围封与放牧对内蒙古温带草原土壤激发效应的影响研究

围封与放牧对内蒙古温带草原土壤激发效应的影响研究内容摘要：

密级: 硕士学位论文 围封与放牧对内蒙古温带草原土壤激发效应的影响研究 作者姓名： 指导教师： 庞蕊 徐兴良 副研究员 中国科学院地理科学与资源研究所 学位类别： 理学硕士 学科专业： 生态学 培养单位： 中国科学院地理科学与资源研究所 二零一七年五月 Studies on the soil priming effect of enclosed and grazed soil in Inner Mongolia’s temperate grasslands By Pang Rui A Dissertation Submitted to The University of Chinese Academy of Sciences In partial fulfillment of the requirement For the degree of Master of Ecology Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences May, 2017 致谢 致谢 三年紧张而又充实的研究生生活即将结束，回顾硕士三年的求学路，发现自 己已经成熟了许多，得到了能受益终生的学识，掌握了许多新技术，也逐渐建立 起独立思考、踏实求索的习惯。在这里，我要向所有支持、关心、帮助过我的人 们表示最诚挚的谢意! 首先衷心感谢我的导师徐兴良老师。感谢恩师在我硕士三年的时间里孜孜不 倦地指导。您平易近人、知识渊博、思维活跃、科学态度严谨，能够成为您的学 生我深感荣幸。您从论文选题、资料收集、实验设计及实施、数据处理都给予了 我悉心的指导，并对论文的撰写、修改和定稿等每个环节都倾注了大量心血，保 证了科学研究的顺利开展，在此我表示由衷的感谢。感谢恩师引领我走进科学的 殿堂，授予了我打开科学之门的钥匙，我将永远铭记您的教导。 其次，我要感谢给予我悉心指导和教诲的几位老师！感谢欧阳华老师、宋明 华老师对我硕士期间工作的帮助、指导和建议。感谢田玉强老师、高俊琴老师对 我生活和学习上的指导。感谢生态系统网络观测与模拟重点实验室的各位老师对 我的指导和帮助，使我能接触到如此多的资源，顺利的完成毕业论文。同时，也 要感谢研究生处杜相品老师、储小红老师、黄文力老师、陈晨老师在我研究生期 间给予的帮助。在各位老师们的支持和关怀下，我才取得了今天的进步，在此， 我向各位老师表示由衷的感谢！ 再次，我要感谢我亲爱的朋友们。感谢我那些一路相随的挚友们，你们永远 是我的依靠。感谢各位同门在工作和学习中的关心和帮助，感谢孙悦、李倩茹、 庞哲、刘倩愿、张莉、国语、刘敏等几位同门在科研工作以及日常生活中给予了 我莫大的帮助，有你们的支持和陪伴，让我的硕士生涯更加丰富多彩；感谢亲爱 的室友、班里的同学以及中科院地理科学与资源研究所内的其他朋友；感谢北京 师范大学实验站上张叔、杨阿姨及站上其他的工作人员对我所开展的实验的帮助 与配合，在实验实施、仪器使用以及后续管理方面提供便利；感谢史忠强为我们 的实验可以顺利开展提供所需的物品。在此向所有关心和帮助过我的老师、同学、 朋友表示我由衷的感谢和诚挚的祝福！ 感谢我的父母，是他们在精神上和经济上的极大支持才使我得以顺利完成学 围封与放牧对内蒙古温带草原土壤激发效应的影响研究 业，你们对我一直以来的无条件的支持与理解是我成长与奋斗的最大动力！愿你 们永远幸福安康！ 再次感谢百忙之中抽出宝贵时间评阅本论文以及参加答辩的各位专家和老 师！ 庞蕊 2017 年 5 月 II 摘要 摘要 土壤作为陆地生态系统最大的有机碳库，其有机碳库的微小变化就可能会显 著改变大气 CO2 浓度，从而影响全球气候变暖的进程。土壤有机碳分解过程主 要依赖于土壤微生物的活性，受温度、水分、气候、土壤质地、pH 、CO2 浓度 等因素调控。近年来，随着研究的逐渐深入，发现激发效应也会显著影响土壤有 机碳分解。激发效应是土壤中普遍存在的自然现象，主要发生在植物根际和凋落 物周围，是根系分泌或凋落物分解所释放的可利用性碳通过激活微生物而强烈改 变了根际和凋落物周边的土壤有机碳的分解速率。激发效应可以通过影响微生物 分解作用从而改变土壤有机碳库的大小，进而影响碳循环及全球变化的进程。 内蒙古温带草原是我国重要的草原地区之一，其中，围封、割草和放牧是人 类在草原管理实践中施加于草原的主要干扰类型，对草原生态过程会产生重要的 影响。 本研究中，我们以内蒙古呼伦贝尔针茅草、羊草草原和锡林郭勒羊草草原放 牧与围封样地为研究对象，开展了 2 个实验：实验一在内蒙古呼伦贝尔温带羊草 草原上的放牧和围封样地上施加 15N 标记的(NH4)2SO4 和 KNO3 溶液，通过遮阴 和移除地上叶片（刈割）调控根系分泌物输入量来改变根际激发效应，原位条件 下定性研究根际激发效应对温带草原上植物氮素获取的影响；实验二采集内蒙古 呼伦贝尔针茅草和羊草草原和锡林郭勒羊草草原放牧与围封样地的土壤，通过添 加不同剂量的 13C 标记的葡萄糖，模拟根系分泌物的输入定量研究了放牧和围封 样地土壤激发效应的差异。 主要的实验结果和结论如下： 1、放牧条件下，由于物种组成的改变促使耐牧植物将更多的碳分配到地下， 增加根系分泌物的分泌，在一定程度上促进了根际激发效应，增加了植物对可利 用性氮的获取。 