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葡萄糖添加量及碳同位素丰度对土壤有机碳分解激发效应的影响

葡萄糖添加量及碳同位素丰度对土壤有机碳分解激发效应的影响

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作者：杜诗语辽宁师范大学

学位级别：硕士

土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库。微生物的土壤有机碳分解过程产生了陆地生态系统最大的碳通量。研究表明植物碳输入引起了微生物分解活性加快,导致土壤有机碳分解加速,即所谓的激发效应(priming effect)。森林土壤和农田土壤是面... 详细信息

土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库。微生物的土壤有机碳分解过程产生了陆地生态系统最大的碳通量。研究表明植物碳输入引起了微生物分解活性加快,导致土壤有机碳分解加速,即所谓的激发效应(priming effect)。森林土壤和农田土壤是面积较大的两种土壤类型,二者在植物碳输入方式上有显著不同。因此,森林和农田土壤有机碳分解激发效应研究有助于精确评估激发效应对全球碳排放的贡献。激发效应研究通常通过碳(如葡萄糖)添加并借助碳同位素标记技术(C labeling approach)开展。以往研究表明激发效应受到碳输入量的影响,调控机制包括“微生物活化”、“底物优先利用”、“库替代”等。由于同位素重量差异,微生物新陈代谢过程通常选择性利用轻组同位素,即所谓的“同位素歧视效应(isotopic discrimination effect)”。然而,碳同位素标记丰度对激发效应影响的理解仍然十分模糊。因此,本研究通过葡萄糖添加室内培养实验,考察碳标记丰度和添加量对森林和农田土壤有机碳分解激发效应的影响。结果如下。森林土壤微生物对葡萄糖添加的响应不敏感,这主要与森林凋落物输入使得土壤微生物碳限制程度较轻有关。森林土壤有机碳分解激发效应的幅度变异较大,激发效应的幅度为-34%到+46%,葡萄糖累积分解量变化范围为4.72 mg C kg soil～13.75 mg C kg soil。因此,森林土壤有机碳分解激发效应程度较低。碳标记丰度对土壤有机碳分解激发效应的影响主要出现在葡萄糖分解速率较快的培养初期,而且因库替代效应和偏好利用机制的影响,同位素歧视效应对激发效应的影响程度因葡萄糖添加量而异。农田土壤微生物对葡萄糖添加的响应比较强烈,葡萄糖分解量较高,表明农田土壤微生物碳限制程度较重。农田土壤有机碳分解激发效应的幅度为-24%到+60%,葡萄糖累积分解量变化范围为2.57 mg C kg soil～29.83mg C kg soil。因此,土壤有机碳激发效应程度较高且具有一定程度的波动性。碳标记丰度对农田土壤有机碳分解激发效应具有显著影响,这主要与同位素歧视效应有关。除葡萄糖添加量外,随着培养时间的延长,低碳标记丰度处理的葡萄糖分解量更高,激发效应更容易受到碳限制的影响。总之,碳标记丰度及其与碳添加量及培养时间的交互作用对土壤有机碳分解激发效应的影响应引起高度重视。这对于准确估算植物碳输入对土壤有机碳动态变化的影响程度具有重要意义。

关键词：激发效应同位素歧视效应微生物碳限制土壤有机碳分解

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