热带马尾松(Pinus massoniana)-格木(Erythrophleum fordii)人工混交林及其纯林... 详细信息

探究土壤微生物碳循环功能基因丰度对深刻理解土壤碳循环机制具有重要作用,然而土壤微生物碳循环功能基因丰度对不同人工林类型的响应特征尚不清楚。以南亚热带马尾松(Pinus massoniana)-格木(Erythrophleum fordii)人工混交林及其纯林为研究对象,基于林地不同土层(0-20、20-40、40-60 cm)土壤样品的宏基因组测序数据以及土壤理化性质和有机碳组分,解析不同林分不同土层间土壤微生物碳循环(碳固定、碳降解和甲烷代谢)功能基因丰度的差异特征及其主导的土壤环境因子。结果表明:马尾松林土壤微生物碳固定功能基因(rcbL、MUT和PCCA)丰度显著高于其他2个林分,这与其土壤总磷(TP)含量较高且微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)和惰性有机碳(ROC)含量显著较低的影响有关;土壤微生物碳降解功能基因(MAN2C1和bglB)丰度在马尾松林中显著高于混交林(P土壤有机碳(SOC)、MBC、可溶性有机碳(DOC)、EOC和ROC含量低的显著影响;马尾松林甲烷代谢功能基因(pmo A-amo A、pmoB-amo B和pmoC-amo C)丰度显著最高,这与土壤SOC、MBC、DOC、EOC和ROC的显著负作用有关。另外,3个人工林土壤微生物碳循环功能基因丰度基本随土壤深度增加而增加,主要与土壤SOC、C/N、MBC、DOC、EOC和ROC含量随土壤深度加深而降低密切相关。总之,马尾松林土壤微生物具有较高碳循环潜力,但3个林分土壤微生物碳循环潜力均随土壤深度增加而增强,土壤有机碳组分是主导3个人工林土壤微生物碳循环功能基因丰度差异的重要因素。

关键词：土壤微生物碳循环功能基因土壤有机碳组分宏基因组测序人工林南亚热带

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杨树人工林林下植被对土壤有机碳动态的影响

杨树人工林林下植被对土壤有机碳动态的影响

作者：鄂晓伟南京林业大学

学位级别：硕士

杨树人工林长期的单一树种多代连作容易导致地力衰退,影响其可持续经营,而土壤有机质在改善土壤理化性质和维持土壤肥力方面有着不可替代的作用。在杨树人工林生态系统中,土壤有机质主要来源于杨树及林下植被凋落物的归还和分解。为了... 详细信息

杨树人工林长期的单一树种多代连作容易导致地力衰退,影响其可持续经营,而土壤有机质在改善土壤理化性质和维持土壤肥力方面有着不可替代的作用。在杨树人工林生态系统中,土壤有机质主要来源于杨树及林下植被凋落物的归还和分解。为了减少林下植被与杨树之间的养分和水分竞争,传统的杨树人工林经营多进行林下植被的控制和去除。近年来,随着对林下植被在养分循环和生态系统稳定性中所起作用的认识,保留和科学管理林下植被在杨树人工林可持续经营中变得越来越重要。杨树人工林林下植被种类与多样性的不同,会造成凋落物分解过程产生差异,进而对土壤有机碳库产生影响。在土壤有机碳库中,活性有机碳组分通常在短时间内就能响应环境的变化,自然因素和人为因素也往往先引起土壤中的活性有机碳组分的变化,进而影响到土壤碳素的积累,因此,土壤活性有机碳库组分的变化可以作为土壤质量变化的敏感性指标,在土壤养分循环中也发挥着重要作用。而土壤慢性和惰性有机碳库相对比较稳定,对土壤有机碳的积累和土壤结构的形成起着重要作用。本论文以杨树人工幼林为对象,通过设置样地,并采用人工控制的手段调整林下植被的种类和多样性,研究不同林下植被管理对土壤有机碳库和活性有机碳组分的影响;同时采用室内培养的方式研究不同种类和多样性的林下植被凋落物与杨树凋落叶的混合分解过程中土壤有机碳组分的变化。野外原位试验研究结果表明,经过一年的林下植被管理,林下植被对土壤有机碳库的影响主要表现在土壤表层(0～5cm)。落叶期清除林下植被的林分0～5cm土层有机碳含量相比展叶盛期降低了10.82%,而保留自然植被林分降低了3.71%。保留自然林下植被处理的林分0～5cm土层的土壤活性有机碳含量是清除林下植被林分的1.3倍;水溶性有机碳、微生物生物量碳和易氧化有机碳含量则分别是清除林下植被林分的1.58倍、1.34倍和1.25倍。清除林下植被的林分土壤β-葡萄糖苷酶活性在林分生长的各个时期均低于保留自然林下植被的林分土壤;在展叶盛期和快速生长期(8月)林分0～5cm土层,土壤多酚氧化酶活性低于保留自然林下植被的林分。与保留一种主要林下植被(稗草)相比,落叶期种植固氮植物的林分0～5cm和5～10cm土层的土壤活性有机碳含量分别高出保留一种主要林下植被林分19.12%和21.64%,种植固氮植物的林分0～5cm土层土壤表现出较高的水溶性有机碳含量和微生物生物量碳含量。种植固氮植物与保留一种主要林下植被的林分土壤β葡萄糖苷酶和多酚氧化酶活性在不同生长期无差异。保留单一林下植被与保留多样化的林下植被相比,保留多样化的自然林下植被的林分0～5cm土层土壤活性有机碳的含量在落叶期是保留一种主要林下植被林分的1.12倍;水溶性有机碳含量、微生物生物碳含量和易氧化有机碳含量在展叶盛期则分别是保留一种主要林下植被林分的1.23倍、1.28倍和1.55倍。保留自然林下植被的林分0～5cm土层土壤β-葡萄糖苷酶活性和多酚氧化酶的活性在杨树快速生长期均高于保留一种主要林下植被的林分。添加不同林下植物凋落物与杨树叶进行混合分解显著影响其分解过程。凋落物分解95%所用时间长短为杨树叶-多样化自然植被组合处理(2.95年)碳、可溶性糖、淀粉、纤维素和木质素总量失重率、以及土壤活性有机碳及其各组分的含量均高于杨树叶处理;而与杨树叶-稗草组合分解相比,杨树叶-苜蓿组合的凋落物残余物在总碳、可溶性糖、淀粉和木质素失重率以及土壤中的活性有机碳及其组分含量均较高。添加单一植物与添加多样化植物与杨树叶混合分解之间相比,添加多样化的自然植被处理的凋落物残留物全碳、可溶性糖、淀粉、纤维素和木质素总量失重率和土壤活性有机碳及其组分含量也均高于添加一种主要林下植被凋落物处理。凋落物分解过程中的部分时期,植物和土壤中的β-葡萄糖苷酶活性和多酚氧化酶的活性均表现为杨树叶-自然植被>杨树叶、杨树叶-苜蓿>杨树叶-稗草和杨树叶-自然植被>杨树叶-稗草。凋落物分解过程中土壤呼吸累计排放量大小顺序为杨树叶-稗草>杨树叶-苜蓿>杨树叶-自然植被>杨树叶>对照。由此可见,去除林下植被后,林分土壤的活性有机碳含量、微生物活性和碳转化相关酶活性均会降低。林下植被种类不同的林分中,种植固氮植物处理林分凋落物分解速率和养分释放量较高,有利于土壤活性有机碳的补充,维护土壤有机碳库的稳定。保留多样化的林下植被处理的林分相比保留一种主要林下植被处理,凋落物分解速率和碳释放量较高,土壤呼吸累计排放量较低,更有利于土壤有机碳库的减排与积累。

