| 题名 | 贡嘎山峨眉冷杉林凋落物分解过程中磷的释放动态及影响因素 |
| 作者 | 何清清 |
| 答辩日期 | 2020 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吴艳宏 |
| 关键词 | 贡嘎山峨眉冷杉林 凋落物分解 磷释放 微生物群落结构 酶活性 |
| 学位名称 | 博士 |
| 其他题名 | Phosphorus release dynamics and influencing factors during litter decomposition of Abies fabri forests in Gongga Mountain |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 凋落物中磷（P）的归还和释放是森林生态系统P循环的重要环节，并深刻影响植物的P养分状况。亚高山森林生态系统是全球变化的敏感区，其凋落物层较为发育并密集分布植物根系和微生物量，所以阐明凋落物中P的释放动态和影响因素有助于预测全球变化背景下亚高山生态系统的演化动态和固碳潜力。当前凋落物分解的研究多关注其短期分解过程，而缺乏对短期和长期过程的结合；多关注凋落物分解过程本身，而缺乏将凋落物分解过程中P的释放与生态系统P循环结合，因而有待对亚高山森林生态系统P的释放过程及影响因素开展深入研究。本研究针对贡嘎山东坡峨眉冷杉林（海拔2800 m-3500 m），选取不同海拔高度的四个样点，以海拔梯度代表不同气候特征，以凋落物分层代表凋落物长期分解的不同阶段，通过野外调查采样、凋落物袋实验和室内凋落物培养实验，利用磷形态分析、酶活性测定和高通量测序等手段，监测了不同海拔高度峨眉冷杉林凋落物中的P归还量，估算了凋落物层P的储量和周转通量，并分析了凋落物中P的短期和长期释放特征和影响因素。主要结果和结论如下：（1）贡嘎山不同海拔高度峨眉冷杉林凋落物以针叶为主。凋落物层理化性质、碳（C）质量和微生物量计量比未随海拔高度变化发生趋势性改变，但受凋落物分解阶段影响显著。随凋落物分解程度增加，13C和15N稳定同位素自然丰度增加，反映凋落物中微生物来源组分增加；凋落物的C质量（以纤维素酶和氧化还原酶活性比值表示）和酶活性C:P计量比下降；微生物量和酶活性也呈下降趋势；微生物群落结构发生显著改变，共生真菌取代腐生真菌成为优势功能类群。（2）凋落物层P的储量和周转通量是生态系统磷循环的重要组成部分，其中微生物在凋落物层磷循环中发挥重要作用。贡嘎山不同海拔高度峨眉冷杉林凋落物中的年归还量介于0.189 ± 0.017 g/m2至0.389 ± 0.027 g/m2之间，且在非生长季大于生长季；凋落物层P储量介于8.0 ± 0.5 g/m2至18.3 ± 3.3 g/m2之间，周转时间介于20.6年至80.6年之间。凋落物层中，活性态P储量在不同海拔高度差异显著（2.4 ± 0.1 g/m2至5.1 ± 0.5 g/m2），但均明显大于峨眉冷杉林对P的年需求量（0.11 g m-2 yr-1至0.31 g m-2 yr-1），表明贡嘎山东坡峨眉冷杉林的P养分状况相对充足。凋落物层微生物量P储量介于1.5 ± 0.2 g/m2至11.0 ± 0.7 g/m2之间，为植物P储量的12%-85%；凋落物层微生物量P与活性态无机P含量呈正相关，说明其快速周转未导致微生物与植物对P的竞争。（3）野外凋落物袋分解实验和室内培养实验揭示了不同海拔高度和凋落物分解阶段P的净释放速率。基于野外凋落物袋分解实验（30个月）估算的峨眉冷杉针叶中P的半数释放时间为2.1年至3.0年，95%释放时间为10.6年至15.2年，但这一短期实验结果很可能高估了凋落物中P的释放速率。室内凋落物培养实验表明凋落物中P的净释放速率介于0.03 mg kg-1 day-1至2.66 mg kg-1 day-1之间，释放速率在凋落物分解初期（L层和F层）高于后期（H层）。培养过程中微生物量P的减少与P的净释放速率显著相关（R2 = 0.34，p < 0.001），表明易分解有机碳耗竭导致的微生物量P的减少是培养过程中P净释放的来源。基于本次培养实验，氮（N）和P的净矿化速率无直接耦合关系。（4）温度和凋落物分解阶段是影响凋落物中P净释放速率的主要因素，而磷酸酶基因的组成型表达可能在较大程度上影响了野外条件下凋落物中P的潜在矿化速率。室内培养实验表明贡嘎山峨眉冷杉林凋落物中P的净释放速率与温度呈正相关（R2 = 0.15, p = 0.002），但在野外条件下由于凋落物层含水率、冬季雪被厚度和微生物群落组成等样点间差异，凋落物袋实验获得的P净释放速率未表现出显著海拔分异。凋落物C质量与P的净释放速率呈显著正相关（R2 = 0.47, p < 0.001），而C:P计量比不是影响P净释放速率的主要因素。冗余分析表明，凋落物层P的潜在释放速率（以磷酸酶活性表示）受P形态影响较小，而与凋落物理化性质（总碳、pH）和微生物量关系密切；基于凋落物层微生物功能预测和路径分析，酸性磷酸酶基因的组成型表达很大程度上决定了凋落物层的磷酸酶活性，并进而影响P的潜在释放速率。本研究有助于加深对亚高山生态系统磷的生物地球化学循环机制的理解，可为预测全球变化背景下亚高山生态系统的演化规律和固碳潜力提供数据和理论支撑，也有助于合理开展亚高山森林的保护和管理。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 148 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/55028]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 何清清. 贡嘎山峨眉冷杉林凋落物分解过程中磷的释放动态及影响因素[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
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