施N、P肥对杉木人工林土壤活性碳库组成及碳释放的影响

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随着人类活动和化石燃料燃烧的增加,大气CO2浓度持续升高,并带来一系列全球气候变化问题。IPCC明确指出,种植人工林和提高人工林生产力是减缓大气CO2浓度升高最经济实惠、有效和可行的方法。在我国人工林面积增加有限的条件下,如何提高人工林的生产力和固碳能力成为了最为急迫的科学问题。施肥作为人工林集约经营的主要措施之一对人工林固碳能力至关重要。为此,本研究以杉木人工幼林为研究对象,研究施N、P肥条件下土壤有机碳库组成,并采用挖壕沟法区分土壤自养和异养呼吸,研究CO2释放的变化,分析土壤微生物组成及酶活性,探讨了施N、P肥对杉木幼林土壤碳库组成和土壤呼吸影响的微生物学机理。经过近3年的研究,取得了一些重要研究结果:  1)与对照(CK)相比,施N、P肥处理使土壤冷水溶性有机碳含量分别降低24.1%、29.4%,施NP肥也显著降低(17.9%)了微生物量碳含量,但施N肥或P肥对土壤易氧化有机碳、颗粒有机碳、轻组有机碳等活性有机碳组分影响不显著。土壤活性有机碳组分在不同土层之间差异显著,且均表现为0-10cm表层土壤活性有机碳含量高于10-20cm亚表层土壤。  2)与CK相比,施N肥、P肥和施NP肥都显著降低了土壤总呼吸、异养呼吸、自养呼吸的速率。其中,总呼吸分别降低了19.3%、16.7%、15.7%;异养呼吸分别降低了16.3%、11.4%、14.4%;自养呼吸分别降低了26.9%、30.3%、19.1%。异养呼吸占土壤总呼吸的比例是72.6%-76.2%,土壤自养呼吸所占比例为23.8%-27.4%。施N、P和NP肥所引起的异养呼吸的下降量对土壤总呼吸下降量的贡献分别为61%、49.2%、65.9%,自养呼吸下降量的贡献则分别为39%、50.8%、34.1%。  3)施肥改变了土壤微生物群落结构,降低了土壤微生物的数量和酶活性。表层土中施N肥处理使芽单胞菌(Gemmatimonadetes)显著降低;亚表层中施N肥处理的泉古菌(Crenarchaeota)显著降低,施P肥处理的绿弯菌(Chloroflexi)显著降低。表层土中,施NP肥处理的蔗糖酶和过氧化氢酶分别比CK降低了40.2%、36.5%,β-葡萄糖苷酶施NP肥与施P肥相比降低了31.1%;亚表层土中,施N肥处理的脲酶活性明显低于CK,施N肥、施P肥、施NP肥与CK相比蔗糖酶分别降低了46.9%、37.8%、42.4%,过氧化氢酶施NP肥与施P肥相比降低了22.6%。土壤有机碳与土壤酶呈极显著的正相关关系。在杉木人工林中,施N、P肥降低根系生物量从而抑制了土壤自养呼吸。此外,施N、P肥通过抑制土壤微生物的数量和活性并改变土壤微生物群落结构导致土壤异养呼吸的降低,最终使土壤总呼吸降低。通过模型模拟发现土壤呼吸受土壤温度和水分的双重影响,但是土壤温度占主导地位。
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