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磷添加对森林土壤有机碳影响的研究进展.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月出版亚热带资源与环境学报 许秋月 何敏 夏允 等.磷添加对森林土壤有机碳影响的研究进展.亚热带资源与环境学报 ():.():.:/.磷添加对森林土壤有机碳影响的研究进展收稿日期:基金项目:国家自然科学基金面上项目(、)国家自然科学基金重大项目()作者简介:许秋月()女 安徽滁州人 硕士研究生 研究方向为全球变化与森林土壤养分循环 通信作者:范跃新()男 山西长治人 研究员 博士 研究方向为全球变化与森林土壤养分循环 许秋月 何敏 夏允 杨柳明 杨玉盛 范跃新(福建师范大学.地理科学学院、碳中和未来技术学院.湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地.地理研究所 福州)摘要:
2、土壤养分供应能力的变化可能会改变森林土壤碳库的源、汇功能 磷是陆地生态系统的限制性养分之一 其有效性变化可直接或间接调控土壤有机碳的周转 目前已有诸多文献探讨了磷添加对森林土壤有机碳的影响及其调控机制 但还缺乏相对系统全面的总结 本研究综述了磷添加对森林土壤有机碳含量的影响 并从有机碳输入(凋落物、根系分泌物)、有机碳输出(土壤呼吸)和有机碳固存机制 个方面揭示磷添加对森林土壤有机碳的影响机制 研究发现磷添加后土壤有机碳含量呈现增加、降低和变化不显著 种结果 主要与生态系统类型、磷添加的强度、土壤碳周转过程等有关 此外 施磷持续时间较短、有机碳组分测定方法不统一以及揭示碳周转过程的手段缺失 是
3、系统预测和评估磷添加对土壤有机碳影响的制约因素未来应重点关注长期施磷对土壤有机碳的影响 并加强与微生物功能组学新技术的融合 同时考虑全球变化背景下氮磷交互作用对森林土壤有机碳的贡献 结果有助于深入理解和准确预测未来气候变化情景下森林土壤碳动态 为森林管理提供理论依据关键词:土壤有机碳组分 颗粒态碳 矿物结合态碳 微生物残体碳 根际过程中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:()().亚热带资源与环境学报第 卷 .:土壤碳储量约是大气碳库的 倍、生物碳库的 倍 其中土壤有机碳库作为陆地生态系统中最大的碳库 其微小的变化可能会显著改变大气二氧化碳()浓度 进而影响全球气候变化 森林碳库是
4、陆地生态系统最大的碳库之一 近一半的有机碳储存于森林土壤中 是大气 的主要来源外源养分输入是土壤碳库变化的重要因子 特别是限制性养分 磷()作为维持陆地生态系统结构和功能的关键元素之一 常被认为是植被生产力的主要限制养分 近年来 化石燃料燃烧和施肥等人类活动导致陆地生态系统的磷输入显著增加 有研究预估额外磷输入量高达陆地生态系统背景值的 倍 等的研究指出全球大气磷沉降的几何均值已增加至 大量的磷输入可能会改变土壤磷有效性 影响植被生产力、土壤微生物群落结构和功能 进而调控土壤有机碳的输入、输出和周转过程目前已有不少研究通过野外控制实验和室内培养实验探索磷添加对土壤有机碳含量和组成的影响其研究对
5、象涵盖不同气候带的多种生态系统类型 其中对森林碳库的研究是探索有机碳动态变化的热点对象 一方面 磷输入通过改变植物根系和菌根合作关系影响地下碳分配 进而影响有机碳的输入和微生物碳利用效率 改变土壤有机碳含量和稳定性 另一方面 磷输入还可以通过与有机化合物竞争吸附位点 使有机化合物解吸 变成可溶性有机质 进而改变土壤有机碳的含量和稳定性 关注磷添加背景下森林土壤有机碳含量和组成的变化及其机制 对于理解区域森林生产力和探索生态系统功能对全球变化的响应具有重要意义 因此 本研究综述了磷添加对森林土壤有机碳含量的影响 并从土壤有机碳来源、周转、排放等角度阐释其可能影响机制 以期为科学认识森林土壤碳动态
