肖甸湖湿地农田转变为森林对土壤有机碳及土壤微生物量碳的影响.docx

1、肖甸湖湿地农田转变为森林对土壤有机碳及土壤微生物量碳的影响南京林业大学本科毕业设计（论文）肖甸湖湿地农田转变为森林对土壤有机碳及土壤微生物量碳的影响摘 要土壤碳库是陆地生态系统中贮量最大的部分，土壤碳库的变化受各种因素的影响，尤其是受土地利用变化的影响。肖甸湖湿地在上个世纪经历了从围湖造田到植树造林的土地利用方式的变化。本文从碳循环的角度出发，探讨了围湖造田后不同土地利用方式下土壤有机碳和土壤微生物量碳含量的变化，试图来分析湖泊底泥变为陆地土壤后是成为碳源还是碳汇的问题。通过对肖甸湖森林公园内香樟林、毛竹林、水杉林、农田四种植被类型土壤有机碳、土壤微生物量碳及土壤微生物熵的测定，研究了肖甸湖湿

2、地区域土地利用方式的改变对土壤有机碳及土壤微生物量碳的影响。研究结果表明：不同植被类型土壤有机碳含量大小依次为：毛竹香樟水杉农田；不同植被类型土壤微生物量碳含量大小依次为：农田水杉香樟毛竹；不同植被类型土壤微生物熵大小依次为：农田水杉香樟毛竹。研究结果指示，在肖甸湖湿地区域农田转变为森林会促进土壤有机碳含量的提高，而农田转变为森林后土壤微生物量碳及土壤微生物熵降低，会进一步促进土壤有机碳的积累，在全球碳循环中起到碳汇的作用，进而会减缓全球变暖的趋势。关键词 土地利用 土壤微生物量碳 土壤 围湖造田The impact of Land-use change from Cropland to Fo

3、rest on Soil Organic Carbon and Soil Microbial Biomass Carbon in Xiaodian Lake Wetland AbstractClimate change and its impact on the human is one of the largest environmental problems, global warming in many parts of the worlds have already had a significant impact on natural ecosystems, including th

4、e carbon cycle, which is a key component of these issues. And Soil carbon pool in terrestrial ecosystems is the largest reserves of the soil. Carbon pool changes are affected by various factors, especially the impact of land-use change. In this paper, through experiments in the Xiaodian Lake Forest

5、Park-like set of four criteria camphora forest, Phyllostachys pubescens, Metasequoia forests and cropland, I studied the content of soil organic carbon and soil microbial biomass carbon and the impact of land-use change from cropland to forest on soil organic carbon and soil microbial biomass carbon

6、 in Xiaodian Lake wetland. I find that soil organic carbon increase when soil change from cropland to forest(Phyllostachys pubescenscamphoraMetasequoiacropland) and soil microbial biomass carbon decrease when soil change from cropland to forest(croplandMetasequoiacamphoraPhyllostachys pubescens). It

7、 also imply that soil microbial biomass quotient decrease when soil change from cropland to forest(croplandMetasequoiacamphoraPhyllostachys pubescens). In a word, when soil change from cropland to forest soil organic carbon increase but soil microbial biomass carbon decrease. From the research, it c

8、an have a profound impact on the content of soil organic carbon. This is of great significance to strengthen the agricultural soil carbon sequestration capacity of organic matter for the study. They are also of great significance to terrestrial ecosystems for sustainable development and sustainable

9、use of land resources, and the study of global climate change. Key Words: land management; soil microbial biomass carbon; soil；reclaiming land from lakes 目 录1. 前言 62. 研究地概况与研究方法 132.1 研究地概况 132.2 研究方法 142.2.1 样品的采集 142.2.2 土壤基本理化性质的测定 152.2.3 土壤微生物量的测定 153. 研究结果与结论 153.1 农田转变为森林对土壤有机碳与含水量的影响 153.2 农

10、田转变为森林对土壤微生物量碳的影响 163.3 农田转变为森林对土壤微生物熵的影响 173.4 农田转变为森林土壤微生物量碳的变异系数 183.5 农田转变为森林土壤有机碳的变异系数 194. 讨论与建议 195. 致 谢 22参考文献 231. 前言20世纪五六十年代严重的环境问题出现后，尽管世界各国采取了许多治理措施，但环境仍在不断恶化，而且，局部地区问题突破了区域和国家的疆界，演变成为全球性的问题。气候变化问题已成为科学界、政治界和民众最为关注的全球环境问题之一。科学家经过大量观测，认为温室效应是引起全球气候变化的一个重要原因。他们认为，引起气候变化的主要温室气体有二氧化碳、氯氟烃、甲烷

