氮沉降增加条件下亚热带人工林土壤固碳过程与机制研究

土壤固碳是在当前国际社会对全球温室气体减排的需求驱动下的前沿探索，有关氮沉降条件下土壤固碳研究目前主要集中在北半球温带地区森林和农业土壤，随着热带和亚热带地区森林氮沉降的迅速增加，迫切需要加强这一领域的研究。本项目以野外长期定位研究为基础，分析不同水平氮沉降（N0、N1、N2、N3）增加条件下杉木人工林土壤碳输入（凋落物分解、细根周转）与土壤碳输出（土壤呼吸和土壤可溶性有机碳淋失）过程，土壤碳分配、保护、结合、转化与利用过程，以及土壤酶、土壤微生物区系与土壤碳固定的关系，探讨氮沉降增加作用下森林土壤固碳过程与机制，揭示森林土壤碳库分配、碳保护与稳定及微生物区系与活性演变的定量关系及相对贡献，为阐明森林土壤固碳潜力，充实和发展森林土壤碳循环理论奠定科学基础。

本项目以野外长期定位研究为基础，分析不同水平氮沉降（N0、N1、N2、N3）增加条件下杉木人工林土壤碳输入（凋落物分解、细根周转）、土壤碳输出（土壤呼吸和土壤可溶性有机碳淋失）过程，土壤碳分配、结合与转化过程及土壤酶、土壤微生物与土壤碳固定的关系，探讨氮沉降增加作用下森林土壤固碳过程与碳稳定性的形成机制。主要研究结果：（1）本研究发现10年时间尺度上的不同氮沉降并未明显改变杉木人工林土壤有机碳库，虽然不同氮沉降水平土壤有机碳密度从高到低的顺序为: N0 < N3< N2 < N1，但差异不显著。低氮（N1、N2）处理表现出促进了凋落物C元素的释放，而高氮（N3）处理则抑制，氮沉降促进细根分解过程中C元素的分解释放；氮沉降处理抑制了土壤CO2的释放，土壤DOC含量随着氮沉降量的增加而增加。（2）低氮沉降（N1）处理使土壤微生物量碳、氮和磷、基础呼吸，可矿化碳和氮、速效氮和磷养分都显著提高，而中-高氮沉降（N2、N3）则抑制。（3）氮沉降对纤维素酶和多酚氧化酶具有促进作用，而对淀粉酶和过氧化物酶表现出一定的抑制作用；中-低氮沉降（N1、N2）对蔗糖酶无影响，而对β-葡糖苷酶和木聚糖酶具有促进作用，高氮沉降（N3）促进了蔗糖酶和木聚糖酶活性，但抑制了β-葡糖苷酶和木聚糖酶活性。（4）明确了低氮沉降显著提高杉木人工林土壤微生物群落功能多样性指数与均匀度指数，而高氮沉降则相反。（5）随着氮沉降量的增加，各处理土壤PMC、MBC、POC和AEC含量先增加后下降, 即低氮（N1）处理促进其增加，中、高氮（N2、N3）则抑制；土壤DOC、ROC和LFOC含量随着氮沉降量的增加逐渐增加，HWEC逐渐降低；POC、ROC、HWEC、LFOC和均可作为氮沉降影响条件下土壤有机碳长期变化的指示指标。（6）10年时间尺度上的氮沉降明显抑制杉木人工林土壤呼吸，并使杉木人工林土壤呼吸对温度敏感性降低。（7）土壤固碳的可能机制：团聚体物理保护，团聚体中物理保护下有机碳与土壤组成分的化学键合，土壤有机碳的化学转化和稳定，土壤固碳中植物-微生物的作用。