中国南方热带两种人工林土壤中溶解性有机质特征及其影响因素

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土壤中的溶解性有机质(DOM)作为碳库中最活跃的部分,在生物地球化学循环过程中起着重要作用。森林土壤是陆地系统中最大的土壤碳库,其中人工林的面积占据森林面积的近7%,且中国的人工林种植面积最大,研究中国人工林中的DOM性质对于全面认识土壤碳库具有重要意义。然而,人工林土壤环境并非均质和长期稳定,月份变化、人工林类型和土壤深度都与DOM的特征和组分有紧密联系,同时长期氮沉降也影响着全球碳循环和其他生态循环过程。但是,DOM的特征以及月份、人工林类型、土壤深度和氮沉降共同作用下对DOM的影响还不清楚。本文以中国南方热带氮限制桉树人工林和氮富集大叶相思人工林为研究对象,分析雨季中20 cm和40 cm深度壤中流DOM的浓度和组成等特征,以及它们对中剂量与高剂量人为氮添加(分别为50和100 kg N ha-1 yr-1)的响应。主要运用紫外吸收和三维荧光光谱探究有机质的来源信息与组分的变化,同时利用分子水平木质素单体生物标志物的方法作为互补性手段,探究DOM中木质素的来源和降解情况。本研究得到的主要结论为:研究发现随着雨季的进入,溶解性有机碳(DOC)浓度和木质素含量、降解程度有显著下降的趋势。从雨季初期到末期,木质素的输入减少,并且输入了相对更多的新鲜木质素。DOM的芳香性和腐殖化程度随月份变化升高,腐殖质类物质减少,说明被消耗的有机质主要是一些非芳香性易降解的物质。不同人工林类型和土壤深度之间的DOM特征也具有显著差异,桉树人工林和浅层土壤中DOM的腐殖程度分别高于大叶相思人工林和深层土壤。相比浅层20cm深度土壤水中,40 cm土壤水中的DOC的浓度和木质素的含量更低,芳香族物质和类腐殖质组分更少。大叶相思人工林容易达到氮饱和状态,DOM对氮添加的响应更为明显。中剂量氮添加增加DOC的浓度,高剂量氮添加降低DOC的浓度。因此不能低估氮添加在短期内增加碳库的作用,也不能忽视高量的氮添加酸化土壤降低DOC的浓度的影响。总体上,中氮添加促进了木质素的输入,并且中氮添加使DOC的浓度的增加,进而促进了木质素的共代谢,从而增大了木质素的降解程度。中氮添加显著增加了40 cm土壤水中腐殖质和芳香族化合物,在20 cm不明显。高氮添加降低了20 cm土壤水中木质素的降解程度,却增大了40 cm的降解程度,且因此在研究氮添加的对DOM影响时,应该充分考虑土壤深度的交互影响。本研究推进了对我国人工林土壤DOM的特征和其影响因素的认识,有利于更全面认识人工林系统中的土壤功能,更好地理解日益增加的氮沉降与土壤碳循环的联系。
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