杉木和米槠凋落叶DOM对土壤碳矿化的影响

DOM(Dissolved organic matter)是土壤微生物呼吸的重要底物,凋落物淋溶的DOM对土壤碳矿化具有重要影响。选择中亚热带地区具有代表性的杉木(Cunninghamia lanceolata)和米槠(Castanopsis carlesii)凋落叶作为研究对象,通过两个月的短期室内培养,把不同凋落叶浸提出的DOM添加到培养瓶中,定期测定土壤碳矿化速率,计算土壤碳累积矿化量,探讨两种等浓度等量DOM添加对土壤碳矿化的影响,并分析DOM化学性质在土壤碳矿化过程中的重要性。结果表明:米槠凋落叶浸提得到的DOC(Dissolved organic carbon)和DON(Dissolved organic nitrogen)浓度均显著高于杉木凋落叶的(P0.05),而杉木凋落叶浸提得到的DOM的UV吸收值(SUVA_(254))和HIX(Humification index)均显著低于米槠凋落叶的(P0.01)。添加等浓度等量杉木和米槠凋落叶DOM到土壤中均显著增加了土壤碳矿化速率,在第1天内分别比对照高198%和168%,3d后下降到61.8%和44.1%,14d后基本处于平稳状态,表明外源有机物添加对土壤碳矿化的前期影响较大。培养过程中,添加杉木和米槠凋落叶DOM的土壤碳矿化累积量均能采用双因素指数模型进行拟合(r~2=0.99),但添加两者凋落叶DOM后土壤碳矿化累积量没有显著差异。     

不同植物来源可溶性有机质对亚热带森林土壤酶活性的影响

探究不同植物来源可溶性有机质(DOM)进入土壤后对酶活性的影响, 可以为降水淋溶下亚热带地区不同森林生态系统土壤碳循环提供科学依据。该研究提取杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和楠木(Phoebe zherman) 3种植物鲜叶中的DOM分别输入杉木人工林土壤中, 以等量的去离子水添加为对照, 进行25天的室内培养。培养结束后测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标。结果表明: 与对照处理(CT)相比, 添加3种叶片DOM后, 土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)含量和碳氮比均无显著变化。杉木叶片DOM添加处理(CL)的TN含量显著低于木荷叶片DOM添加处理(SL)和楠木叶片DOM添加处理(PL), 碳氮比显著高于SL和PL。3种叶片DOM输入整体上提高了土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量。叶片DOM输入后土壤微生物生物量碳(MBC)含量无显著变化, 然而CL和SL的土壤微生物生物量氮(MBN)含量分别比CT降低了50.9%和51.1%, PL的MBN含量比CT提高了54.0%。与CT相比, 不同植物来源DOM输入后, β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO) 3种酶活性均显著上升, 而多酚氧化酶(PPO)活性则显著下降; 此外, βG和CBH活性均表现出CL > SL > PL的特征。相关性分析的结果表明, 添加叶片DOM 3种处理的SOC、TN、MBN含量和βG、CBH活性都与所输入DOM的DOC含量和腐殖化指数(HIX)显著相关, 此外, 土壤MBN含量和PPO活性与输入叶片DOM的pH呈正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明, 叶片DOM输入后引起土壤酶活性变化的关键因子是DON和DOC含量。总体来说, 不同植物来源DOM性质的差异会影响土壤碳循环水解酶的活性, 而叶片DOM输入后增加了土壤碳和氮的有效性, 引起4种碳循环酶的不同响应。     

