不同耕作处理和土壤深度下激发效应对温度的响应.pdf

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摘要

摘要

免耕秸秆还田与常规耕作相比,提高了土壤表层有机碳的积累,然而有机物的投

入又能改变土壤有机碳的分解,即激发效应,给气候变化背景下农田土壤有机碳动态

的预测带来不确定的影响。大部分土壤有机碳分解和激发效应的研究集中在表层,含

碳量巨大的深层土壤相关研究较少,导致我们对深层土壤有机碳分解缺乏深入理解。

为此我们做了两部分工作,来探究不同深度土壤有机激发效应的幅度及影响因素。第

一部分为室内培养实验,通过设置增温(10℃)和外源底物添加(碳同位素标记的

δ13C150‰0-20cm

葡萄糖,)处理,探讨全球变暖背景下两种耕作模式下不同深度(、

20-40cm、40-100cm)土壤有机碳激发效应对增温的响应以及影响机制。第二部分为

荟萃分析,研究全球尺度上土壤深度对激发效应的影响,解析不同生态系统深浅层土

壤有机碳激发效应的关键因子。主要的结果如下:

(1)在49天的培养期内,增温促进了土壤有机碳分解速率,在所有土层上平均

增速达到20%。添加葡萄糖后,所有土层均表现为正激发效应。常规耕作下的20-40cm

土层在20℃培养下产生最为强烈的激发效应,幅度达到了17.9%。然而,免耕条件

下最深层土壤产生的激发效应最高,幅度达14.3%。增温显著抑制了各个土层的激发

效应。升温对微生物生物量产生显著影响,表层土壤微生物表现尤其明显。对于免耕

土壤而言,升温使得所有土层微生物生物量显著下降。这表明不同土壤层次微生物对

碳可利用性的响应策略不同。深层土壤的微生物碳可利用性较低,微生物通过降低周

转速率来抵消升温造成的碳利用效率下降,即微生物生理特性在土壤层次上的差异显

著调控激发效应的变异幅度。

(2)全球范围来看,深层土壤(30cm以下)的激发效应的平均幅度为49.8%,

显著强于表层土壤的27.1%。葡萄糖添加的激发幅度可达57.6%,远高于其他类有机

质添加诱导的激发效应。我们筛选不同深度土壤激发效应的关键因子,发现微生物生

物量碳具有显著影响,微生物生物量碳与表层土壤激发效应呈负相关,而与深层土壤

激发效应呈正相关。两种相反的相关关系表明,微生物碳限制的差异是造成不同土壤

层次间激发效应变异的主要原因。深层土壤的微生物碳限制较为强烈,对外源碳输入

响应更明显。表层土壤则相反。

总之,通过整合实验研究和整合分析结果,发现深层土壤有机碳激发效应高于表

层土壤,农田土壤表现尤为突出。耕作处理并未显著影响不同土壤层次上的激发效应,

但增温造成激发效应的显著下降,表层土壤降幅最大。微生物生理特性是激发效应对

I

重庆三峡学院硕士学位论文

升温响应的主要调控因素。深层土壤的微生物碳限制程度更高,微生物通过降低

周转速率来应对升温条件碳利用效率的下降。本研究为今后农田生态系统保碳增汇的

耕作制度管理实践提供了重要的理论基础。

关键词:免耕土壤深度增温激发效应

II

Abstract

Abstract

Comparedwithconventionaltillage,no-tillagestrawreturningimprovesthe

accumulationoforganiccarboninthesoilsurfacelayer.However,theinputoforganic

mattercanchangethedecompositionofsoilorganiccarbon,namelytheprimingeffect

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