氮磷添加对亚热带常绿阔叶林土壤有机碳组分和团聚体稳定性的影响

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土壤有机碳库具有碳汇功能,在减缓全球CO2浓度升高方面具有重要意义。土壤有机碳(SOC)由高度异质性的有机碳组分构成,各自具有不同的稳定性与周转速率,不同有机碳组分的变化会间接影响土壤有机碳库的稳定性,进而改变陆地生态系统的碳汇潜力。同时,土壤团聚体直接影响土壤碳循环,土壤团聚体稳定性的下降会削弱土壤的固碳能力。人类活动造成的氮(N)、磷(P)沉降持续递增,这种外源性养分的输入可能会通过改变土壤理化性质、植物和微生物特性等方式影响土壤有机碳组分及团聚体结构,然而外源氮磷输入如何同时影响土壤有机碳不同组分及土壤团聚体结构知之甚少。因此,探究土壤有机碳组分及团聚体结构在氮磷沉降的作用下如何变化,对于深刻理解土壤有机碳动态、评估陆地生态系统固碳潜力具有一定的指导意义。本研究基于浙江天童亚热带常绿阔叶林长期氮磷添加样地,通过硫酸酸化、团聚体分级以及有机碳物理分组等方法量化不同土层(0-10 cm;10-20 cm)土壤有机碳组分,在此基础上探究氮磷添加(CK,+N,+P,+NP 4种处理)对土壤有机碳化学、物理组分以及团聚体稳定性的影响,并运用结构方程模型的数据分析方法探讨氮磷添加处理下生物因子(细根、球囊霉素、丛枝菌根真菌)对团聚体稳定性的调控机制。主要研究结果如下:(1)氮磷添加对土壤团聚体多级结构的影响+P处理显著降低10-20 cm层土壤中大团聚体(SM)和闭蓄态微团聚体中粉粘粒(mM-silt+clay)组分含量(p<0.05),降幅分别达到18.02%和40.72%,表明施加P肥对土壤结构有一定的负面作用。(2)氮磷添加对土壤团聚体的影响+P处理显著增加不同粒径土壤团聚体(Fm,SM,NA-silt+clay)以及团聚体物理组分(mM-POM,mM-silt+clay,Fm-silt+clay)的有机碳含量(p<0.05),同时显著增加不同粒径土壤团聚体(SM,NA-silt+clay)的C/N比值(p<0.05);+NP处理显著增加不同粒径土壤团聚体(LM,Fm,NA-silt+clay)的C/N比值(p<0.05)。这些结果表明氮磷添加能够提高土壤团聚体中有机碳的固存,可能暗示在本研究中土壤有机碳的物理、化学保护机制对于土壤有机碳的稳定与固存十分重要。(3)氮磷添加条件下生物影响因子对土壤团聚体稳定性的综合调控丛枝菌根真菌通过显著影响EE-GRSP进而影响土壤团聚体稳定性(p<0.05),细根与土壤团聚体稳定性之间无显著相关性。此外,+P处理可通过别的途径间接作用于土壤团聚体稳定性,并表现为显著负相关(p<0.05)。(4)氮磷添加对土壤有机碳组分的影响+P处理显著地增加10-20 cm层土壤可溶性有机碳(DOC)含量(p<0.05),增幅达到79.02%,其它处理对可溶性有机碳(DOC)含量无显著影响;各施肥处理对土壤中活性碳(LOC)和难分解有机碳(ROC)含量均无显著影响。综上所述,我们研究结果证实了氮磷添加确实会影响土壤物理结构和团聚体相关有机碳组分的含量与质量,揭示了外源性氮磷添加对土壤有机碳库的潜在影响,并通过结构方程模型进一步探讨了氮磷添加条件下生物影响因子对土壤团聚体稳定性的调控机制。这些结果将进一步加深我们对氮磷添加条件下土壤有机碳库动态及响应机理的理解与认识,并为亚热带森林土壤有机碳库对气候变化的响应提供数据基础和科学依据。
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