不同温度条件下亚热带森林土壤碳矿化对氮磷添加的响应

在氮沉降增加的背景下,土壤可利用性氮(N)素增加是多数陆地生态系统正经历的重要生态学过程。氮沉降增加对土壤呼吸会产生扰动,进而影响到森林土壤碳循环。以江西省泰和县石溪杉木林为研究对象,开展N沉降模拟试验,采用碱液吸收法分析4种不同N沉降处理在不同温度(5、15、25、35℃)下对土壤碳排放量的影响。N沉降对土壤呼吸具有抑制作用,随着温度的升高,各处理对土壤呼吸碳排放呈显著性增加趋势(P0.05)。不同温度条件下添加磷(P)处理对CO_2累积排放量与添加高N处理变化规律类似。在5℃条件下,N会抑制土壤碳矿化,且随N浓度升高抑制作用越强,P处理能促进土壤碳排放;15℃和35℃条件下,N和P处理对土壤碳排放量均有抑制作用。在较高温度(25℃和35℃)培养下,土壤全碳对CO_2累积排放量均有显著性影响。在25℃条件下,土壤DOC含量对土壤碳排放量的影响显著(P0.05),其他温度无影响。在5℃时,不同处理下土壤含水量对土壤碳排放量影响显著。对N沉降与土壤Q_(10)值进行方差分析表明不同处理对Q_(10)值无显著性差异。通过单库模式方程C_m=C_o(1-exp~(-kt))对土壤潜在碳排放进行模拟得出5、15℃和35℃对土壤潜在排放量有显著影响。     

米槠人促更新林与杉木人工林叶片及凋落物溶解性有机物的数量和光谱学特征

选取中亚热带米槠人促更新林(CCF)和杉木人工林(CLP)内的鲜叶、未分解层(L层)和半分解层(F层)凋落物为研究对象进行室内淋溶,对其淋溶液中的溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)和溶解性有机磷(DOP)含量,紫外吸收值(SUVA),腐殖化指标(HIX)和红外光谱(FTIR)等进行了比较分析,以揭示其淋溶液中溶解性有机物(DOM)的数量和光谱学特征。结果表明:随着淋溶时间的增加,不同样品的DOM含量呈现先上升后下降,或者有波动的上升的趋势,这是因为DOM的释放和反吸附共同控制着DOM的含量。两林分中,F层凋落物DOM的SUVA值显著高于鲜叶和L层凋落物(P0.05);从鲜叶到L层到F层凋落物,其HIX逐渐变大并且三者荧光强度最大值对应的波长由短波向长波移动,这是腐殖化程度越来越高、电子共轭体系逐渐增大的体现。两个林分6种样品的红外光谱显示了5个相似的吸收谱带,但不同样品各吸收带的相对比例不同,强度最大的吸收来自于H键键合的—OH的伸缩振动;同一林分内3种样品之间红外吸收的差异证明了鲜叶到L层再到F层凋落物,其DOM的芳香类物质含量逐渐升高,化学键力常数变小。总体上,与杉木人工林相比,米槠人促更新林的DOM养分含量更高,结构更复杂,因而更有利于有机质的积累。     

亚热带森林不同植物及器官来源的可溶性有机质输入对土壤激发效应的影响及其作用机理

外源有机物的输入可以通过正负激发效应影响土壤有机碳(SOC)的矿化。然而, 当前的研究较少考虑不同植物及器官来源可溶性有机质(DOM)输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。该研究以武夷山森林土壤为研究对象, 以室内培养的方式向土壤中添加¹³C标记青冈(Cyclobalanopsis glauca)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、木莲(Manglietia fordiana)和相思(Acacia confusa)这4种植物的根和叶来源DOM, 研究不同植物及器官来源DOM输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。主要结果: 不同植物及器官来源DOM添加初期加快了SOC的矿化, 呈现正激发效应, 随后转为负激发效应。从整个培养期(90天)的累积激发效应来看, DOM的输入均抑制了SOC的矿化, 使其矿化量减少22%-49%, 其中青冈根DOM输入使SOC的矿化量减少最多, 而由木莲叶DOM输入减少的SOC矿化量最少。DOM输入引起的土壤激发效应强度受不同植物器官影响明显, 具体表现在植物根来源DOM输入所引起的土壤激发效应强度显著高于植物叶来源DOM输入所引起的激发效应强度(相思除外)。DOM的输入总体上提高了土壤微生物生物量碳(MBC)含量、土壤β-葡萄糖苷酶活性、纤维素酶活性以及土壤有效氮含量, 而对微生物群落组成无明显影响。从结构方程模型来看, DOM输入所引起的土壤激发效应主要受土壤微生物对外源碳的利用(¹³C-MBC)、纤维素酶活性以及土壤有效氮含量的影响, 这些因子的变化可解释植物叶来源DOM和根来源DOM添加处理下土壤激发效应变化的68%和86%。该研究结果表明在土壤氮充足的条件下, DOM的输入可以通过提高微生物生物量、土壤酶活性来加快分解所添加的外源有机物, 从而减少了对SOC的分解。因此, 在该研究中“底物优先利用”是土壤激发效应的主要作用机理。     

