环境变化对森林凋落物分解过程碳去向的影响及驱动机制

Litter decomposition is the principal pathway of nutrient cycling and energy flow in terrestrial ecosystems.The fate and allocations of organic carbon during litter decomposition play a critical role inthe contribution of vegetation biomass carbon input to soil carbon pool, but they arestrongly controlled by a variety of environmental factors. The objective of the project is to investigate the effects and mechanistic controls of environmental changes on the fate of organic carbon during forest litter decomposition. In this project,multiplefield manipulation-experiments that simulate main global climate change scenarios will be considered.The rate of litter decomposition will be determined using litterbag method, and the fate and allocations of organic carbon during litter decompositionwill be tracked with 13Cstable isotope tracer technique. This project will provide some insights into how biomass carbon inputs will affect forest soil carbon accumulation, and provide scientific basis for the evaluation ofsoil carbon storage potentialin subtropical forest ecosystems in southern China under climate change.

凋落物分解是陆地生态系统养分循环和能量流动的主要途径，。凋落物分解过程中碳素的去向分配决定着植被生物量碳向土壤碳库转移的强度，而这一过程又受到多种环境因子的共同调控。本项目以森林凋落物分解产物为研究对象，借助模拟全球气候变化主要情景的多个野外控制实验平台，结合13C同位素示踪技术开展凋落物野外分解实验，探讨环境变化对森林凋落物分解过程中碳素流向的影响及其驱动机制，有助于从碳源输入的角度阐明森林土壤有机碳积累的机制，为气候变化背景下森林土壤碳汇潜力的科学估算提供依据。

凋落物分解是生物量碳向土壤迁移的主要途径，决定着土壤有机碳的形成和积累，这一过程对环境因子的变化十分敏感，但其响应机制尚未清晰。针对上述问题，本项目选择南亚热带常绿阔叶林及其演替序列为研究对象，借助多个模拟未来全球气候变化的控制实验平台（增温、酸沉降、降水格局改变等）以及碳同位素技术，探究了凋落物分解和土壤有机碳循环关键过程对环境变化和森林演替的响应机制。研究结果显示：（1）叶片物候的适应策略是植物对水分和光照的权衡响应；一方面，植物通过交换旧的、衰老的叶片以获得新的、有效的叶片来优化光合作用，从而获得充足的水分；另一方面，植物会脱落老叶以降低维护成本，避免旱季缺水时发生水力故障。（2）模拟酸雨抑制了凋落物分解和土壤呼吸，降低了土壤有机碳的周转速率，但并没有显著改变土壤有机碳储量。（3）土壤呼吸及其组分对增温的响应受到林型、季节、增温方式和幅度等的制约。（4）降水强度与施氮量的增加均会促进土壤N2O的排放，且两个因子间存在显著的交互作用。（5）森林演替后期，凋落物分解产物向地下分配的比例更高，使得土壤拥有更为丰富的碳源，同时其土壤碳库具有更低的周转速率，有利于土壤有机碳的积累。项目研究结果揭示了常绿阔叶林应对环境胁迫的物候适应策略，量化了凋落物分解过程中碳素的去向分配及其对环境变化和森林演替的响应，阐明了环境变化对土壤温室气体排放的影响机理；有助于森林土壤有机碳积累机制的全面阐释，为南亚热带地区的森林管理策略和碳汇功能评估提供了数据支持和理论参考。