林火干扰对大兴安岭北方森林深层土壤碳稳定性的影响

Deep soil (30 cm below ground) in boreal forest ecosystem is one of the most important carbon pools in terrestrial ecosystem. Strongly affected by forest fire,its stability will change enormously and can not be accurately predicted base on existing research. To further understand the impact of boreal forest fire on deep soil C stabilization, we explore the relationship between fire severity and controlling factors (soil physical and chemical properties, soil carbon inputs and soil microbial community characteristics) of deep soil C stability; evaluate influence of boreal forest fire on deep soil C MRT (Mean Residual Time) comprehensively by field investigation, experimental analysis and statistical model. Different from previous studies, this study will focus on the mechanism of how deep soil C stabilization is affected by boreal forest fire. Therefore, this research is a key step for study of accurate predicting boreal forest carbon dynamics and its responses to natural disturbances and global change. This study also bears an important scientific merit to improve our understanding on relationship between landscape process (Forest fire disturbance) and ecological process (carbon cycling).

北方森林深层（地表30cm以下）土壤是陆地生态系统中最重要、最稳定的碳库之一。由于受到林火的强烈影响，其稳定性会发生重大改变，且变化的方向和幅度都存在较大不确定性。为了阐明林火对北方森林深层土壤碳稳定性的影响机理，本研究以大兴安岭地区北方森林深层土壤碳库为研究对象，以野外实地调查、实验分析和统计模型为主要研究手段，系统的研究林火与各深层土壤碳稳定性调控因子（土壤理化性质、碳输入、土壤微生物群落特征）的相关关系与作用过程，并综合评估不同林火烈度和地形条件对深层土壤碳MRT（Mean Residual Time，平均驻留时间）造成的影响。与以往林火对生态系统碳循环影响的研究不同，本研究更注重林火对深层土壤碳稳定性影响机理的研究，是精确预测北方森林未来碳库动态及对自然干扰和全球变化响应的关键步骤。同时，本研究也是深化理解景观过程（林火干扰）和生态系统过程（碳循环）之间关系的重要科学议题。

由于北方森林深层土壤是陆地生态系统中最重要，最稳定的碳库之一。低温导致分解作用十分缓慢，北方森林深层土壤碳储量巨大。由于北方森林频繁受到林火干扰，其表层土壤理化性质发生剧烈改变这些改变会通过淋溶、沉积等作用传递到土壤深处，进而可能对深层土壤有机碳库的稳定性产生影响，改变其周转。为了阐明林火对北方森林深层土壤碳稳定性的影响机理，本研究以大兴安岭地区北方森林深层土壤碳库为研究对象，以野外调查、取样，实验室培养、分析以及统计建模等方法，系统的研究了林火与各土壤深度有机碳稳定性调控因子（土壤理化性质、碳输入、土壤微生物群落特征）的相关关系与作用过程。我们的研究发现，林火导致了深层土壤理化性质发生显著地改变，以土壤含水量和温度最为明显。深层土壤有机碳的组成也在火后发生明显变化，其中可溶性有机碳以、易氧化有机碳以及微生物生物量碳等活性成分在全碳中所占的比例都有明显增加。这说明林火降低了土壤有机碳的稳定性。火后土壤微生物生物量和群落结构都放生了明显改变，火烧迹地中微生物群落中，能分解复杂碳源的革兰氏阳性菌的比例显著增加，进一步加快了深层土壤有机碳的分解。火后土壤有机碳的输入发生明显改变，有林火导致的碳化植物残体大量输入到土壤中，尽管此部分碳本身难以分解，但它的存在却促进了土壤有机碳的分解。深层土壤有机碳周转的驱动因子的相对重要性依次为：土壤可溶性有机碳>真菌细菌比>针叶阔叶比>微生物量。对影响土壤呼吸过程的路径分析表明，植被组成的差异是土壤呼吸不同的根本原因。与以往林火对生态系统碳循环影响的研究不同，本研究更注重林火对深层土壤碳稳定性影响机理的研究，为精确预测北方森林未来碳库动态及对自然干扰和全球变化响应提供了科学依据。同时，本研究也深化了对景观过程（林火干扰）和生态系统过程（碳循环）之间关系的理解。