亚热带常绿阔叶林土壤呼吸对模拟干旱和氮添加的响应及机制
发布时间：2021-11-04 07:03
常绿阔叶林是我国亚热带区域的地带性植被,同时也是陆地生态系统最重要的生物区系之一,约占我国国土总面积的27%。全球变化导致亚热带常绿阔叶林干旱和氮沉降发生的频率和强度显著增加,这将对中国乃至全球碳循环产生深远影响。土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的第二大碳通量,其与气候变化间的反馈过程是生态系统调节气候系统的关键环节。然而,当前关于亚热带常绿阔叶林土壤呼吸对干旱和氮沉降的响应及其调控机制依然缺乏深入的认识。本研究依托浙江天童森林生态系统国家野外观测研究站的大型极端干旱（包括对照和隔离降水70%两种处理）和氮磷添加（包括对照、低氮、高氮、磷、磷+低氮和磷+高氮六种处理）控制实验平台,通过对土壤呼吸的长期定位监测,结合土壤微气候、土壤养分、微生物群落和根系等变化,分别探讨模拟干旱和氮添加对亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的影响及其调控机制。在此基础上,利用实验观测数据结合陆地生态系统碳氮耦合模型（TECO-CN）,通过数据-模型融合方法模拟干旱和氮沉降对亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的综合效应,预测我国亚热带常绿阔叶林土壤呼吸的未来变化趋势并探讨其驱动机制。主要结果如下:（1）模拟干旱对土壤呼吸的影响:持...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
土壤呼吸与全球碳循环过程示意图(修改自张国栋,2019;Ciaisetal.,2013)
第一章绪论7降呈现正响应特性。与此同时，不同生态系统以及实验时间下，自养和异养呼吸对氮沉降的响应也存在显著的差异。这些差异主要来源外界环境驱动自养和异养呼吸的机制不同。例如，在氮沉降高发地区，外界氮的输入可能会诱发土壤氮的过饱和现象，但是由于植物根系本身对土壤氮耐受性的阈值高于微生物，导致异养呼吸对氮的响应更为敏感和快速，这种现象在亚热带的森林生态系统中得到了验证（Liuetal.,2019）。图1-2土壤呼吸及其组分示意图。Figure1-2Schematicdiagramofsoilrespirationanditscomponents.土壤呼吸在全球碳循环过程中扮演着至关重要的作用，因此，被视为减缓全球变化进程的核心和关键点（图1-1）。但是当前关于对土壤呼吸和全球碳循环关系的认知仍存在较大的缺陷。这些问题来源于土壤呼吸对全球碳循环过程与之间的反馈过程及相关调控机制的不清楚。例如，在全球环境变化背景下，增温、升高CO2等在实验初期将会加速生态系统土壤有机碳的分解，导致更多的CO2以土壤呼吸的形式释放到大气层中，触发生态系统碳循环-气候变化之间的正反馈过程（图1-3，Luoetal.,2001）。但是当前一些研究普遍认为，这种正反馈过程由于底物的可利用性及植物和微生物适应性等情况，并不会一直持续下去（Bradfordetal.,2015），后期甚至会出现负反馈调节过程。这些正或负的反馈过
华东师范大学2020届博士学位论文8程可能会进一步加速或者削弱气候变化对碳循环的效应（Careyetal.,2016）。Bond-Lamberty等（2018）在Nature上报道了全球从1990年到2007年显著升高的大气温度刺激了土壤呼吸的排放，并通过叶绿素荧光、遥感卫星反演、结合野外控制实验数据发现微生物呼吸的占比在逐年增加。图1-3陆地生态系统土壤呼吸和全球环境变化之间的正、负反馈过程（修改自Luoetal.,2001）。Figure1-3Positiveandnegativefeedbackbetweensoilrespirationandglobalchangeofterrestrialecosystems(modifiedfromLuoetal.,2001).1.2.2土壤呼吸的生物和非生物影响因素土壤呼吸是发生在植物-土壤-微生物系统之间复杂的生物化学过程，涉及到物理、化学和生物学等多个过程，同时受到气候、土壤质地、温度、湿度、养分、底物可利用性、物种功能性状、微生物活性以及生物生产力等多个生物和非生物因素的调控（图1-4，Luo&Zhou,2006）。这些生物因素和非生物因素之间不同的复杂作用导致土壤呼吸在站点、生态系统、区域和全球存在差异。目前普遍的观点认为，气候（特别是温度）是在全球尺度上调控土壤呼吸最重要的因素，这