11、及氧化亚氮，而二氧化碳是造成温室效应的主要元凶。科学家们还得出结论：过去100 年来地球表面温度已上升了0.30.61。全球气候变暖将给人类造成极为严重的环境问题。观测表明，全球气候变暖对全球许多地区的自然生态系统已经产生了影响，如海平面升高，冰川退缩，冻土融化，河(湖)封冻期缩短，中、高纬生长季节延长，动植物分布范围向南、北极区和高海拔区延伸，某些动植物数量减少，一些植物开花期提前；与全球变暖关系密切的一些极端事件，如厄尔尼诺、干旱、洪水、热浪、雪崩和风暴、沙尘暴、森林火灾等，其发生频率和强度也有所增加。预计到2100 年，地球平均地表气温将比1990年上升1.45.8，全球平均海平面将比1

12、990 年上升0.090.88m。一些极端事件(如高温天气、强降水、热带气旋、强风等)发生的频率会增加2。气候变化及其影响是当前人类面临的一个最大的环境问题，其中碳循环又是这些问题的关键部分。土壤碳库是陆地生态系统中贮量最大的部分。土壤碳库大约有1550 Pg 有机碳和750 Pg 无机碳（01m土层），是大气碳库的3倍，生物碳库的3.8倍，成为地球表层最大的有机碳库，在全球碳循环中起着关键作用3。土壤可以被看作是一种碳的源或汇，并且影响着大气中CO2的浓度4。土壤有机碳是土壤质量的核心，也是营养元素生物地球化学循环的主要组成部分，其质量和数量影响着土壤的物理、化学和生物特征及其过程，影响和控

13、制着植物初级生产量，是土壤质量评价和土地可持续利用管理中必须考虑的重要指标。土壤有机质含量降低，引起土壤肥力、持水能力下降，侵蚀作用增强，同时导致温室气体排放量增加。因此，深入认识不同环境条件下土壤有机碳动态变化及其控制过程，是实现土地资源可持续利用的重要基础。大气CO2浓度已从工业革命前的280molmol - 1升高到现在的380molmol 1，且仍以每年0. 5 %的速度递增。据估计，到2050 年前后，大气CO2浓度将在450550molmol - 1之间。大气CO2浓度的升高影响全球气候变化，并将对人类生存环境产生重大影响，引起了科学家的广泛关注和各国政府的高度重视。大气CO2浓度

14、升高将对植物及整个陆地生态系统产生巨大影响5，对土壤微生物的影响主要通过影响植物生长而间接影响土壤中的微生物6。土壤微生物在生态系统功能方面起到了极其重要的作用：如有机物的分解、营养物质的转化、土壤结构的保持、温室气体的产生等。尽管土壤微生物在陆地生态系统元素循环中起基础作用，但是关于大气CO2浓度升高对土壤微生物在上述过程中的影响了解得还很少7。大气CO2浓度升高对土壤微生物有很大影响。土壤微生物是土壤中重要而又活跃的部分，是自然物质循环不可缺少的成员，担负着分解动植物残体的重要作用，直接关系到土壤养分的有效性，对植物生长起到重要的作用8。由于土壤中CO2浓度几乎达到大气中的50倍，因而大气

15、CO2浓度升高对根际微生物的影响很可能不是直接的。然而，根系残茬如果随CO2浓度升高而增加，将有可能改变微生物群落结构及根际微生物活性9。研究发现，细菌和真菌的数量随着农作物生长阶段的进程而逐渐增加。这一变化可能是由于进入到土壤中的有机残体的分解和中间产物的分解随着温度的逐渐上升而增加，导致了土壤中微生物所利用基质的改善，因而使其数量增加。在短时间FACE(Free Air CO2 Enrichment，开放式空气CO2浓度升高)条件下，CO2升高对细菌数量有一定的影响，对真菌数量影响不大10。一些和植物生长密切相关的微生物生理类群，如解磷细菌、硝化细菌的数量也有所增加11。而Ronn12发现

