亚热带森林景观中可溶性有机碳的时空格局及土壤截存机制

Dissolved organic carbon (DOC) is the most dynamic component in the carbon pool of terrestrial forest landscapes. The continuous flow of DOC within and outside forest ecosystems is a key pathway for carbon movement, and transport of biogenic elements, heavy metals and pollutants. Many studies have examined the composition, dynamics and controlling factors for DOC, but few has explored its spatial and temporal pattern in a forest landscape. The downward movement of DOC in the soil profile, associated with changes in concentration and composition, is a major mechanism for carbon sequestration and accumulation. Better understanding of this mechanism and its controlling factors would help us improve the estimation carbon budget for a forest landscape and evaluate future possible management practices to increase carbon sequestration. In this study, we are going to quantify the spatial and temporal dynamics of DOC in a subtropical forest landscape in central China. We will also conduct an incubation experiment to study how adding DOC to soils from different depth may affect the dynamics of carbon sequestration and decomposition. Biomarkers and stable isotopes will be utilized to track the fate of carbon during the incubation. Results of this study will provide critical information on how DOC may affect carbon accumulation and sequestration in forest landscapes, and shed new light on how we may manage the forests for carbon sequestration.

可溶性有机碳（DOC）是陆地碳库中最活跃的一个部分，它的持续流动是碳流失的重要途径，也是氮、磷等其他生源要素及重金属、污染物等转移的载体。所以说DOC是准确估计森林景观碳预算必不可少的一部分。现有的研究大多集中于DOC的组成、动态及影响因素，而对景观中DOC的空间异质性涉及不多。DOC在土壤内的垂直运动是生态系统碳转移、积累和固存的关键，但我们对其机制知之甚少。特别是在全球变化的背景下，深入了解DOC 在土壤中的截存机制及控制因素是准确估计土壤碳固存潜力和评估碳固存措施的必要条件。因此，本项目拟（1）通过调查DOC在森林景观内的时空格局来量化其空间异质性及其主要影响因子；（2）通过室内土壤培养实验，利用生物标记物和稳定性同位素技术，探索DOC在不同深度土壤中的矿化动态及其控制因子。本研究的预期结果将加强我们对DOC转移动态和截存机制的了解，为全球变化背景下如何增加土壤碳固存提供理论支持。

可溶性有机质在森林生态系统养分的垂直和横向迁移中有着很重要的作用，但对它在森林生态系统中垂直迁移的浓度和性质变化研究较少。因此我们以湖南省八大公山国家级自然保护区的亚热带湿润森林生态系统为例，研究了可溶性有机碳（DOC）的空间分布及其性质变化，DOC在土壤中的去向及微生物调控机制。结果表明雨水中DOC浓度最低，当经过植被后，浓度显著升高。但是当进入土壤孔隙水中DOC浓度又明显降低。地表水中疏水性有机酸浓度显著高于土壤孔隙水，但是中性亲水有机酸和低分子质量亲水性酸浓度却低于土壤孔隙水。这主要是由于DOC从地表向地下移动的过程中，土壤对疏水性物质的吸附。.我们将13C标记的凋落物来源的DOC添加到不同深度土柱（0-10cm, 10-30cm和 30-60cm）中，进行室内培养，定量分析DOC的动态以及DOC添加对不同深度土壤有机碳矿化和微生物群落结构的影响。结果表明，DOC优先进入了土壤微生物群落和CO2，而DOC主要被土壤截留，其次是被微生物降解，仅有极少的淋溶损失。WSOC和土壤淋溶有机碳（LDOC）的性质与土壤碳更为相似，这表明添加的DOC经过土柱时与土壤发生了动态交换。.培养初期，DOC添加刺激了表层和深层土壤有机碳矿化，且对深层土壤的作用强于表层土壤，这表明新鲜碳源的缺乏抑制了深层土壤碳矿化。同时DOC添加也增加了不同深度土壤的G-菌、G+菌、细菌、真菌和放线菌生物量，且这些指标均在30天达到最高值，之后逐渐下降至初始值。尽管DOC添加减缓了微生物群落结构的变化，但是并未改变土壤微生物群落变化的方向。13C在表层土壤磷脂脂肪酸（PLFAs）中的分布比例高于中层和底层，同时在细菌中的分布比例也高于真菌。此外，17:0cy和15:0这两种磷脂脂肪酸同化的13C明显高于其他磷脂脂肪酸。该结果表明微生物群落组成受碳源输入的调控，进而对土壤有机碳矿化产生影响。.本研究的结果增进了我们对森林生态系统DOC的分布及动态的理解，准确度量了DOC在土壤中的去向，对准确估算森林生态系统的碳预算和生态系统之间的碳流动具有非常重要的意义。