黄海森林公园土地利用方式对土壤有机碳稳定性及微生物群落多样性的影响

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:apap4444
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由于现今释放到大气中的二氧化碳等温室气体的量日益增加而对全球的气候变化产生深远的影响,人们一直积极的寻求成本相对较低且可持续的碳固存方法。土壤是生物圈中最大的碳库,具有最大的碳固存潜力来缓解气候变化的影响。而土地利用变化会导致土壤二氧化碳排放或固存,进而对大气碳库产生影响,是影响全球土壤有机碳平衡的关键因素。同时了解土壤质量在土地利用方式改变后是如何变化,对于更好地了解土壤的生产潜力及其对土地利用方式变化的敏感性至关重要。土地利用变化引起的土壤扰动和植物种类的改变也会对土壤微生物群落的组成和丰度产生影响。因此,研究不同土地利用方式对土壤理化性质、有机碳组分、微生物群落和有机碳矿化规律的影响对于提高土壤的碳固存和减缓气候变化具有重要意义。本研究以东台黄海森林公园5种主要土地利用方式(纯银杏林(Ginkgo biloba L.)、小麦模式(Triticum aestivum L.)、纯水杉模式(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)、银杏-小麦农林复合模式和银杏-水杉复合模式)为对象,研究不同土地利用方式对土壤理化性质、土壤酶活性、有机碳组分和化学组成、细菌和真菌群落的影响,并通过室内培养的方法探讨了不同土地利用方式土壤有机碳的矿化规律,研究结果可以为土地的合理利用和可持续经营提供理论依据。主要研究结论如下:(1)理化性质方面,在0-20 cm土层,造林和农林复合模式的全氮、有机碳和微生物碳均高于小麦模式,银杏-小麦模式的全氮、有机碳、微生物碳和易氧化有机碳含量最高,全氮和有机碳储量也是最高。银杏-小麦模式芳香碳占比最低,烷氧碳占比最高,银杏模式羰基碳占比最高。相比小麦模式,各模式的土壤脲酶活性均高于小麦模式。银杏-小麦模式的土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均是最高,小麦模式的纤维素酶活性高于其他模式。在20-40 cm土层,造林和农林复合模式的全氮均高于小麦模式,而仅有银杏-小麦模式的有机碳含量高于小麦模式。水杉模式的易氧化有机碳含量最高。氮、磷和有机碳组分含量均随土层的加深呈减少的趋势(除溶解有机碳外),除纤维素酶和过氧化氢酶以外,其他酶活性也均随土层的加深呈降低的趋势。(2)真菌群落方面,小麦模式的丰度指数(ACE和CHAO1)最高,银杏-小麦模式的多样性指数(Shannon)高于其他模式,0-20 cm土层的Alpha(多样性和丰度)指数显著高于20-40 cm土层。OTUs、ACE和CHAO1指数均与全氮和硝态氮含量显著正相关。子囊菌门和担子菌门是所有土地利用方式的优势真菌门,粪壳菌纲和座囊菌纲是最主要的优势真菌纲。银杏-小麦模式中子囊菌门的相对丰度显著高于其他模式。通过冗余分析真菌群落结构与土壤理化性质的潜在关系得知,全氮、硝态氮和有效磷显著影响真菌群落的组成。(3)细菌群落方面,在0-20 cm和20-40 cm土层均是水杉模式的Alpha指数最高,其次是银杏-小麦模式,银杏模式最低,且0-20 cm土层的Alpha指数显著高于20-40 cm土层。Beta多样性分析结果表明不同土地利用方式对0-20 cm土层的细菌群落构成的影响大于20-40 cm土层。所有土地利用方式的优势菌门均为变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、放线菌门和硝化螺旋菌门。酸杆菌纲、放线菌纲、α-变形菌纲、β-变形菌纲、δ-变形菌纲、厌氧绳菌纲和硝化螺旋菌纲是占主导地位的细菌纲。通过冗余分析细菌群落结构与土壤理化性质的潜在关系得知,全氮、全磷、有机碳和易氧化碳是解释细菌群落差异的最关键因素。(4)有机碳矿化方面,0-20 cm和20-40 cm土层累积矿化量分别在99.08-118.80 mg CO2-C·kg-1干土和60.79-78.08 mg CO2-C·kg-1干土之间。不同土地利用方式显著影响土壤有机碳的累积矿化量,水杉模式的累积矿化量最高,银杏-小麦模式矿化量最低。小麦模式的呼吸代谢熵和潜在可矿化的碳占总有机碳含量的比值(C0/SOC)显著高于其他模式,银杏-小麦模式的C0/SOC最低,表明该模式的固碳能力最强。CO2累积释放量与有机碳和易氧化碳呈显著正相关,与微生物碳呈不显著的正相关。逐步回归分析表明,Shannon指数是解释有机碳累积矿化量差异的最关键因子。
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