6、规律和精准预测未来气候变化提供知识储备 磷添加对森林土壤有机碳含量和组分的影响磷添加对森林土壤有机碳含量和组分的影响已有诸多研究 但结果常因森林类型、研究区域等因素的不同而具有差异 如有研究发现在亚热带马尾松林和次生林中 施磷抑制了土壤呼吸 有利于土壤有机碳累积 在热带海岸带森林中 等也发现连续施磷显著降低了微生物残体及其对有机碳的贡献 促使土壤有机碳含量增多 而 等对美国北部阔叶林施磷后发现有机碳并没有发生显著变化与前者不同的是 陈忠等的研究结果显示磷添加显著促进了亚热带米槠天然林和杉木人工林土壤有机碳矿化速率 可能导致土壤碳储量降低 等在青藏高原东缘亚高山森林长期养分添加定位试验也有类似的
7、发现 这些结果说明磷添加对土壤有机碳含量的影响尚无定论 这可能是由于不同森林生态系统的土壤本底养分不同 对外源磷养分输入的吸收和响应不同磷添加对土壤有机碳影响的差异可能与有机碳组分有关 目前关于土壤有机碳分组主要包括化学分组、物理分组、生物分组、稳定性分组等 其中物理分组主要根据粒级分为颗粒态有机碳()和矿物结合态有机碳()根据土壤有机碳库的周转速率 又可将其分为活性碳和惰性碳库 生物分组则以微生物生物量碳 ()为主 已有研究显示不同有机碳组分对磷添加的响应并不一致 如张秀兰等发现磷添加显著降低了亚热带杉木人工林 土层/值和/值 但土壤惰性碳的含 第 期许秋月等:磷添加对森林土壤有机碳影响研究
8、进展量相对增加 土壤活性碳组分的分解显著增加 在热带森林中也发现磷添加促进了土壤活性碳库的矿化 进而加快对 的分解利用 同时 也有观点认为施磷加速了可溶性有机质()的矿化 热带森林的一项研究则发现施磷显著增加了土壤可溶性有机碳()含量 此外 多数研究发现微生物生物量碳与磷添加呈正相关关系 而微生物残体碳在施磷后则显著降低 这可能是磷添加后土壤有机碳含量变化不一的原因之一 即可能与有机碳组分对磷添加的反馈不同相关 一方面 有机碳各组分占总土壤有机碳的比例不同 如 只占 的 另一方面 不同研究采用的有机碳分组方法不一 可能是土壤有机碳组分对磷添加响应模式不一致的另一个原因 磷添加对森林土壤有机碳含
9、量影响的机制 磷添加对森林土壤有机碳输入的影响凋落物、死根、根系分泌物等是土壤有机碳的主要来源 而土壤养分的丰缺决定着植物源碳的输入量 在缺磷地区 施磷可以增加土壤有效磷含量 提高植被生产力 改变凋落物归还量、根系生物量以及根系分泌物等有机碳源 最终调节土壤有机碳的含量和质量 磷添加对凋落物的影响凋落物是森林土壤有机碳的重要来源 尽管有研究发现施磷后凋落物产量并未发生显著变化但多数研究指出磷添加会改变凋落物含量 如 等发现磷添加显著增加了热带森林凋落物归还量一般认为凋落物输入量与土壤有机碳含量成正比 但也有研究指出尽管施磷后森林净初级生产力和凋落物含量均增加 但土壤有机碳含量却降低 其原因可能
10、是凋落物进入土壤后快速分解 分解速度超过了输入速度 大部分以 形式排出地表 这说明评估磷添加对土壤有机碳的影响 需要同时考虑凋落物碳输入与输出及储存三者之间的平衡除了对凋落物含量的影响 磷添加也可以通过凋落物分解速率显著改变土壤有机碳含量 和 发现磷添加促进了凋落物的分解 相反 磷添加也可抑制凋落物的分解 如有研究指出在热带亚热带森林土壤中 磷添加降低了凋落物的分解速率 此外 还有对热带雨林地区的研究发现外源磷的输入并未显著改变其凋落物分解速率 这可能是因为一方面施磷后促进了土壤微生物的生长和活性 提高其对凋落物的分解能力 另一方面 磷添加也可能抑制某些分解微生物的生长和活动 因为在磷过量的情
11、况下 某些微生物的代谢和生理过程会受到抑制 磷添加对根系及根系分泌物的影响根际是土壤有机碳周转的热点区域 据研究 植物光合作用固定的碳有 以根系分泌物的形式释放到根际 一部分直接与土壤矿物结合 一部分被微生物同化之后以微生物残体的方式在土壤中保存下来 成为土壤有机碳的重要来源 同时 根际还是土壤碳排放的活跃区域 全球范围内根际过程释放的 可能是人类活动碳排放的 倍 占陆地初级生产力的 植物通过根系向微生物提供碳源 并通过微生物获取氮磷等限制性养分 因此 磷添加后土壤供磷能力的增加 可能会影响植物以获取磷为目的的地下碳分配 进而影响根系周转和土壤有机碳的累积 在低磷胁迫下 植物与真菌形成菌根共生
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