岩溶土壤生态系统凋落物分解对酸沉降的响应机理

Acid precipitation changes the carbon balance process of regional ecosystem, especially exerting a great influence on the land-gas carbon cycle process including litter decomposition in karst soil ecystem. Acid precipitation not only acts on the litter decomposition process including acidolysis on litter and stress on decomposer, but also accelerates the karstification rate, which leads to the release of carbon dioxide and calcium ion, and thus these possibly affect the litter decomposition. However, so far, the mechanism on these complex process has not been still explored by the researches. In this project, aiming at the present situation of acid prcipitation pollution occuring in karst soil ecosystem of western Hu'nan province, we firstly study the litter decomposition process controlled by acid precipitation, and further analyze the effect of litter acidolysis,decomposer stress, and release of carbon dioxide and calcium ion caused by acid precipitation through the field controlling experiment for simulating acid precipitaiotn and related factors, with "litterbag decomposition" method, in order to find the key process mechanism on the litter decomposition controlled by acid precipitation in karst soil ecosystem. The expoloration of this mechanism will perfect the research interest on litter decomposition, and be of important scientific significance for the research on carbon exchange process of land-gas system and climate change.

酸沉降改变了区域生态系统碳平衡过程，特别是对于岩溶土壤生态系统包括凋落物分解在内的地-气碳循环过程影响较大。酸沉降不仅能够酸解凋落物、胁迫分解者，而且使土壤岩溶速度加快，导致土壤二氧化碳与钙离子排释，从而可能影响凋落物分解。但到目前为止，没有研究者尝试对这一复杂过程的机理进行探索。本项目申请针对湘西地区岩溶土壤生态系统遭受酸沉降污染的现状，主要通过野外酸沉降及相关因素模拟控制技术，采用凋落物袋分解法，首次对岩溶土壤凋落物在酸沉降作用下的分解过程进行研究，并进一步对因酸沉降产生的凋落物酸解、分解者胁迫以及二氧化碳与钙离子排释等作用对凋落物分解过程的影响进行剖析，以期发现岩溶土壤生态系统酸沉降作用于凋落物分解过程的关键控制机理。这一机理的探索将会促进凋落物分解研究领域的完善，对于地-气系统碳交换过程及气候变化的研究具有重要的科学意义。

酸沉降是目前影响生态系统功能与过程重要的环境干扰因素之一，其对岩溶生态系统的凋落物分解过程的影响表现出较高的复杂性。本项目选择亚热带岩溶土壤生态系统两种重要林型的凋落物分解过程作为研究对象，采用酸雨模拟技术从酸雨酸解底物、酸雨对分解者的胁迫以及酸沉降引起的钙离子、CO2释放等方面对这一复杂过程进行了机理的分析。主要研究结果如下：1）酸沉降特别是重度酸沉降从总体上抑制了凋落物分解过程，在生长季节酸沉降有利于真菌生物量的增长，但是微生物呼吸速率却因底物质量差异而不同，重度酸沉降使杉木凋落物分解的微生物呼吸加快，而抑制了香樟凋落物分解的微生物呼吸，酸沉降在大多数情况下也抑制分解酶的活性，与生长季相比，非生长季节凋落物分解的失重率、真菌生物量、微生物呼吸以及分解酶活性对沉降的响应均较弱。2）底物酸解对于针叶凋落物在分解前期表现出抑制后续分解过程，而在分解后期表现出促进效应，对于阔叶凋落物则情况正好相反。3）对酸沉降组份的研究表明在大多数情况下，两个树种凋落物的CO2释放率在SO42-/NO3-的比例高的处理下较高，且生长季的CO2释放率明显高于非生长季；SO42-/NO3-的比例高的处理抑制了纤维素酶和β-淀粉酶活性，而木质素分解酶的活性反而被激活。4）对钙离子的响应结果表明，大多数情况下，较高浓度的Ca2+促进了杉木和香樟凋落物的CO2释放率、β-淀粉酶活性和木质素分解酶活性。5）对CO2的响应结果表明，高浓度的CO2抑制了分解过程，在培养期结束后高浓度的CO2也抑制了微生物呼吸以及真菌生物量。概括来讲，在岩溶生态系统中酸沉降尽管抑制了凋落物分解有利于凋落物碳库的累积，但是其所涉及的各个环节较为复杂，各环节对酸沉降的响应不尽一致，有促进效应，也有抑制效应。对于这一复杂过程的分析，将有助于人们在未来酸沉降加剧的情况下能够提高对于岩溶生态系统碳平衡过程预测的准确性。