盐碱农田全年候土壤活性和惰性有机碳变化及其微生物作用研究

发布时间：2020-04-06 17:53

【摘要】：土壤有机碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,其微小的变化会对大气CO2浓度产生重要的作用,继而影响全球气候变化。土壤有机碳库包括活性碳库和惰性碳库,目前的研究主要集中于活性碳库,对惰性碳库的研究相对较少。土壤活性有机碳是有机碳变化的重要指标,惰性有机碳主要贡献于碳库储存。土壤微生物是土壤碳循环的重要驱动力,控制着有机碳的分解和累积。研究季节性冻土区盐碱农田全年候土壤活性和惰性有机碳的变化及其微生物作用机制是碳循环的新问题。吉林西部是世界三大盐碱土区之一,位于全球气候变化研究的中国东北样带,是气候变化和碳循环研究的重要地区。土壤盐碱化程度可以通过影响地上、地下生物量及微生物的活动而影响有机碳循环过程。本研究以该区盐碱农田土壤为对象,将野外样品采集、土壤室内分析测试、分子生物学技术、数据分析和模型模拟相结合,揭示非生长季和生长季土壤活性有机碳和惰性有机碳的变化规律,分析土壤微生物生物量和群落结构的变化特征,探究微生物对土壤活性和惰性有机碳的作用。结果表明:(1)盐碱水田、旱田土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、轻组有机碳(LFOC)、活性有机碳(ASOC)和惰性有机碳(ROC)含量均随土壤深度增加而降低,且含量在相同土层深度随盐碱程度的增加而降低。盐碱水田、旱田土壤DOC含量在冻结初期升高,并在冷冻期达到最高,在完全融化期降低,MBC含量变化趋势正好相反。水田土壤LFOC、ASOC及ROC含量在冻结初期和冷冻期无明显变化,在完全融化期升高。旱田LFOC、ASOC、ROC含量在冻结初期有所升高,冷冻期无明显变化,完全融化期升高。非生长季水田、旱田DOC含量占SOC的比例(DOC/SOC)变化一致,即在冻结初期升高,在冷冻期达到最大值,在完全融化期降低,而MBC含量占SOC的比例(MBC/SOC)变化趋势正好相反。非生长季水田各土层LFOC含量占SOC的比例(LFOC/SOC)在冻结初期、冷冻期无明显变化,在完全融化期升高。非生长季旱田LFOC/SOC无一致的变化规律。非生长季水田、旱田各土层ASOC、ROC占有机碳的比例(ASOC/SOC,ROC/SOC)无统一变化规律。(2)生长季水田土壤DOC含量在幼苗期、分蘖期降低,在灌浆期、完熟期升高;MBC含量在幼苗期、分蘖期升高,在灌浆期达到最大,在完熟期降低;LFOC、ASOC含量在幼苗期、分蘖期降低,在灌浆期升高,在完熟期降低;ROC含量在幼苗期不变,在分蘖期降低,在灌浆期升高,在完熟期无明显变化。生长季旱田土壤DOC、MBC、LFOC、ASOC、ROC含量在幼苗期、分蘖期升高,在灌浆期、完熟期降低。生长季水田DOC/SOC在幼苗期、分蘖期降低,在灌浆期、完熟期升高;MBC/SOC在幼苗期、分蘖期升高,在完熟期下降;LFOC/SOC没有一致的变化规律;ASOC/SOC在幼苗期、分蘖期持续降低,在灌浆期升高,在完熟期又降低;ROC/SOC在幼苗期、分蘖期逐渐升高,在灌浆期降低,在完熟期升高。旱田DOC/SOC在幼苗期、分蘖期升高,在灌浆期、完熟期降低;MBC/SOC在幼苗期、分蘖期升高,在完熟期下降;LFOC/SOC、ASOC/SOC无统一的变化规律;ROC/SOC变化规律不一致,但基本都在灌浆期达到最大。(3)水田、旱田非生长季土壤细菌PLFA、真菌PLFA、放线菌PLFA及微生物总PLFA含量变化规律一致,即在冻结初期降低,在冷冻期降至最低,在完全融化期升高。非生长季水田、旱田各土层细菌PLFA占微生物总PLFA(细菌PLFA/总PLFA)含量的比例在冻结初期升高,在完全融化期降低。水田、旱田各土层真菌PLFA占微生物总PLFA含量的比例(真菌PLFA/总PLFA)在冻结初期、冷冻期降低,在完全融化期升高。水田、旱田放线菌PLFA占微生物总PLFA含量的比例(放线菌PLFA/总PLFA)无一致的变化规律。水田和旱田真菌PLFA与细菌PLFA的比例(真菌PLFA/细菌PLFA)在冻结初期和冷冻期降低,在完全融化期升高。(4)生长季水田土壤细菌、真菌、放线菌及微生物总PLFA含量变化一致,即在幼苗期、分蘖期、灌浆期持续升高,在完熟期降低。旱田各土层土壤细菌、真菌、放线菌及微生物总PLFA含量在幼苗期、分蘖期升高,在灌浆期、完熟期降低。生长季水田细菌PLFA/总PLFA在幼苗期、分蘖期、灌浆期降低,在完熟期升高;真菌PLFA/总PLFA无一致的变化规律;放线菌PLFA/总PLFA自幼苗期至灌浆期有升高趋势,在分蘖期或灌浆期达到最大,在完熟期降低;生长季水田真菌PLFA/细菌PLFA无统一的变化规律。生长季旱田细菌PLFA/总PLFA及放线菌PLFA/总PLFA无一致的变化规律;真菌PLFA/总PLFA在幼苗期、分蘖期升高,在灌浆期降低。旱田真菌PLFA/总PLFA在幼苗期、分蘖期升高,在灌浆期降低。生长季水田、旱田真菌PLFA/细菌PLFA均无一致的变化规律。(5)盐碱胁迫通过影响微生物活性进而抑制土壤有机碳的矿化和有机质的降解,盐碱程度越高,有机碳的周转速率越慢。无论是非生长季还是生长季,盐碱程度越高、土壤深度越大,活性和惰性有机碳、活性有机碳组分及微生物PLFA的季节性变化量越小。(6)非生长季水田DOC含量与细菌、真菌、放线菌、微生物总PLFA含量均无显著的相关关系,而MBC、LFOC、ASOC、ROC分别与细菌、真菌、放线菌、微生物总PLFA含量呈显著正相关(P0.01)。生长季水田DOC、MBC、LFOC、ASOC、ROC含量分别与细菌、真菌、放线菌、微生物总PLFA含量呈显著正相关。生长季与非生长季旱田DOC、MBC、LFOC、ASOC、ROC分别与细菌、真菌、放线菌、微生物总PLFA含量呈显著正相关。(7)生长季土壤微生物是土壤活性和惰性有机碳含量变化的重要驱动因素。非生长季土壤微生物活性不仅影响该季土壤活性和惰性有机碳的变化,而且对下个生长季土壤活性和惰性有机碳有潜在影响。
【图文】：

