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本文采用全自动微气候控制的“人工模拟气候实验系统”,研究了增温和增加大气CO2浓度对川西亚高山油松林土壤呼吸和土壤有机质组分的影响,以及种植油松苗木组与未种树组土壤呼吸和土壤有机质组分对模拟增温与增CO2处理的响应差异,旨在进一步从土壤碳循环角度探讨亚高山针叶林生态系统对气候变化的响应,为预测该区域森林土壤生态系统对全球气候变暖的响应提供基础数据和理论依据。研究工作的主要结果如下: 1增温、增CO2处理均显著增加了种树组土壤稳定性有机碳(SOC、NROC、MOC)含量,而增温、增CO2处理对未种树组表层土壤稳定性有机碳没有显著影响,这表明增温、增CO2主要通过植物来影响土壤SOC含量。在未种树组,增温、增CO2处理通过直接作用于土壤微生物来调控土壤有机质含量;而在种树组,增温与增CO2处理不仅直接作用于土壤微生物,还通过植物间接地影响土壤生态系统的碳循环过程。 2种植油松苗木组土壤呼吸、土壤有机碳、全氮、易氧化碳、惰性有机碳、可溶性有机质、微生物量碳氮、颗粒有机质,矿质结合态有机质含量均显著低于未种树组,这是由于油松苗在生长过程中消耗了大量土壤养分,导致土壤有机碳含量显著降低,进而增加了可利用性碳源对微生物的制约性,使植物与微生物之间形成养分竞争,则显著降低了油松苗木根和微生物呼吸速率,因此种树组土壤呼吸显著低于未种树组。 3在增温与增CO2的共同作用(ETC)、增温(ET)、增CO2(EC)处理2.5年后,土壤呼吸与对照之间均无显著差异。在实验初期,增温或增CO2处理促使种植油松苗木组土壤易氧化碳被快速消耗掉,随着处理时间的增长,土壤微生物底物被过分消耗,进而养分成为限制因子,使土壤呼吸不能持续地增加,即随处理时间的延长土壤呼吸对环境变化表现出一定的适应现象,有利于降低或缓和陆地生态系统对全球变暖的正反馈效应。 4在种植油松苗木组,与CK相比较,ET、EC显著增加了土壤有机质、惰性有机碳含量,但却显著降低了土壤易氧化碳、微生物量氮含量,这可能由于增温与增CO2促进了植物根系的生长或周转速率,进而增加了土壤有机质含量,但在增温、增CO2条件下,植物更多地消耗易氧化组分来满足额外的生长需求,根系分泌物和根系周转输入土壤的易氧化碳被快速降解,同时也使难以降解的惰性部分不断积累,而惰性有机碳是土壤有机碳的主要组成部分,它的增加也是土壤有机碳增加的直接原因。 5在种植油松苗木组,土壤颗粒有机质、矿质结合态有机质与土壤有机质呈现的规律相似,由于物理保护作用的影响,土壤颗粒态有机质与矿质结合态有机质对增温、增CO2的响应以稳定的比例变化,而化学结构活跃的易氧化碳降解迅速,惰性有机碳累积,这表明化学结构活跃的易氧化碳部分对增温、增CO2处理更敏感。 6在未种树组,增温处理显著增加了土壤活性有机质(ROC、DOC、DON和PON)含量,EC处理显著降低了土壤表层活性有机质(SMBC、SMBN、ROC、DON、POC和PON)含量,而EC、ET处理均未对土壤中较稳定性的组分(SOC、TN、NROC、MOC、MON)产生显著影响,这表明土壤活性有机质是衡量土壤质量变化的敏感指标。 7在种植油松苗木组,ETC处理显著增加了油松苗木生物量,但却使土壤有机质及其不同组分含量均显著低于CK、ET或EC处理,这表明增温与增CO2的共同作用加速了植物生长,则土壤有机质养分更多地被植物吸收利用。而在未种树组,增温与增CO2的共同作用使土壤有机质及其不同组分的含量均显著低于CK、ET或EC处理,这表明在全球气候变暖背景下土壤有机质对不同变化环境因子的响应是一个复杂的生态学过程,可能受多种因子共同影响,并不是各因子间简单的相加或相减原则。 8在种树组,土壤易氧化碳与土壤有机碳、全氮、土壤可溶性有机质、惰性有机碳、颗粒有机质、矿质结合态有机质之间均呈现不相关关系,这可能是由于在增温、增CO2条件下植物的快速生长消耗了较多的易氧化组分,使其含量较低,但仍与微生物量碳、氮含量呈显著线性相关(P<0.05),这表明易氧化碳含量与土壤微生物之间存在密切联系。未种树组土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮、易氧化碳、惰性有机碳、可溶性有机质、颗粒有机质、矿质结合态有机质含量两两之间均呈显著线性相关(P<0.05),这表明虽然土壤有机质各组分的分组与测定方法不同,但各组分之间关系密切,很大程度上依赖于有机碳总贮量,且不同的碳组分都在一定程度上表征了土壤有机碳的含量。