Thay đổi trong quá trình phân hủy lá và carbon hữu cơ trong đất tại một vùng rừng tái trồng cây rụng lá nhiệt đới (Ấn Độ)

Ecological Research - Tập 28 - Trang 239-248 - 2012
Nirav Mehta1, J. Dinakaran1, Shrena Patel1, A. H. Laskar2, M. G. Yadava2, R. Ramesh2, N. S. R. Krishnayya1
1Ecology Laboratory, Department of Botany, Faculty of Science, The Maharaja Sayajirao University of Baroda, Vadodara, India
2Physical Research Laboratory, Ahmedabad, India

Tóm tắt

Carbon hữu cơ trong đất (SOC) đến độ sâu 1 m xuất phát từ lớp phủ thực vật hiện tại có niên đại từ hàng thiên niên kỷ trước. Việc phá rừng và tái trồng rừng với các loài có giá trị kinh tế đang ảnh hưởng đến quá trình lưu giữ carbon trong đất. Nghiên cứu này đã cố gắng đánh giá tác động của sự thay đổi lớp phủ thực vật (do việc thay thế lớp phủ tự nhiên đa dạng bằng cây teak và tre) đến SOC bằng cách sử dụng đồng vị carbon (δ13C, 14C) trong một hệ sinh thái nhiệt đới (Ấn Độ). Một nghiên cứu về quá trình phân hủy lá đã được thực hiện để hiểu tác động của sự khác biệt trong đặc điểm thực vật (cụ thể là lá) đối với sự phân hủy. Hai thí nghiệm đã được thực hiện để xem xét tác động của sự thay đổi trong đặc điểm thực vật (cụ thể là lá) đối với quá trình phân hủy lá và cách mà điều này ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy lá ngắn hạn (giá trị k) và nội dung SOC lâu dài của hệ thống đất phía dưới. Lá của cây teak, tre và tám loài khác đã được lựa chọn cho nghiên cứu này. Tỷ lệ carbohydrate cấu trúc (lignin và cellulose) trong lá đã ảnh hưởng đáng kể (ở mức 5%) đến giá trị k. Dữ liệu SOC và đồng vị carbon được thu thập trong nghiên cứu này cho thấy rằng lớp phủ thực vật C3 trong khu vực nghiên cứu có thể là hiện tại và chiếm ưu thế trong vài thế kỷ qua. Điều này có thể được mở rộng lên tới ~2,200 năm dựa trên giá trị 14C ghi nhận của lớp phủ teak. Nghiên cứu xác nhận rằng giá trị k của lá phân hủy ảnh hưởng đến SOC hiện có bên dưới lớp phủ thực vật ở quy mô thời gian thập kỷ/thế kỷ.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Accoe F, Boeckx P, Cleemput OV, Hofman G, Zhang Y, Li RH, Guanxiong C (2002) Evolution of δ13C signature related to total carbon contents and carbon decomposition rate constants in a soil profile under grassland. Rapid Commun Mass Spectrom 16:2184–2189 Aerts R (1997) Climate, leaf litter chemistry and leaf decomposition in terrestrial ecosystems: a triangular relationship. Oikos 79:439–449 Amundson R (2001) The carbon budget in soils. Annu Rev Earth Planet Sci 29:535–562 Austin AT, Ballaré CL (2010) Dual role of lignin in plant litter decomposition in terrestrial ecosystems. Proc Natl Acac Sci USA 107:4618–4622 Bashkin M, Binkley D (1998) Changes in soil carbon following afforestation in Hawaii. Ecology 79(3):828–833 Berg B (2000) Litter decomposition and organic matter turnover in northern forest soils. For Ecol Manag 133:13–22 Bernoux M, Cerri CC, Neil C, deMoraes FL (1998) The use of stable carbon isotopes for estimating soil organic matter turnover rates. Geoderma 82:43–58 Booker FL, Anttonen S, Heagle AS (1996) Catechin, proanthocyanidin and lignin contents of loblolly pine (Pinus taeda L.) needles after chronic exposure to ozone. New Phytol 132:483–492 Boutton TW (1991) Stable carbon isotope ratios of natural materials, I. Sample preparation and mass spectrometric analysis. In: Coleman DC, Fry B (eds) Carbon isotope techniques. Academic, New York, pp 155–171 Boutton TW, Archer SR, Midwood AJ, Zitzer SF, Bol R (1998) δ13C values of soil organic carbon and their use in documenting vegetation change in a subtropical savanna ecosystem. Geoderma 82:5–41 Bowling DR, Pattaki DE, Randerson JT (2008) Carbon isotopes in terrestrial ecosystem pools and CO2 fluxes. New Phytol 178:24–40 Bruggemann N, Gessler A, Kayler Z, Keel SG, Badeck F, Barthel M, Boeckx P, Buchmann N, Brugnoli E, Esperschutz J, Gavrichkova O, Ghashghaie