不同林分土壤溶解性有机碳氮和土壤呼吸特点及其影响因素

论文摘要

土壤溶解有机碳（DOC）和土壤溶解性有机氮（DON）是土壤碳、氮库的重要组成部分。基于DOC、DON的活跃性和对土壤养分的重要作用而成为全球碳氮循环的研究热点之一。此外，土壤DOC含量与土壤CO2的流动显著相关，土壤有机碳库通过土壤呼吸释放CO2到大气中，表现为系统中主要的碳流通途径。本文以合肥蜀山森林公园中四种不同林分的土壤作为研究对象，通过分析土壤DOC和DON的季节动态变化，DOC、DON与土壤养分的关系以及土壤呼吸的年动态变化，以阐述城市森林生态系统的碳氮循环特点及碳源汇特征，为充分发挥城市森林的生态服务功能及其可持续经营提供理论依据。研究结果如下：1.不同林分在不同季节中土壤剖面DOC含量均随土层深度增加而减小。其中，重度受损马尾松林（P1）土壤剖面DOC含量变化幅度在52.38–126.96mg·kg-1之间，轻度受损马尾松林（P2）、麻栎成林P3和麻栎幼林P4的变化幅度分别在45.02–111.29mg·kg-1、48.58–180.50mg·kg-1和53.22–173.71mg·kg-1之间。麻栎林DOC含量变化幅度高于马尾松林，这可能是因为麻栎林下土壤表层凋落物数量要远多于马尾松林下，导致土壤有机质含量积累多。2.不同林分在不同季节中土壤剖面DON含量均随土层深度增加而减小，与土壤剖面DOC含量的变化趋势相一致。马尾松林P1土壤剖面DON含量变化幅度在3.68–25.81mg·kg-1之间，马尾松林P2、麻栎成林P3和麻栎幼林P4的变化幅度分别在6.64–18.40mg·kg-1、8.76–23.34mg·kg-1和2.12–18.09mg·kg-1之间。马尾松林下DON含量变化幅度略高于麻栎林下的，这可能是与植被类型有关，马尾松林下土壤微生物对土壤有机质的矿化作用比麻栎林强。3.同一树种内，不同马尾松林下土壤剖面DOC平均含量的季节变化都为:秋季>春季>冬季>夏季，而DON平均含量的季节变化都为：冬季>秋季>夏季>春季；不同林龄的麻栎林下土壤剖面DOC和DON平均含量的季节变化均为:秋季>冬季>夏季>春季。在不同土层内马尾松林P1、马尾松林P2和麻栎幼林P4土壤DOC/DON比值均表现为春季的最大，冬季的最小；而麻栎成林P3土壤DOC/DON的比值均表现为秋季的最大，冬季的最小。4.经松材线虫病干扰后，不同马尾松林土壤养分状况存在不同程度的差异性。重度受损马尾松林（P1）土壤NO3--N的年平均含量显著高于轻度受损马尾松林（P2）（p﹤0.05），而土壤K的年平均含量显著低于P2（p﹤0.05）。土壤TP的年平均含量均随土层深度的增加而减少，且在0-10cm土层内，P1土壤TP含量则显著低于P2（p﹤0.05），这可能与受害较重的马尾松林（P1）下土壤P转化速度加快所致。不同马尾松林因受松材线虫病干扰的程度不同，土壤DOC和DON含量变化与其它养分间的相关性发生不同程度的变化。5.不同林龄的麻栎林下土壤TN含量均表现为随土层深度的增加而减小，麻栎成林P3土壤TP和NN的年平均含量显著高于麻栎幼林P4的（p﹤0.05）。土壤K的年平均含量差异不显著，但均表现为下层土壤K的年均含量略高于上层的。不同林龄的麻栎林下DOC、DON均在春、冬两季与土壤NH4+-N和NO3--N含量存在不同程度的正相关性。这可能是由于林龄的差异，必然引起不同麻栎林下土壤DOC、DON含量变化在不同季节中分别与土壤养分之间存在不同程度的相关性。6.不同林分下土壤呼吸的日动态变化均呈单峰曲线，最高值一般出现在中午12：00-15：00时。麻栎成林P3在不同季节中土壤呼吸速率的日平均变化幅度最大(1.62-5.13μmol·m-2·s-1，马尾松林P1，马尾松林P2和麻栎幼林P4的日平均变化幅度依次为0.94-3.84μmol·m-2·s-1、0.62-2.67μmol·m-2·s-1和1.12-2.79μmol·m-2·s-1.不同林分下土壤呼吸具有明显的季节变化，除了马尾松林P2为：夏季>秋季>冬季>春季；其它三种林分均表现为：秋季>夏季>春季>冬季。7.本研究结果表明，麻栎成林P3土壤呼吸与土壤温度的相关性是不同林分中最好的，其最佳拟合指数函数方程为：y=1.334e0.038x（R2=0.9279）。相反，马尾松林P1与其相关性是最差的，其最佳拟合指数函数方程为：y=0.3002e0.0778x（R2=0.702）。相关分析显示，不同林分土壤呼吸与土壤DOC含量显著相关，马尾松林土壤呼吸与土壤DON显著相关，而麻栎林土壤呼吸与DON无相关性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 土壤溶解性有机碳的国内外研究动态
• 1.1.1 土壤 DOC 的来源
• 1.1.2 土壤 DOC 含量的影响因素
• 1.2 土壤溶解性有机氮的国内外研究进展
• 1.2.1 土壤 DON 的概念及其来源
• 1.2.2 土壤 DON 含量的影响因素
• 1.3 土壤呼吸的国内外研究进展
• 1.3.1 土壤呼吸的基本概念
• 1.3.2 土壤呼吸的影响因素
• 2 引言
• 2.1 研究意义
• 2.2 研究目的
• 3 试验地林分概况及研究方法
• 3.1 实验地概况
• 3.1.1 土壤及植被特征
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 样品采集和处理
• 3.2.2 化学分析
• 3.2.3 数据分析
• 4 不同林分土壤溶解性有机质的变化规律
• 4.1 土壤溶解性有机质的季节动态变化规律
• 4.1.1 土壤 DOC 含量的剖面分布
• 4.1.2 土壤 DOC 平均含量的季节变化
• 4.1.3 土壤 DON 含量的剖面分布
• 4.1.4 土壤 DON 平均含量的季节变化
• 4.2 土壤 DOC 和 DON 的耦合关系
• 4.3 结论与讨论
• 5 不同马尾松林土壤溶解性有机碳氮与养分的季节变化
• 5.1 不同马尾松林下土壤养分的季节变化
• 5.2 不同马尾松林下土壤 DOC、DON 与土壤养分的季节变化关系
• 5.3 结论与讨论
• 6 不同林龄麻栎林下土壤溶解性有机碳氮与养分的季节变化
• 6.1 不同林龄麻栎林下土壤养分的季节变化
• 6.2 不同林龄麻栎下土壤 DOC、DON 与土壤养分的季节变化关系
• 6.3 结论与讨论
• 7 不同林分的土壤呼吸特点
• 7.1 土壤呼吸的日动态变化
• 7.2 土壤呼吸季节变化与土壤温度的相关性
• 7.3 土壤呼吸季节变化与土壤 DOC、DON 的相关性
• 7.4 结论与讨论
• 8 综合结论与展望
• 8.1 综合结论
• 8.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在读期间发表的论文