增温对杉木人工林表层和深层土壤有机碳组分的影响

全球气候变化通过改变土壤理化性质、植被碳输入以及微生物群落来影响土壤碳循环过程,进而影响土壤有机碳库储量及组成。土壤有机碳根据其来源不同可以分为植物来源有机碳和微生物来源有机碳,在不同生态系统中,植物与微生物对土壤有机碳库的贡献以及不同来源有机碳对增温的响应存在差异。本研究依托在安徽省金寨县马鬃岭林场布设的杉木人工林全土体增温样地,利用呈环状布设的两圈加热电缆增温,增温幅度为4°C。分别于2022年5月、8月、11月以及2023年2月,使用土钻采集0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm以及60-80 cm深处土壤。提取土壤中的氨基糖和木质素酚,分别利用这两种生物标识物来表征土壤不同来源有机碳,旨在探究增温对不同土层植物、微生物来源土壤有机碳的影响与季节动态;并结合土壤理化性质、养分含量以及土壤酶活性等指标,尝试揭示土壤有机碳库对增温响应的内在机理。主要结果如下:(1)土壤养分含量随土层深度增加而显著降低(P<0.05);增温处理在春季、秋季以及冬季对SOC、TN含量呈现出促进积累的作用,而夏季增温处理降低了SOC、TN含量。根据随机森林模型结果显示,土壤含水率是春夏两季影响土壤氨基糖、木质素含量的主要因子,土壤SOC、TN是秋冬两季影响土壤氨基糖、木质素含量的主要因子。(2)表层土壤氨基糖含量较深层土壤更高,0-20、20-40 cm处土壤氨基糖含量主要受SOC含量的影响,氨基糖含量较低,而60-80 cm处氨基糖含量低一方面是受土壤碳限制影响,另一方面是微生物生物量较表层土壤更少,导致氨基糖积累少。增温处理通过改变土壤环境,增加土壤养分,促进微生物新陈代谢,使各土层土壤氨基糖含量较对照组更高。增温处理土壤氨基糖含量季节变化动态为夏季>春季>秋季>冬季,土壤氨基糖含量主要受土壤有机碳及全氮含量的影响,土壤碳氮含量越高则氨基糖含量越高,在冬季主要受土壤含水率制约。与表层土壤相比,深层土壤环境较稳定,因此氨基糖含量也较为稳定,季节动态变化小。(3)表层土壤木质素含量显著高于深层土壤(P<0.05),在0-20fine-needle aspiration biopsy cm处土壤中,土壤电导率对木质素含量变化解释度最高,在20-40、40-60 cm处土壤中,土壤含水率对木质素含量变化解释度最高,60-80 cm处MBC含量对木质素含量变化解释度最高。增温处理对土壤木质素含量的影响在季度间存在差异:增温降低了秋冬两季土壤中木质素含量,对春季土壤木质素含量没有影响,增加了夏季土壤中木质素含量。春夏两季土壤木质素含量受土壤微生物生物量及可溶性碳含量影响较大,与土其呈显著正相关关系,秋冬季节主要受土壤氮含量制约。(Ad/Al获悉更多)V比值与N-乙酰氨基酶以及磷酸酶活性呈极显著负相关关系,(Ad/Al)S与木聚糖酶、亮氨酸氨肽酶以及磷酸酶活性呈极显著负相关关系,DHBA/V比值与N-乙酰氨基酶活性呈极显著负相关关系,说明随相关酶活性越强,土壤木质素降解程度越低。本研究发现植物、微生物来源有机碳含量随土壤深度增加而降低,不同土层、季度间植物、微生物来源有机碳对增温的响应存在差异,是因为土壤理化性质、养分、微生物群落与活性以及它们的交互作用共同影响着不同来源的土壤有机碳库。本研究揭示了亚热带森林Erastin土壤植物、微生物来源有机碳库对增温响应的垂直空间异质性以及季节动态,深化了对全球气候变暖背景下陆地生态系统碳库响应的认知。