【参考文献】：
期刊论文
[1]极端干旱对陆地生态系统的影响:进展与展望[J]. 周贵尧,周灵燕,邵钧炯,周旭辉. 植物生态学报. 2020(05)
[2]陆地生态系统土壤呼吸对全球气候变化响应的研究进展[J]. 李耸耸,周贵尧,胡嘉琪,程伟松,王嘉伟,袁腾飞,伏玉玲. 亚热带资源与环境学报. 2018(02)
[3]模拟干旱对亚热带森林土壤微生物生物量及群落结构的影响[J]. 聂园园,周贵尧,邵钧炯,周灵燕,刘瑞强,翟德苹,周旭辉. 复旦学报(自然科学版). 2017(01)
[4]2005-2013年中国新增造林植被生物量碳库固碳潜力分析[J]. 廖亮林,周蕾,王绍强,汪小钦. 地理学报. 2016(11)
[5]泉州湾洛阳江河口湿地土壤肥力质量特征分析[J]. 周贵尧,吴沿友,张明明. 土壤通报. 2015(05)
[6]哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤温度时空分布对模拟增温的响应[J]. 张一平,武传胜,梁乃申,沙丽清,罗鑫,刘玉洪. 生态学杂志. 2015(02)
[7]农户杉木经营的固碳能力影响因素及碳供给决策措施[J]. 宁可,沈月琴,朱臻,黄敏,王成军. 林业科学. 2014(09)
[8]天童国家森林公园植被碳储量估算[J]. 郭纯子,吴洋洋,倪健. 应用生态学报. 2014(11)
[9]干湿交替对土壤碳库和有机碳矿化的影响[J]. 王苑,宋新山,王君,严登华,王宇晖,周斌. 土壤学报. 2014(02)
[10]氮沉降对我国森林生态系统生物多样性的影响研究进展[J]. 孙元,邵红涛,薛春梅,王贵强. 黑龙江大学工程学报. 2013(02)
博士论文
[1]陆地生态系统碳氮耦合模型的矩阵化及其应用[D]. 杜正刚.华东师范大学 2019
[2]亚热带常绿阔叶林演替过程中植物根系对土壤碳累积的影响及机制[D]. 刘瑞强.华东师范大学 2019
硕士论文
[1]中亚热带格氏栲天然林和杉木人工林土壤呼吸及其组分对土壤增温的响应[D]. 李先锋.福建师范大学 2018
[2]杉木人工林土壤呼吸对干旱及氮沉降的响应研究[D]. 申宵潇.中南林业科技大学 2017
[3]氮磷添加和植物根系对中亚热带常绿阔叶林土壤氮矿化的影响[D]. 苏渝钦.华东师范大学 2016
[4]施氮对天童木荷林土壤有机碳库组成和分解的影响[D]. 李丹丹.华东师范大学 2015
[5]浙江天童亚热带常绿阔叶林土壤呼吸空间异质性研究[D]. 高杰.复旦大学 2014
[6]氮磷添加对浙江天童木荷林土壤呼吸及凋落物特性的影响[D]. 吕妍.华东师范大学 2013
本文编号：3475240
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
土壤呼吸与全球碳循环过程示意图(修改自张国栋,2019;Ciaisetal.,2013)
第一章绪论7降呈现正响应特性。与此同时，不同生态系统以及实验时间下，自养和异养呼吸对氮沉降的响应也存在显著的差异。这些差异主要来源外界环境驱动自养和异养呼吸的机制不同。例如，在氮沉降高发地区，外界氮的输入可能会诱发土壤氮的过饱和现象，但是由于植物根系本身对土壤氮耐受性的阈值高于微生物，导致异养呼吸对氮的响应更为敏感和快速，这种现象在亚热带的森林生态系统中得到了验证（Liuetal.,2019）。图1-2土壤呼吸及其组分示意图。Figure1-2Schematicdiagramofsoilrespirationanditscomponents.土壤呼吸在全球碳循环过程中扮演着至关重要的作用，因此，被视为减缓全球变化进程的核心和关键点（图1-1）。但是当前关于对土壤呼吸和全球碳循环关系的认知仍存在较大的缺陷。这些问题来源于土壤呼吸对全球碳循环过程与之间的反馈过程及相关调控机制的不清楚。例如，在全球环境变化背景下，增温、升高CO2等在实验初期将会加速生态系统土壤有机碳的分解，导致更多的CO2以土壤呼吸的形式释放到大气层中，触发生态系统碳循环-气候变化之间的正反馈过程（图1-3，Luoetal.,2001）。但是当前一些研究普遍认为，这种正反馈过程由于底物的可利用性及植物和微生物适应性等情况，并不会一直持续下去（Bradfordetal.,2015），后期甚至会出现负反馈调节过程。这些正或负的反馈过