亚热带典型林分对表层和深层土壤可溶性有机碳、氮的影响

林分类型是影响土壤可溶性有机碳、氮库大小的重要因素,但目前对其研究主要集中在表层土壤(0～10 cm).本研究以亚热带地区天然林、毛竹林、格式栲人工林和杉木人工林为对象,用3种不同的浸提方式(冷水、热水和KCl溶液)提取表层(0～10 cm)和深层(40～60 cm)土壤中可溶性有机碳(DOC)和有机氮(DON),研究林分类型对表层和深层土壤可溶性有机碳、氮库的影响.结果表明: 林分类型对表层土壤DOC及其占土壤总有机碳(TOC)的比重有显著影响,深层土壤受林分类型的影响不显著;不同林分土壤DON含量仅在表层土壤存在显著差异,在深层土壤差异不显著.林分间土壤微生物生物量碳的差异仅在表层土壤达到显著水平.DON占土壤总氮(TN)的比重在各林分表层和深层土壤间差异均不显著.3种浸提方法得到的DOC和DON库大小顺序为热水>KCl>冷水,不同浸提方法得到的DOC库及DON库的相关性均达到显著水平,表明冷水、热水和KCl溶液浸提得到的有机碳、氮库含有相似组分.冷水和热水浸提方法得到的表层土壤DOC和DON含量及DOC占TOC比重在天然林和毛竹林均显著大于格式栲和杉木人工林,表明天然林和毛竹林土壤可溶性有机碳、氮含量高于格式栲和杉木人工林,更有利于土壤肥力的恢复.     

经营方式对亚热带森林土壤可溶性有机碳含量和光谱学特征的影响

人工促进天然更新与人工造林经营方式中采伐剩余物管理等人工措施的差异,可能改变土壤可溶性有机碳(DOC)的含量和结构,影响森林碳循环。本研究利用天然次生林(对照)采伐迹地上通过人工促进天然更新林(简称人促更新林)和人工造林两种营林方式,研究经营方式对中亚热带森林土壤溶液可溶性有机碳含量和光谱特征的影响。结果表明:天然次生林转换为人促更新林和人工林后,0～10 cm土层土壤DOC含量显著降低,分别下降21%和50%;0～10 cm和10～20 cm土层土壤DOC/SOC(土壤有机碳)值也显著降低,分别达到27%和43%。在0～10 cm土层中,人促更新林土壤DOC芳香化指数和腐殖化指数显著高于人工林,人促更新林土壤DOC在3700～3000、1650～1620、1160～1000、690～530 cm^-1范围内的红外吸收比例较人工林高,表明人促更新林土壤DOC的羧酸类物质、芳香化物质丰富;人促更新林和人工林土壤DOC的荧光指数均为1.4～1.9,且人促更新林自生源指数显著高于人工林,说明人工林土壤DOC类蛋白组分贡献大,容易被微生物分解利用。人促更新林与人工林土壤DOC含量和结构的差异可能是人促更新林的土壤碳库比人工林更高的原因之一。     

