N沉降背景下不同森林类型根系分泌物输入与根际土壤碳-氮过程耦合机理研究

The rhizosphere processes mediated by root carbon source input in forests play a key role in understanding the belowground ecological processes under global changes.Therefore, it is of great theoretical significance for deepening the coupling mechanisms of root exudates input and forest soil carbon-nitrogen cycling under nitrogen deposition to predict forecast change of the structure and function under the future climate change. In the study, we employ a suite of novel experimental methods to determine root characteristics, roots exudates carbon input and their biogeochemical consequences on soil C-nutrient cycling under simulated nitrogen deposition for forest of three successional stages (Abies faxoniana forest, Betula albo-sinensis forest, pine-broadleaf mixed forest) in Tangjiahe Nature Reserve. The aim of this study is to 1) quantify the differential effects of nitrogen enrichment on root exudate carbon rates and fluxes for three forest types, 2) explore the coupling relationships between root exudate and rhizosphere soil C-N cycling processes and their response to N enrichment for different forests. Our study may greatly broaden and deepen the understanding rhizosphere processes and associated regulation mechanisms in response to changing environmental conditions in forests.

森林根系碳源输入介导的根际生态过程是全球变化地下生态学过程研究的核心环节，深入开展不同森林类型根系碳源输入与根际土壤碳-养分循环过程耦合效应及其对氮沉降的响应差异，对预测未来气候变化下森林生态系统结构和功能变化具有至关重要的意义。本项目以唐家河自然保护区不同演替阶段森林（岷江冷杉林、红桦林、针阔混交林）类型为对象，通过模拟氮沉降等手段，重点研究氮富集对三种森林类型主要树种根系特征、根系分泌物碳输入通量及其介导的土壤碳-养分循环过程的影响，旨在：1）阐释氮富集下不同森林根系分泌物碳输入速率与通量变化规律；2）揭示森林根系分泌物输入与土壤碳-养分循环过程的耦合作用及其对N沉降的响应差异。本项目的实施可为提升和丰富不同森林生态系统地下过程对环境变化响应的新认识提供理论基础。

目前关于氮沉降背景下不同森林类型树种的根系分泌物输入与土壤生态过程耦合效应研究有限，严重制约了森林演替过程中根际理论体系发展。本项目以不同森林类型（红桦林—针阔混交林—岷江冷杉林）为研究对象为对象，通过模拟氮倍增添加试验，研究氮沉降对不同森林类型土壤有机碳含量的影响，从根系碳输入（根系分泌物）、储存（有机碳）、输出（碳矿化速率）和土壤有机碳分解者群落（微生物群落结构和功能）等多个方面探索其影响机理。主要研究结果如下：①不同森林类型的根系分泌物输入速率和年碳输入通量对氮沉降的响应程度不同，氮添加处理显著降低落叶阔叶林的根系分泌物碳输入速率和年碳输入通量，对针叶林和针阔混交林无显著影响；②不同森林类型的根际土壤的C—N矿化过程的影响程度不同，土壤微生物特征表现出不同的响应规律；③不同森林类型的根系碳输入与土壤微生物特征、根际土壤C—N转化过程均存在显著的正相关关系，不同林分根系分泌物输入差异是诱导根际土壤微生物特征与C—N转化过程差异的重要因素。④发现根系分泌物介导的养分获取策略是维持森林不同物种共存的重要调控途径。上述前沿性基础研究工作丰富和拓展了森林根际生态过程及其生态多样性的系统性认知，具有鲜明的特色。依托本项目共发表研究论文8篇，其中SCI论文7篇，中文核心1篇。