亚热带典型林地土壤呼吸对植物碳输入变化的响应

由植物生产力变化引起的碳输入（凋落物和细根周转）波动可能是控制土壤呼吸时空动态的主导因素，但目前受到较少的重视。通过选择中亚热带天然常绿阔叶林以及由此转变而来的人工林（杉木）和果园（柑橘园）的典型林地类型，从空间上自然构成由高到低的植物碳输入序列，采用野外原位观测方法，研究土壤呼吸对不同植物碳输入量的响应及差异；通过在人工林中设置环割、切根和去凋处理小区的野外控制试验，探讨土壤呼吸对不同植物碳输入途径（凋落物和细根周转）的响应差异及可能原因；利用室内控制环境，模拟不同植物凋落物和细根碳输入对土壤有机碳矿化的影响，阐明不同数量和质量的植物碳输入对土壤有机碳矿化的影响规律。项目的研究可为进一步阐明植物-土壤间复杂的相互作用和土壤碳吸存机理提供基础数据，对于完善土壤碳循环模型和合理评价土地利用方式对土壤碳吸存的影响等有重要作用。

本项目选择亚热带丘陵区典型林地土壤，将野外采样和室内模拟矿化试验相结合，系统研究林地土壤有机碳数量和分布状况、土壤碳吸存对林地转变的响应、土壤有机碳矿化对凋落物和细根添加的响应，探讨了植物碳输入对土壤异养呼吸作用的影响。研究表明，天然林地改为人工林、果园和坡耕地后，土壤剖面有机碳储量与天然林相比降低了26%—36%，且40 cm以下深层矿质土壤碳储量下降了19%—45%。1 m深土壤δ13C均值则升高1‰—3‰，说明植物群落的光合类型发生了变化，C4植物种对土壤有机碳的贡献增加。土地利用变化后，60 cm深细根生物量锐减50%—99%，且向表土层集中。土地利用变化后，20 cm以下细根生物量的降幅比表土细根生物量的降幅更大。土地利用变化后，活性有机碳的损失不仅发生在表土，也发生在20—100 cm的底土。底土细根生物量的锐减导致了底土活性有机碳的损失。颗粒有机碳的损失主要发生在表土的细颗粒有机碳组分，溶解性有机碳的损失则主要发生在底土。土地利用变化后，细颗粒有机碳、轻组有机碳和微生物生物量是指示表土有机碳变化的敏感指标，而轻组有机碳和溶解性有机碳则是底土有机碳变化的敏感指标。土地利用变化后，细颗粒有机碳、轻组有机碳、溶解性有机碳和微生物生物量占土壤有机碳的比例是土壤质量下降的指示器。土地利用变化不仅造成表土C吸存能力的下降，也会造成底土C吸存能力降低；土壤活性有机碳组分可以很好的反映这种负面影响的早期变化。土地利用方式也显著影响土壤碳矿化速率和累积矿化量，有机物输入的数量和质量是影响土壤有机碳矿化的主要因素。有机物输入的数量越大，土壤累积碳矿化量越高。土壤累积碳矿化量大小顺序依次为：天然林>人工林>坡耕地>板栗园，与土壤活性碳储量变化基本一致，表明土壤活性有机碳库可以作为预测土壤累积矿化量大小的指标。不同土地利用方式下添加有机物释放的CO2的数量与碳添加量、氮添加量相关性较好，但与C/N相关性较弱。研究结果一定程度上阐明了不同数量和质量的植物碳输入对土壤有机碳矿化的影响规律，对合理评价土地利用方式对土壤碳吸存的影响有重要参考价值。