华东师范大学2020届博士学位论文8程可能会进一步加速或者削弱气候变化对碳循环的效应（Careyetal.,2016）。Bond-Lamberty等（2018）在Nature上报道了全球从1990年到2007年显著升高的大气温度刺激了土壤呼吸的排放，并通过叶绿素荧光、遥感卫星反演、结合野外控制实验数据发现微生物呼吸的占比在逐年增加。图1-3陆地生态系统土壤呼吸和全球环境变化之间的正、负反馈过程（修改自Luoetal.,2001）。Figure1-3Positiveandnegativefeedbackbetweensoilrespirationandglobalchangeofterrestrialecosystems(modifiedfromLuoetal.,2001).1.2.2土壤呼吸的生物和非生物影响因素土壤呼吸是发生在植物-土壤-微生物系统之间复杂的生物化学过程，涉及到物理、化学和生物学等多个过程，同时受到气候、土壤质地、温度、湿度、养分、底物可利用性、物种功能性状、微生物活性以及生物生产力等多个生物和非生物因素的调控（图1-4，Luo&Zhou,2006）。这些生物因素和非生物因素之间不同的复杂作用导致土壤呼吸在站点、生态系统、区域和全球存在差异。目前普遍的观点认为，气候（特别是温度）是在全球尺度上调控土壤呼吸最重要的因素，这
【参考文献】：
期刊论文
[1]极端干旱对陆地生态系统的影响:进展与展望[J]. 周贵尧,周灵燕,邵钧炯,周旭辉. 植物生态学报. 2020(05)
[2]陆地生态系统土壤呼吸对全球气候变化响应的研究进展[J]. 李耸耸,周贵尧,胡嘉琪,程伟松,王嘉伟,袁腾飞,伏玉玲. 亚热带资源与环境学报. 2018(02)
[3]模拟干旱对亚热带森林土壤微生物生物量及群落结构的影响[J]. 聂园园,周贵尧,邵钧炯,周灵燕,刘瑞强,翟德苹,周旭辉. 复旦学报(自然科学版). 2017(01)
[4]2005-2013年中国新增造林植被生物量碳库固碳潜力分析[J]. 廖亮林,周蕾,王绍强,汪小钦. 地理学报. 2016(11)
[5]泉州湾洛阳江河口湿地土壤肥力质量特征分析[J]. 周贵尧,吴沿友,张明明. 土壤通报. 2015(05)
[6]哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤温度时空分布对模拟增温的响应[J]. 张一平,武传胜,梁乃申,沙丽清,罗鑫,刘玉洪. 生态学杂志. 2015(02)
[7]农户杉木经营的固碳能力影响因素及碳供给决策措施[J]. 宁可,沈月琴,朱臻,黄敏,王成军. 林业科学. 2014(09)
[8]天童国家森林公园植被碳储量估算[J]. 郭纯子,吴洋洋,倪健. 应用生态学报. 2014(11)
[9]干湿交替对土壤碳库和有机碳矿化的影响[J]. 王苑,宋新山,王君,严登华,王宇晖,周斌. 土壤学报. 2014(02)
[10]氮沉降对我国森林生态系统生物多样性的影响研究进展[J]. 孙元,邵红涛,薛春梅,王贵强. 黑龙江大学工程学报. 2013(02)
博士论文
[1]陆地生态系统碳氮耦合模型的矩阵化及其应用[D]. 杜正刚.华东师范大学 2019
[2]亚热带常绿阔叶林演替过程中植物根系对土壤碳累积的影响及机制[D]. 刘瑞强.华东师范大学 2019
硕士论文
[1]中亚热带格氏栲天然林和杉木人工林土壤呼吸及其组分对土壤增温的响应[D]. 李先锋.福建师范大学 2018
[2]杉木人工林土壤呼吸对干旱及氮沉降的响应研究[D]. 申宵潇.中南林业科技大学 2017
[3]氮磷添加和植物根系对中亚热带常绿阔叶林土壤氮矿化的影响[D]. 苏渝钦.华东师范大学 2016
[4]施氮对天童木荷林土壤有机碳库组成和分解的影响[D]. 李丹丹.华东师范大学 2015
[5]浙江天童亚热带常绿阔叶林土壤呼吸空间异质性研究[D]. 高杰.复旦大学 2014
[6]氮磷添加对浙江天童木荷林土壤呼吸及凋落物特性的影响[D]. 吕妍.华东师范大学 2013
本文编号：3475240
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