酸雨胁迫下3种典型常绿阔叶林树种土壤呼吸的特征及影响因子

摘要

酸雨和温室效应是当今人类所面临严重的环境问题，且二者相互影响，全球温度升高可能降低土壤碳汇的能力甚至造成的毁坏是不可逆转的。酸雨对植被及土壤的严重影响，必将加剧或延缓这种现象。土壤呼吸是个复杂的生物与非生物的过程，是反映植物一土壤复合体对环境胁迫响应的指标之一，其呼吸速率变化与否以及变化的方向可以反应植物一土壤复合体对胁迫的敏感程度和响应模式。常绿阔叶林是亚热带森林生态系统演替的顶级群落，是亚热带的地带性植被。为揭示亚热带常绿阔叶林土壤呼吸对酸沉降的响应，在亚热带酸雨危害较为的严重的浙江省临安市设置实验样地，选择浙江省亚热带常绿阔叶林乔木层中重要值排前三位的木荷(Schima superb)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、甜槠(Castanopsis eyrei)为研究对象，通过喷施不同酸度的模拟酸雨(pH2.5，4.0和5.6)定性和定量地研究酸雨胁迫下3种苗木的土壤呼吸的特征及土壤呼吸与主要大气环境因子及土壤水热条件的关系，本研究还侧重分析了土壤化学性质及土壤酶脲酶、蔗糖酶和纤维素酶活性的变化，由此深入探讨了不同酸度的酸雨胁迫对土壤呼吸的变化规律从而丰富区域土壤碳循环研究的资料，并在加深对区域陆地碳循环认识的基础上，为评价环境污染程度和生态系统对污染的承受力、制定生态规划以及碳交易政策等提供科学依据。研究结果表明：
　　 1)分析了酸雨胁迫下3种苗木的土壤化学性质的变化规律。结果表明，3种苗木土壤pH值随着模拟酸雨酸度的增加而依次降低，与CK(pH5.6)相比，中度酸雨(pH4.0)处理下土壤pH值下降不明显，但重度酸雨(pH2.5)处理下，土壤pH下降显著，达3.5左右。青冈土壤有机碳含量表现为，重度酸雨＞CK＞中度酸雨，木荷与甜槠表现为重度酸雨＞中度酸雨＞CK。青冈土壤全氮均值的大小顺序为，CK＞重度酸雨＞中度酸雨，木荷土壤全氮均值的大小顺序为，重度酸雨＞中度酸雨＞CK，甜槠土壤全氮均值的大小顺序为，中度酸雨＞重度酸雨＞CK。3种苗木土壤C/N均值的大小顺序均为，重度酸雨＞中度酸雨＞CK。土壤有效养分中青冈与木荷土壤的速效磷和速效钾含量主要表现在受酸抑制作用，碱解氮对酸雨胁迫反映不敏感。
　　 2)分析了酸雨胁迫下3种苗木的土壤尿酶、蔗糖酶、纤维素酶活性的变化规律。结果表明，与对照(pH5.6)相比，酸雨对3种苗木土壤脲酶活性均呈现不同程度的抑制作用。酸雨对蔗糖酶活性的影响主要表现为促进作用，但在4～6月份青冈与木荷的土壤蔗糖酶活性的促进作用不明显，7月份之后促进作用显著，对甜槠苗木土壤蔗糖酶活性的促进作用始终显著。酸雨对土壤纤维素酶活性的影响主要表现为抑制作用，其中甜槠苗木土壤纤维酶活性在中度酸雨处理下略表现出激活，重度酸雨下表现为抑制。
　　 3)分析了酸雨胁迫下3种苗木的土壤呼吸的变化规律。结果表明，酸雨胁迫下3种苗木土壤呼吸速率呈现典型的日动态及季节性变化规律。在不同月份的日动态变化均呈单峰，峰值出现在12：00或14：00，季节变化中，最小值出现在4月份，最大值出现在6月或7月。3种苗木根系呼吸对土壤呼吸的贡献率的变幅，在CK处理下为45％～85％，中度酸雨处理下为36％～79％，重度酸雨处理下为22％～76％。
　　 4)酸雨胁迫下3种苗木的土壤呼吸与大气及土壤水热因子的指数或线性回归分析表明，大气环境因子中，仅大气温度与土壤呼吸呈极显著的指数相关关系，其他大气因子与土壤呼吸的关系不大。土壤呼吸速率与土壤温度均呈极显著的指数正相关关系，在CK处理下，土壤温度能解释青冈、木荷、甜槠土壤呼吸季节变化的66.58％、83.60％、57.09％，在中度酸雨处理下，土壤温度能解释青冈、木荷、甜槠土壤呼吸季节变化的51.17％、62.59％、37.24％，在重度酸雨处理下，土壤温度能解释青冈、木荷、甜槠土壤呼吸季节变化的52.78％、55.89％、49.47％。土壤呼吸速率与土壤湿度均呈线性负相关关系，且相关性不大。
　　 5)酸雨胁迫下土壤呼吸与土壤酶活性、土壤pH、土壤有机碳、土壤养分等的相关分析表明。青冈苗木土壤呼吸与根系呼吸和纤维素酶呈极显著或显著正相关关系。木荷苗木土壤呼吸与根系呼吸、纤维素酶活性、速效磷呈极显著或显著正相关关系，与有机碳呈显著负相关关系。甜槠土壤呼吸与根系呼吸、纤维素酶活性、土壤pH呈极显著或显著正相关，与土壤有机碳含量呈显著负相关。
　　 综合研究结果，酸雨胁迫对3种亚热带典型树种土壤呼吸影响是通过多因子交互作用的结果而达到的，土壤温度仍是调控土壤呼吸季节变化的主要驱动因子，3种酸雨处理下土壤呼吸速率的差异随土壤温度的升高而增大。近地面大气环境及土壤酶活性，土壤化学性质等的变化也对其产生了不容忽视的影响。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1酸雨概况及对森林生态系统的影响