增温对亚热带森林土壤可浸提有机碳的影响

土壤可浸提有机碳(WEOC)在森林碳循环中起到重要作用,对气候变化有着高度的敏感性。本研究利用土壤增温(+5℃)技术,通过3种不同浸提方式研究增温对亚热带森林土壤可浸提有机碳的影响。结果表明:增温并没有改变不同土壤深度冷水(C_WEOC)与盐浸提(S_WEOC)的WEOC浓度,但增温减少了0～10 cm土层的热水浸提可浸提有机碳(H_WEOC)的浓度(-51.2%),而增加了10～20、20～40和40～60 cm土层的H_WEOC浓度,分别增加67.1%、781.7%和501.6%。与对照相比,增温分别增加了20～40和40～60 cm土层的微生物生物量碳(MBC) 98.2%和163.1%,但对0～10和10～20 cm土层MBC没有影响。不同方法浸提的WEOC浓度存在显著差异,总体上以C_WEOC浓度最低,H_WEOC和S_WEOC分别在土壤表层与底层最高。因此,在气候变暖条件下,增温促进根系向深层土壤生长,提高深层土壤根系碳输入和微生物活性...     

土壤增温降低亚热带森林土壤可溶性有机碳数量和质量

土壤可溶性有机碳(DOC)是森林土壤碳库中最活跃的部分,其对气候变暖的响应将深刻影响森林生态系统碳循环。本研究基于亚热带常绿阔叶林野外增温实验平台,原位收集土壤溶液,结合紫外可见光谱、红外光谱和三维荧光光谱分析,探究土壤剖面DOC通量及组成对增温(+4℃,1年)的响应。结果表明：土壤DOC通量在土层之间没有显著差异。土壤DOC主要由2个类腐殖酸组分和1个微生物代谢产物组分组成。与对照相比,增温显著降低了土壤DOC通量,降低了土壤溶液芳香化指数和疏水组分比例,增加了小分子碳水化合物的含量。此外,增温还提高了表层土壤(0～10 cm)类腐殖酸组分的相对贡献,增加了深层土壤(30～40 cm)微生物代谢产物组分的相对贡献,这在一定程度上表明变暖加速了深层土壤微生物周转。总体来说,土壤增温降低了亚热带常绿阔叶林土壤DOC数量,使DOC结构趋于简单。     

凋落物中水溶性有机物和残渣对亚热带森林土壤氮素转化的影响

设置60%和90%WHC两种土壤水分条件,并添加凋落物过滤液、剩余残渣和丙氨酸,进行为期36 d的室内培养(25 ℃),研究了凋落物中水溶性有机物和残渣对土壤氮素转化的影响.结果表明: 在60%和90%WHC条件下,丙氨酸在土壤中迅速矿化,该处理的土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量分别比对照显著提高5.4%～44.7%和16.1%～41.3%,净氮矿化和氨化速率在培养前期也高于对照,而凋落物过滤液和残渣添加处理则降低了土壤NH₄⁺-N含量,且残渣的降幅大于过滤液.试验期间,土壤硝态氮(NO₃^--N)含量呈直线增长趋势,培养结束时60%WHC条件下NO₃^--N含量显著高于90%WHC.土壤水分含量增多不利于土壤有机质的矿化;90%WHC条件下可溶性有机碳(SOC)含量明显低于60%WHC,而土壤氧化亚氮(N₂O)排放量比60%WHC提高1.5～63.0倍,且在60%WHC条件下凋落物残渣添加处理显著促进了土壤N₂O的排放.凋落物在分解过程中的可溶性物质和剩余物对土壤氮的影响存在差异,且这种差异随分解而发生动态变化.     

Effects of dissolved organic matter from different plant sources on soil enzyme activities in subtropical forests