16、CO2浓度升高土壤细菌数量(直接记数) 没有变化，磷脂脂肪酸分析表明CO2浓度对微生物群落结构影响不大。Runion13也发现，湿润土壤的根际真菌总数比干旱土壤更高，但是CO2浓度升高却没有影响。从理论上讲，植株通过光合作用固定的同化物运送到地下后，再以根系分泌或死亡的形式输入到土壤中，为土壤微生物提供营养和能源，而这些物质的组成和总量可因CO2 浓度的升高而发生变化，并影响到土壤细菌、真菌的数量而进一步影响到植物的养分状况。而CO2浓度升高对土壤微生物的影响，是否受到土壤水分及养分等因素的影响还没有一致的结论目前，在FACE 条件下对微生物区系影响的观察还都是短时间的一些结果，如果有条件应长

17、期观测微生物区系的变化。大气CO2浓度升高对土壤微生物生物量也有影响。土壤微生物生物量是指土壤中体积小于5m310m3活的微生物总量，是土壤有机质中最活跃的和最易变化的部分。CO2倍增通过促进植物的生长而间接的影响土壤微生物生物量C和N及C/ N。FACE条件对农作物土壤的C、N有显著的正效应，特别是影响表层土。CO2浓度升高，植物根际和非根际土壤的微生物生物量碳的增加。CO2浓度升高微生物氮的增加。CO2浓度升高，515cm深度的土壤微生物生物量C、N 显著增加。正常生长条件下微生物生物量的C/ N 为103，土壤中有效氮越丰富则C/ N 越低，C/ N 与土壤有机质质量相关14。CO2倍增

18、使普通小麦的微生物量碳显著低于对照，普通小麦的氮与对照相比略有升高但无显著差异，土壤C/ N 均显著低于对照。但土壤C、N及C/ N 在物种间有很大差异，可能与物种本身的特性有关，也可能与取土样时植物的生长时期有关。CO2倍增使普通小麦植物的土壤C/ N下降，说明CO2倍增有利于C3植物所在土壤有机质质量的提高15。CO2浓度升高对微生物生物量的影响还依赖于土壤含水量。干旱条件下，CO2浓度升高明显增加微生物生物量C、N。湿润条件下，CO2浓度升高不影响微生物生物量C、N。CO2浓度升高条件下，外加N 能增加微生物C、N。也有少数研究发现，施肥使N增加了17 %，但没有受CO2浓度升高的影响。

19、微生物C既没有受CO2浓度升高影响，也没有受施肥影响16。目前，CO2浓度升高对土壤微生物生物量的影响可大体归纳为：土壤水分状况不同，影响不同；主要与土壤本身养分状态有关；与农作物品种有很大关系。大气CO2浓度升高对土壤土壤动物的影响。在陆地生态系统中，土壤动物是分解者食物网(或称腐屑食物网) 的重要组成部分，并且是分解作用、养分矿化作用等生态过程的主要调节者。一般来说，土壤动物活动对生态系统过程产生最终的影响提高了有机质的分解速率和养分的周转量17。国外许多研究表明，土壤动物对全球变化，尤其是大气CO2浓度升高能够产生正向、中性和负向的影响18 。FACE条件下，在05cm深度水稻田中食细菌

20、线虫数量更高，而杂食、捕食类线虫数量则更低；在510cm深度中线虫总数、食细菌线虫数量更高。Yeates等研究发现，随着大气中CO2浓度的增加，土壤线虫丰富度和多样性有所降低，而食细菌线虫的优势度和比例有所增加。Ronn等发现，CO2浓度升高食细菌原生动物显著增加。Runion等报道，干旱处理棉田中食腐性线虫数量随着大气CO2 浓度升高而增加( P 裸地，阔叶树种针叶树种，天然林人工林54。Wang调查了裸地、竹林、杉木林、柑桔林和水稻田5 种不同植被覆盖地土壤微生物生物量碳，结果表明裸地含量最低。朱志建55等比较了亚热带4 种最主要的森林植被下土壤微生物量碳含量，从平均值来看，常绿阔叶林最高

21、，为0. 338 g/ kg，杉木林最低，为0. 260 g/ kg。再则，Wang在中国科学院森林生态实验地研究发现，与次生阔叶天然林相比，一代、二代杉木人工林的微生物生物量碳分别减少了47 %和54 %。这主要是由于天然林的根系统较庞大，且具有保护性的树冠,使得其与人工林相比，土壤比重更低，养分水平(尤其是N) 更高，而这种土壤环境更有利于微生物活动，固定更多的碳56。土地利用方式不仅会使得土壤有机质发生变化，在一定程度上也会引起微生物量的波动57。多数研究表明，在相似的环境或土壤条件下,土地利用方式的不同对土壤微生物量碳有相当大的影响58。例如:J enkinson 和Powl son 对林地、草地、耕地表层土壤微