关键词：杨树人工林林下植被管理土壤有机碳组分凋落物混合分解土壤呼吸

黄河口湿地不同植被类型条件下土壤有机碳分布及真菌群落结构特征

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黄河口湿地不同植被类型条件下土壤有机碳分布及真菌群落结构特征

作者：郭雨桐北京林业大学

学位级别：硕士

近年来,全球气候变暖等问题不断加剧,使得碳循环成为众多学者研究的热点问题。湿地作为三大生态系统之一,其土壤中碳的动态变化对全球碳循环有重要指示作用。土壤微生物是碳循环过程的驱动因素之一,而土壤真菌作为土壤微生物群落中的关... 详细信息

近年来,全球气候变暖等问题不断加剧,使得碳循环成为众多学者研究的热点问题。湿地作为三大生态系统之一,其土壤中碳的动态变化对全球碳循环有重要指示作用。土壤微生物是碳循环过程的驱动因素之一,而土壤真菌作为土壤微生物群落中的关键功能类群,对土壤有机碳的影响也日益受到关注。为了解植被类型对湿地土壤有机碳分布特征及真菌群落结构的影响,明晰土壤有机碳与土壤真菌群落间的相关关系,本研究以黄河口湿地为研究对象,利用实验生态学及分子生物学方法探究该区域4种不同植被条件下(芦苇、柽柳、盐地碱蓬及裸地)土壤总有机碳及活性有机碳的分布特征,研究不同植被群落中土壤微生物量及真菌群落结构特征,分析土壤真菌与土壤有机碳含量及分布的关系。结果表明:不同植被类型土壤中总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)和微生物量碳(MBC)含量存在显著差异,4种植被类型中芦苇群落土壤中各组分有机碳含量最高,裸地土壤中各组分有机碳含量最低;除土壤溶解性有机碳外,其余各组分有机碳含量随土壤深度的增加呈降低趋势,这与土壤表层枯落物输入及植物根系的分布有关;各样点测序共检测到66门、118纲、154目、183科、226属、305种真菌,共813个OTU序列。不同植被条件下土壤真菌群落结构存在显著差异,盐地碱蓬群落土壤真菌Alpha多样性指数显著高于其它植被群落;土壤微生物量碳氮含量与土壤各组分有机碳含量显著正相关,说明土壤微生物与土壤有机碳积累间存在正向反馈机制;除子囊菌门和担子菌门等优势真菌种群外,隐真菌门及Preaxostyla纲真菌也对土壤有机碳的积累与矿化有重要影响,本研究结果对于探究黄河口湿地土壤碳-植被-微生物作用机制具有重要意义。

关键词：植被类型土壤有机碳组分土壤真菌群落结构黄河口湿地