J, Gomez-Casanovas N, Keitel C, Knohl A, Kuptz D, Palacio S, Salmon Y, Uchida Y, Bahn M (2011) Carbon allocation and carbon isotope fluxes in the plant-soil-atmosphere continuum: a review. Biogeosciences 8:3457–3489 Chand G, Sood A (2008) The influence of some growth regulators on the seed germination of Dendrocalamus strictus Nees. Indian For 134(3):397–402 Chhabra A, Dadhwal VK (2004) Assessment of major pools and fluxes of carbon in Indian forests. Clim Change 64:341–360 Cordero LD, Kanninen M (2003) Aoveground biomass of Tectona grandis in costa rica. J Trop For Sci 15(1):199–213 Cornelissen JHC, Pérez-Harguindeguy N, Díaz S, Grime JP, Marzano B, Cabido M, Vendramini F, Cerabolini B (1999) Leaf structure and defense control litter decomposition rate across species and life forms in regional floras on two continents. New Phytol 143:191–200 Cornwell WK, Cornelissen JHC, Amatangelo K, Dorrepaal E, Eviner VT, Godoy O, Hobbie SE, Hoorens B, Kurokawa H, Pe’rez-Harguindeguy N, Quested HM, Santiago LS, Wardle DA, Wright IJ, Aerts R, Allison SD, Bodegom P, Brovkin V, Chatain A, Callaghan TV, Dı’az S, Garnier E, Gurvich DE, Kazakou E, Klein JA, Read J, Reich PB, Soudzilovskaia NA, Vaieretti MVV, Westoby M (2008) Plant species traits are the predominant control on litter decomposition rates within biomes worldwide. Ecol Lett 11:1065–1071 Couteaux MM, Bottner P, Berg B (1995) Litter decomposition, climate and litter quality. Trends Ecol Evol 10(2):63–66 Degryze S, Six J, Paustian K, Morriss SJ, Paul EA, Merckx R (2004) Soil organic carbon pool changes following land-use conversions. Glob Change Biol 10:1120–1132 Dinakaran J, Krishnayya NSR (2010) Variations in soil organic carbon and litter decomposition across different tropical vegetal cover. Curr Sci 99(8):1051–1060 Diochon A, Kellman L, Beltrami H (2009) Looking deeper: an investigation of soil carbon losses following harvesting from managed northeastern red spruce (Picea rubens Sarg.) forest chronosequence. For Ecol Manag 257:413–420 Don A, Schumacher J, Freibauer A (2011) Impact of tropical land-use change on soil organic carbon stocks—a meta-analysis. Glob Change Biol 17:1658–1670 Ehleringer JR, Buchmann N, Flanagan LB (2000) Carbon isotope ratios in belowground carbon cycle processes. Ecol Appl 10(2):412–422 Garten CT, Cooper LW, Post WM III, Hanson PJ (2000) Climate controls on forest soil carbon isotope ratios in the southern appalachian mountains. Ecology 81(4):1108–1119 Gartner TB, Cardon ZG (2004) Decomposition dynamics in mixed-species litter. Oikos 104:230–246 Holdridge LR (1947) Determination of world plant formations from simple climatic data. Science 105:367–368 Keswani P (2001) Silviculture and management of teak. In: Mandal AK, Ansari SA (eds) Genetics and silviculture of teak. International Book Distributor, Dehra Dun, pp 27–40 Klotzbucher T, Kaiser K, Guggenberger G, Gatzek C, Kalbitz K (2011) A new conceptual model for the fate of lignin in decomposing plant litter. Ecology 92(5):1052–1062 Krull ES, Baldock JA, Skjemstad JO (2003) Importance of mechanisms and processs of the stabilization of soil organic matter for modeling carbon turnover. Funct Plant Biol 30:207–222 Mahaney WM (2010) Plant controls on decomposition rates: the benefits of restoring abandoned agricultural lands with native prairie grasses. Plant Soil 330:91–101 Malhi Y, Phillips O (2005) Tropical forests and global atmospheric change. Oxford University Press, New York, p 260 Marshall JD, Brooks JR, Lajtha K (2007) Sources of variation in the stable isotopic composition of plants (Chapter 2). In: Michener R, Lajtha K (eds) Stable isotopes in ecology and environmental science, 2nd edn, pp 22–60. Blackwell, Oxford Martin A, Mariotti A, Balesdent J, Lavelle P, Vuattoux R (1990) Estimate of organic matter turnover rate in a Savanna soil by 13C natural abundance measurements. Soil