地处松嫩平原南侧，科尔沁草原东部，包括白城、松原两个地级市，其下共下辖 10 个行政区[251]（图2-1），其中松原市下辖宁江区、前郭县、长岭县、乾安县、扶余市，白城市下辖洮北区、镇赉县、通榆县、洮南市、大安市。图 2-1 吉林西部地理位置图[8]2.1.2 气候条件吉林西部属于典型的半干旱半湿润大陆性季风气候[252]，春季降雨较少，升温较快，蒸发量大，，4、5 月份蒸发量几乎达到全年蒸发量的一半；夏季温度也是全年最高（图 2-2），6 至 8 月份降雨量超过全年降雨量的一半（图 2-3）。秋季天气晴朗，昼夜温差较大，持续时间短暂。冬季寒冷漫长，降雪较多，空气干燥。

图 2-4 吉林西部地貌图[253]2.1.4 土壤类型与主要粮食面积从图 2-5 可以看出，吉林西部的主要土壤类型为黑土、黑钙土、淡黑钙土、盐土、碱土等。黑土主要分布于东部，腐殖质含量较高，多为肥沃农田。黑钙土和淡黑钙土主要分布在中部地区，土壤有机质相对较多。盐碱土主要位于西部地区，沙丘绵延，地势较低处常有盐碱泡沼出现，周围分布碱化草甸土或盐土，表土层下存在暗碱层。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S151.9

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本文编号：2616835