2、剪草和遮荫通过影响植物光合作用而减少根系分泌物的释放，从而降低 根际激发效应，减少了植物对可利用性氮的利用。 3、模拟根系分泌物的输入研究发现，添加可利用性葡萄糖后，温带草原土 壤有机碳分解加快，产生正的激发效应，且较高葡萄糖输入诱发了更强的激发效 应。放牧与围封对温带草原土壤激发效应的影响依赖于草原类型和围封年限。 以上研究结果表明，根系分泌物等外源性有机物质输入能加速温带草原土壤 有机碳分解，增强植物氮素获取能力，放牧有增加土壤激发效应的趋势，以上结 果有助于我们更好地理解草地生态系统碳循环过程。 关键词： 土壤有机碳；根际激发效应；根际微生物；13C、15N 标记 III Abstract Abstract As the largest organic carbon pool in terrestrial ecosystems, the small change of the organic carbon pool may significantly change the concentration of CO2 in the atmosphere, thus affecting the process of global warming. The decomposition process of soil organic matter (SOM) is mainly controlled by the soil microorganisms, and is modified by temperature, water, climate, soil texture, pH, and CO2 concentration. Recently, with the advances in the related research, it is found that the priming effect can also affect the decomposition of soil organic matter. The priming effect is a common natural phenomenon in the soil. It is described as strong short–term changes in SOM decomposition affected by the addition of fresh organic matter, and mainly occur at places where there are inputs of plant litter and root exudates, The priming effect can change the size of soil organic carbon pool through accelerate SOM decomposition, thus affecting the process of carbon cycle and global change. Inner Mongolia temperate Steppe is one of the important grassland types in China. Enclosure, mowing and grazing are the main human interference imposed on the steppe, having an important impact on various ecological processes. In this study, we chose three pared grazed versus ungrazed plots from two sites (HulunBuir and Xilinguole) in Inner Mongolia. We conducted two experiments. One was done in grazed and ungrazed plots in a Leymus chinensis grassland at Hulunbeier Grassland Ecosystem Research station. clipping, shading and control treatments were used to adjust the magnitude of the rhizosphere priming effect through reducing root exudatin. (15NH4) 2SO4 and K15NO3 solutions were added into these treatments to explore the effect of the rhizosphere priming effect on N uptake by plants. The other was done using soils collected from three pared grazed versus ungrazed plots (Stipa and Leymus c