弃耕后植被次生演替中凋落物分解对土壤有机质稳定的影响及其机制

Vegetation restoration and succession on abandoned agriculture lands usually cause the change of litter quality and soil organic matter (SOM) accumulation. Plant litter is the main source of SOM, but it is still unclear that how litter quality affect SOM stabilization. This project will be conducted in a typical vegetation succession sequence in Qinling Mt. area. We will use 13C and 15N labelled litter decomposition experiment and lab incubation experiment: 1) to study the formation of SOM (i.e., formation efficiency of soil organic carbon and nitrogen), the release of soil organic carbon (i.e., soil respiration and litter-induced priming effect on SOM) and SOM stabilization (i.e., allocation of litter-derived carbon and nitrogen in soil microbes and protected SOM components), and examine how litter quality affect SOM stabilization during vegetation secondary succession; 2) to analyze the contribution of different litter components to the SOM stabilization, and to explore the mechanism of litter quality on SOM stabilization. This project will reveal the mechanism of how litter decomposition affects SOM stabilization in secondary vegetation successions, and provide valuable information for the valuation on soil “carbon sink” function of vegetation restoration under climate change.

耕地弃耕后的植被次生演替会导致凋落物质量改变和土壤有机质累积。凋落物作为土壤有机质的主要来源，其质量的变化会如何影响植被演替过程中土壤有机质稳定？目前仍不明晰。本项目以秦岭山区弃耕后植被次生演替序列（草地-灌丛-森林）为研究对象，利用13C和15N同位素示踪方法，通过凋落物野外分解实验和室内培养实验相结合：从土壤有机质的形成（土壤有机碳/氮形成效率）、释放（土壤呼吸、凋落物输入的激发效应）和稳定（凋落物来源碳、氮在微生物和土壤各保护性有机质库中的分配）三个方面，研究次生演替过程中不同质量凋落物分解对土壤有机质稳定的影响模式；并分析凋落物不同组分对土壤有机质稳定的贡献大小，探讨凋落物质量对土壤有机质稳定的作用机理。项目研究结果将揭示植被次生演替过程中凋落物分解对土壤有机质稳定的影响及机制，为正确评估气候变化背景下弃耕地植被恢复的碳汇能力提供支持。

本项目以秦岭山区弃耕后植被次生演替序列为研究对象，分析了在农田-草地-灌丛-森林植被恢复过程中土壤碳库的变化特征；利用同位素技术，通过凋落物野外分解实验和室内培养实验相结合，探讨了凋落物分解对土壤有机碳累积的影响机制。研究结果显示：弃耕后的植被恢复会显著提升土壤的碳汇功能，特别是会增加土壤中稳定的土壤惰性碳组分；在植被次生演替过程中，凋落物的产量不断增加，但分解速率逐渐降低；土壤细菌和真菌的α多样性在不同演替阶段无显著差异，但是群落结构差异显著，并且微生物网络复杂度随着植被演替而不断降低；凋落物输入后会对次生演替土壤产生激发效应，激发效应在农田土壤中最高而在森林土壤中最低；凋落物不同组分引起激发效应的大小有所不同，可溶性代谢组分引起的激发效应较高进而导致土壤碳的净累积较低，结构组分引起的激发效应较低进而导致土壤碳净累积较高；凋落物输入后，土壤pH和团聚体稳定性会通过对激发效应的直接或间接影响而调控土壤碳累积；难分解凋落物输入后会增加土壤真菌/细菌比，而易分解凋落物会降低土壤真菌/细菌比；弃耕后的植被恢复能提高土壤在气候调控、养分供应和元素循环等方面的多功能性，且这主要受土壤微生物网络的调控。本项目可以为正确评估气候变化背景下弃耕地植被恢复的碳汇能力提供科学依据。