探究不同植物来源可溶性有机质(DOM)进入土壤后对酶活性的影响, 可以为降水淋溶下亚热带地区不同森林生态系统土壤碳循环提供科学依据。该研究提取杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和楠木(Phoebe zherman) 3种植物鲜叶中的DOM分别输入杉木人工林土壤中, 以等量的去离子水添加为对照, 进行25天的室内培养。培养结束后测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标。结果表明: 与对照处理(CT)相比, 添加3种叶片DOM后, 土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)含量和碳氮比均无显著变化。杉木叶片DOM添加处理(CL)的TN含量显著低于木荷叶片DOM添加处理(SL)和楠木叶片DOM添加处理(PL), 碳氮比显著高于SL和PL。3种叶片DOM输入整体上提高了土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量。叶片DOM输入后土壤微生物生物量碳(MBC)含量无显著变化, 然而CL和SL的土壤微生物生物量氮(MBN)含量分别比CT降低了50.9%和51.1%, PL的MBN含量比CT提高了54.0%。与CT相比, 不同植物来源DOM输入后, β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO) 3种酶活性均显著上升, 而多酚氧化酶(PPO)活性则显著下降; 此外, βG和CBH活性均表现出CL > SL > PL的特征。相关性分析的结果表明, 添加叶片DOM 3种处理的SOC、TN、MBN含量和βG、CBH活性都与所输入DOM的DOC含量和腐殖化指数(HIX)显著相关, 此外, 土壤MBN含量和PPO活性与输入叶片DOM的pH呈正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明, 叶片DOM输入后引起土壤酶活性变化的关键因子是DON和DOC含量。总体来说, 不同植物来源DOM性质的差异会影响土壤碳循环水解酶的活性, 而叶片DOM输入后增加了土壤碳和氮的有效性, 引起4种碳循环酶的不同响应。     

亚热带米槠林不同更新方式对土壤可溶性有机质降解性的影响

可溶性有机质(DOM)的生物降解性影响着土壤有机质的存留和释放,对深入认识森林土壤养分循环意义重大。为探究森林更新对土壤DOM降解特征的影响,选取亚热带地区米槠天然林(NF)、米槠次生林(SF)和米槠人工促进天然更新林(AR)土壤DOM溶液为研究对象,进行室内降解(42 d)试验。结果表明: 1)3种林分土壤可溶性有机碳(DOC)的降解率和易降解DOC的比例均为SF>AR>NF;可溶性有机氮(DON)和微生物生物量碳(MBC)是显著影响易降解DOC比例的因子;2)难降解组分占3种林分土壤DOC的大部分(72.3%～94.6%),其周转时间长,有利于稳定土壤有机质(SOC)的形成;3)土壤DOM最初的腐殖化指数(HIX_em)会影响易降解DOC的周转时间。DOM光谱结构随降解过程呈现动态变化,说明DOM中易降解组分被消耗完后,微生物会转而降解芳香类和疏水性物质以获取碳源。综上,米槠天然林更新为次生林和人促林后增加了易降解DOC的比例,提高了土壤DOM生物可降解性,不利于SOC的积累。     

Response of soil enzyme activities to litter input changes in two secondary Castanopsis carlessii forests in subtropical China

酶在土壤有机质分解中起重要作用。为深入了解全球变化背景下森林凋落物产量的改变对森林生态系统过程的影响, 以亚热带米槠(Castanopsis carlesii)人促更新次生林(米槠人促林)和米槠次生林为研究对象, 设置凋落物加倍(DL)、凋落物去除(NL)和对照(CT) 3种处理, 探讨土壤6种胞外酶活性的变化。研究结果表明: 米槠次生林中土壤纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(PhOx)和过氧化酶(PerOx)活性高于米槠人促林, 而酸性磷酸酶(AP)和β-葡萄糖苷酶(βG)活性没有差异; NL和DL处理均降低了两种不同更新方式森林土壤的AP、βG和NAG活性, CBH和PerOx活性均无显著变化, 而PhOx活性仅在DL处理后降低; 除NAG活性外, 米槠人促林的AP、βG、PhOx活性在凋落物处理后下降的幅度均高于次生林; Pearson相关分析和冗余分析表明, 土壤酶活性与土壤含水量、碳(C)、氮(N)含量和微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量显著相关。因此, 凋落物输入的改变(无论增加和减少), 引起了土壤含水量、C、N以及MBC和MBN含量的下降, 进而可能会导致亚热带米槠次生林和米槠人促林土壤某些胞外酶(如AP、βG和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 米槠次生林比米槠人促林更有利于亚热带森林生态系统C、N养分循环。     