1.1.1酸雨概况

1.1.2酸雨对森林生态系统的影响

1.2土壤呼吸的研究概况及其影响因素

1.2.1土壤呼吸的研究概况

1.2.2环境因子对土壤呼吸的影响

1.3土壤酶

1.4酸雨影响土壤呼吸与土壤酶的机理

1.5研究目的与意义

1.6主要研究内容

第2章酸雨模拟实验的材料和方法

2.1实验地自然概况

2.2酸雨模拟实验的设计

2.2.1供试土壤

2.2.2供试材料

2.2.3实验温室布置

2.2.4酸雨配置及喷施

2.3实验指标测试

2.3.1土壤呼吸速率的测定

2.3.2根系的估算

2.3.3土壤取样

2.3.4土壤化学属性指标及其测定方法

2.3.5土壤酶活性指标

2.4数据处理

第3章酸雨胁迫对土壤化学性质的影响

3.1土壤酸化趋势

3.2土壤碳氮的变化

3.2.1土壤有机碳含量的变化

3.2.2土壤全氮的变化

3.2.3土壤C／N的变化

3.3土壤速效氮、磷、钾的淋失

3.3.1碱解氮含量的变化

3.3.2速效磷含量的变化

3.3.3速效钾含量的变化

3.4本章小结

第4章酸雨对土壤酶活性的影响

4.1土壤脲酶活性的变化

4.2土壤蔗糖酶活性的变化

4.3土壤纤维素酶活性的变化

4.4本章小结

第5章酸雨胁迫对土壤呼吸的影响

5.1土壤呼吸的日变化

5.2土壤呼吸的月动态变化

5.3根系呼吸对土壤总呼吸的贡献率

5.4土壤呼吸与影响因子的关系

5.4.1土壤呼吸与近地面大气状况的关系

5.4.2土壤呼吸与土壤温湿度的关系

5.5土壤呼吸与土壤生物及非生物因子之间的相关关系

5.6本章小结

第6章讨论与结论

6.1酸雨胁迫下土壤呼吸的特征及根系呼吸对土壤呼吸的贡献率

6.1.1酸雨胁迫下3种苗木土壤呼吸的特征

6.1.2酸雨胁迫下根系呼吸对土壤呼吸的贡献率

6.2酸雨胁迫下影响土壤呼吸变化的因子

6.2.1环境因子对土壤呼吸的影响

6.2.2土壤生物化学性质对土壤呼吸的影响

6.3酸雨对土壤呼吸的影响

6.4研究结果的应用价值

参考文献

致谢

硕士期间参与的课题研究以及取得的科研成果