Biol Biochem 22(4):517–523 Moorhead DL, Sinsabaugh RL (2006) A theoretical model of litter decay and microbial interaction. Ecol Monogr 76(2):151–174 Olson JS (1963) Energy storage and the balance of producers and decomposers in ecological systems. Ecology 44(2):322–331 Paul KI, Polglase PJ, Nyakuengama JG, Khanna PK (2002) Change in soil carbon following afforestation. For Ecol Manag 168:241–257 Paul KI, Polglase PJ, Richards GP (2003) Predicted change in soil carbon following afforestation or reforestation, and analysis of controlling factors by linking a C accounting model (CAMFor) to models of forest growth (3PG), litter decomposition (GENDEC) and soil C turnover (RothC). For Ecol Manag 177:485–501 Pe’rez-Harguindeguy N, Dı’az S, Cornelissen JHC, Vendramini F, Cabido M, Castellanos A (2000) Chemistry and toughness predict leaf litter decomposition rates over a wide spectrum of functional types and taxa in central Argentina. Plant Soil 218:21–30 Post WM, Kwon KC (2000) Soil carbon sequestration and land-use change: processes and potential. Glob Change Biol 6:317–327 Powers JS, Schlesinger WH (2002) Geographic and vertical patterns of stable carbon isotopes in tropical rain forest soils of Costa Rica. Geoderma 109:141–160 Richards AE, Dalal RC, Schmidt S (2007) Soil carbon turnover and sequestration in native subtropical tree plantations. Soil Biol Biochem 39:2078–2090 Rumpel C, Kogel-Knabner I, Bruhn F (2002) Vertical distribution, age, and chemical composition of organic carbon in two forest soils of different pedogenesis. Organic Geochem 33:1131–1142 Rumpel C, Eusterhues K, Kogel-Knabner I (2004) Location and chemical composition of stabilized organic carbon in topsoil and subsoil horizons of two acid forest soils. Soil Biol Biochem 36:177–190 Salinas N, Malhi Y, Meir P, Silman M, Cuesta RR, Huaman J, Salinas D, Huaman V, Gibaja A, Mamani M, Farfan F (2011) The sensitivity of tropical leaf litter decomposition to temperature: results from a large-scale leaf translocation experiment along an elevation gradient in Peruvian forests. New Phytol 189:967–977 Sanaullah M, Chabbi A, Lemaire G, Charrier X, Rumpel C (2009) How does plant leaf senescence of grassland species influence decomposition kinetics and litter compounds dynamics? Nutr Cycl Agroecosys 88:159–171 Santiago LS (2007) Extending the leaf economics spectrum to decomposition: evidence from a tropical forest. Ecology 88(5):1126–1131 Schmidt MWI, Torn MS, Abiven S, Dittmar T, Guggenberger G, Janssens IA, Kleber M, Kogel-Knabner I, Lehmann J, Manning DAC, Nannipieri P, Rasse DP, Weiner S, Trumbore SE (2011) Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature 478:49–56 Shi H, Singh A (2002) An assessment of biodiversity hotspots using Remote Sensing and GIS. J Indian Soc Remote Sens 30(1&2):105–112 Singh O, Sharma DC, Rawat JK (1993) Production and decomposition of leaf litter in SAL, Teak, Eucalyptus and Poplar forests in Uttar Pradesh. Indian For 119(2):112–121 Walkley A, Black IA (1934) An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter and proposed modifications of the chromic acid titration method. Soil Sci 37:29–38 Wang Y, Hsieh YP (2002) Uncertainities and prospects in the study of the soil carbon dynamics. Chemosphere 49:791–804 Witt C, Gaunt JL, Glaicia CC, Ottow JCG, Neue HU (2000) A rapid chloroform-fumigation extraction method for measuring soil microbial biomass carbon and nitrogen in flooded rice soils. Biol Fertil Soil 30:510–519 Yadava MG, Ramesh R (1999) Speleothems—useful proxies for past monsoon rainfall. J Sci Ind Res 58:339–348 Zhang D, Hui D, Luo Y, Zhou G (2008) Rates of litter decomposition in terrestrial ecosystems: global patterns and controlling factors. J Plant Ecol 1(2):85–93 Zhou B, Fu M, Xie J, Yang X, Li Z (2005) Ecological functions of bamboo forest: research and application. J For Res 16(2):143–147