高浓度臭氧熏蒸下银杏凋落叶的分解及其土壤响应特征

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凋落物被认为是土壤有机C的主要来源,其控制着土壤C库的大小,调控大气C平衡与陆地生态系统养分循环,对提高森林生产力的和维持森林可持续发展具有重要意义。对流层O3浓度不断升高抑制了植物生长,降森林生态系统活力,改变了凋落物的质与量,影响凋落物分解。因此,研究O3浓度升高下的凋落物分解对理解全球变化背景下的陆地生态系统物质循环十分重要。  本研究采用开顶箱(OTCs)模拟法,以生长在自然O3浓度环境下银杏凋落叶(CK银杏凋落叶)和经一个生长季的160ppb O3熏蒸的银杏凋落叶(EO3银杏凋落叶)为研究对象,利用网袋分解法,将两种银杏凋落叶同时放入CK的OTCs(约40ppb)和160ppb O3OTCs下进行195d的分解实验,用来探究O3浓度升高对银杏凋落叶分解的影响。研究结果表明:  (1)O3浓度升高改变了银杏凋落叶的化学组含量。与CK银杏凋落叶相比,EO3银杏凋落叶中N含量增加(15.87%,P<0.01),但木质素、总酚、P、Ca、Mg和Mn含量下降(分别降低19.41%、10.95%、21.18%、20.69%、40.89%和17.22%,p<0.05)。高浓度O3下银杏凋落叶C/N、木质素/N的显著下降提高了凋落叶质量,有利于其分解。  (2)O3从改变凋落物质量和分解环境两方面来影响凋落物分解速率。分解环境相同,EO3银杏凋落叶分解较快,其残留率较CK银杏凋落叶低21.02%(195d);凋落叶相同,160ppb O3的分解环境抑制银杏凋落叶分解,其残留率较CK提高13.13%(195d)。总体而言,银杏凋落叶化学成分变化对分解促进的效应大于高浓度O3分解环境的抑制效应,因此,O3促进了银杏凋落叶的分解。  (3)凋落叶分解过程中,EO3银杏凋落叶养分释放较CK银杏凋落叶快。高浓度O3熏蒸并未改变银杏凋落叶养分的释放模式,但抑制其释放,160ppb O3OTCs中凋落叶各组分的残留率高于CK OTCs(P<0.05)。  (4)高浓度O3环境下土壤含水量显著降低(P<0.05),在分解的第61d、100d和131d分别降低22.64%、30.80%和32.63%;在分解过程160ppb O3OTCs中土壤酸化(P<0.05),这可能是高浓度O3熏蒸环境抑制银杏凋落叶分解的原因之一。  (5)高浓度的O3熏蒸抑制了土壤微生物活性。160ppb O3下土壤总磷脂脂肪酸(PLFAs)含量极显著降低(P<0.01),G+/G-比值上升(P<0.05),而真菌/细菌比值在分解第61~131d降低(P<0.05)。凋落物的分解是细菌、真菌等土壤微生物作用下进行的,土壤微生物量的下降和其群落结构的变化都将对银杏凋落叶的分解造成影响。  (6)高浓度的O3熏蒸还显著抑制了土壤水解酶的活性(P<0.01)。酸性磷酸水解酶(AP)、β-糖苷酶(βX)、纤维二糖水解酶(CB)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(β-NAG)活性在分解的第61d较CK分解环境分别降低45.93%、28.05%、16.40%、7.78%和41.14%。O3下土壤微生物的量和土壤酶活性的降低主要集中于凋落物分解的第61~131d,这与高浓度O3下土壤含水量和土壤微生物量的显著下降相一致,高浓度O3熏蒸环境对银杏凋落叶分解的抑制作用可能主要是由于其所导致的土壤含水量的降低抑制了土壤微生物和土壤酶的活性,从而抑制了凋落物的分解。
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