土壤气体调控对土壤有机碳周转的影响及其驱动机制

The turnover of soil organic carbon (SOC) is not only regulated by its chemical structure, but also controlled by complex of biological and environmental factors. However, our understanding about how soil gas affects SOC turnover and interacts with other affecting factors are still limited due to the limitation of the current research methods. It also greatly limits our ability to predict SOC stability in the context of global climate change. In order to elucidate the underline mechanism about how soil gas mediates SOC turnover in south subtropical forest, pot experiments are set up and the soil gas is controlled by using oxygation technique. We aimed to investigate the effects of soil gas regulation on SOC turnover as well as plant functional trait, soil microbial community and enzyme activity, and clarify the ecological mechanism about how soil gas mediating SOC turnover in south subtropical forests. Our findings will not only provide new empirical evidences for revealing the underline mechanism of SOC stability, but also improve our understanding and prediction ability for the response and adaption of soil carbon cycling to the future climate change in subtropical forests.

土壤有机碳的周转受有机质化学结构、生物因子和环境因子共同调控。受传统研究手段限制，关于土壤气体如何影响有机碳周转及其与其他驱动因素的相互关系学界还缺乏机理性认识，进而限制了对全球变化背景下土壤有机碳稳定性的预测。本项目拟以我国南亚热带森林土壤为研究对象，借助加气灌溉技术和自主研发的土壤气体成分调控装置对土壤中O2和CO2浓度进行调控，系统研究土壤内部气体环境变化对土壤有机碳周转特征的影响，解析不同土壤气体状态下土壤有机碳周转与植物功能属性、微生物群落结构、多样性以及碳周转相关酶活性的相互关系，进而阐述土壤气体调控南亚热带森林土壤有机碳周转的生态学机制。研究结果不仅为揭示土壤碳固持生态学理论提供新的实验证据，也有助于提高土壤碳循环对未来气候变化响应与适应的可预测性。

土壤有机碳的周转受有机质化学结构、生物因子和环境因子共同调控。受传统研究手段限制，关于土壤气体如何影响有机碳周转及其与其他驱动因素的相互关系学界还缺乏机理性认识，进而限制了对全球变化背景下土壤有机碳稳定性的预测。本项目以森林土壤为研究对象，通过加气灌溉技术调控土壤孔隙间气体浓度，研究土壤气体变化对有机碳周转、微生物群落结构、根系形态及活力的影响规律。以农田土壤为研究对象，对不同加气参数下盐胁迫植株光合作用进行研究。此外，探明了不同加气灌溉参数对植株干物质积累及光合作用的影响。本项目本研究率先做到了土壤中气体成分的定量化。发表SCI收录论文5篇，申报发明专利2项（实质审查阶段），实用新型2项（授权2项）。具体地：①提出一种土壤孔隙间气体浓度分层快速检测系统申报了发明专利和实用新型专利，实用新型专利获得授权，发明专利目前仍在审查中。②提出了一种水源地的水土保持水质净化系统申报了发明专利和实用新型专利，实用新型专利获得授权，发明专利目前仍在审查中。③探明了土壤孔隙间气体浓度变化对微生物群落结构的影响规律，发表论文一篇。④探明了盐胁迫下土壤孔隙间气体浓度调节对植株光合作用的影响过了，发表论文一篇。⑤探明了不同加气量、加气深度及土壤水分组合对植株干物质积累及叶面积指数的影响规律，发表论文一篇。⑥初步探明了不同土壤孔隙间氧气、二氧化碳浓度变化对土壤有机碳的影响规律及其相关机理，目前，相关文章还在投稿中。