水溶性有机质对土壤吸附菲的影响

研究了来源于稻草腐熟物的外源水溶性有机质(DOM)和土壤本身固有的内源DOM对有机碳含量不同的3种土壤吸附菲的影响.结果表明,不同处理土壤对菲的吸附曲线均为线性,其吸附系数(K_d)与土壤有机碳含量(f_oc)正相关.去除内源DOM后,黄棕壤、红粘田和黑土吸附菲的K_d值增加了7.08%～21.4%,增加量(ΔK_d)和增加幅度与f_oc正相关,表明土壤中存在的内源DOM抑制土壤对菲的吸附.而外源DOM对土壤吸附菲的影响与其浓度密切相关.在供试浓度范围(0～106 mg DOC·L^-1)内,红粘田吸附菲的K_d值随加入外源DOM浓度的提高先增大后减小.外源DOM浓度为28 mg DOC·L^-1时,红粘田吸附菲的K_d值增加了19.5%;而当外源DOM浓度≥52 mg DOC·L^-1时,则明显抑制菲的吸附.内源和外源DOM对土壤吸附菲的影响,主要与DOM和菲在溶液中的结合作用、在土壤中的累积吸附效应等有关.     

中亚热带不同类型米槠林凋落枝溶解性有机质动态及光谱学特性

以中亚热带不同类型米槠林为对象,研究了米槠天然林、次生林和人工林凋落枝在生产量持续增加阶段、高峰阶段、持续减少3种生产阶段溶解性有机质的动态及光谱学特性。结果表明:凋落枝生产阶段和森林类型显著影响米槠凋落枝溶解性有机质含量及光谱学特征。米槠天然林在凋落枝生产量持续减少阶段溶解性有机碳(DOC)含量较高,溶解性有机质在254、260和280 nm处的特征紫外吸光值(SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀、SUVA₂₈₀)较低,表明该阶段天然林凋落枝质量较高,具有较高的以溶解性有机质为载体的物质循环效率。米槠人工林在凋落枝生产量高峰阶段具有较高的总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性总氮(TDN)和溶解性总磷(TDP)含量以及较低的DOC∶TDP和TDN∶TDP值,但次生林凋落枝溶解性有机质含量及其光谱学特征在各阶段无显著差异。米槠天然林和次生林凋落枝DOC、TDN和TDP与气温和降水量呈负相关,人工林凋落枝TDN、TDP与气温和降水量呈正相关。人工林凋落枝生产量在高峰阶段具有较高的养分含量,可能具有相对快速的物质循环效率,天然林在凋落枝生产量下降阶段以凋落枝溶解性有机质为载体的物质循环效率相对较高。     

凋落物输入改变对亚热带两种米槠次生林土壤酶活性的影响

酶在土壤有机质分解中起重要作用。为深入了解全球变化背景下森林凋落物产量的改变对森林生态系统过程的影响, 以亚热带米槠(Castanopsis carlesii)人促更新次生林(米槠人促林)和米槠次生林为研究对象, 设置凋落物加倍(DL)、凋落物去除(NL)和对照(CT) 3种处理, 探讨土壤6种胞外酶活性的变化。研究结果表明: 米槠次生林中土壤纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(PhOx)和过氧化酶(PerOx)活性高于米槠人促林, 而酸性磷酸酶(AP)和β-葡萄糖苷酶(βG)活性没有差异; NL和DL处理均降低了两种不同更新方式森林土壤的AP、βG和NAG活性, CBH和PerOx活性均无显著变化, 而PhOx活性仅在DL处理后降低; 除NAG活性外, 米槠人促林的AP、βG、PhOx活性在凋落物处理后下降的幅度均高于次生林; Pearson相关分析和冗余分析表明, 土壤酶活性与土壤含水量、碳(C)、氮(N)含量和微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量显著相关。因此, 凋落物输入的改变(无论增加和减少), 引起了土壤含水量、C、N以及MBC和MBN含量的下降, 进而可能会导致亚热带米槠次生林和米槠人促林土壤某些胞外酶(如AP、βG和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 米槠次生林比米槠人促林更有利于亚热带森林生态系统C、N养分循环。