海涂围垦区杨树人工林地深层土壤团聚体有机碳固存机制

Reclamation in coastal areas greatly influences soil carbon accumulation and transformation process. The soil organic carbon content in the deep soil layer (>40 cm) of the poplar plantation showed less change with the increase of the reclamation time, and the mechanism of deep soil organic carbon sequestration is still not well understood. Soil structure would have greatly changed after the coastal land was reclaimed. Based on the source, turnover, and conversion of soil organic carbon in soil aggregates. The project will study spatial and temporal variability of organic carbon fractions, and its chemical and microbiological properties in different size aggregates by the investigation of poplar plantation in typical reclamation areas and indoor control experiments. Carbon isotope (13C and 14C) and biomolecule markers are used to analyze the source and turnover of deep soil organic carbon. Combined with indoor cultivation and material addition experiment to analyze the carbon mineralization rate of soil aggregates and the distribution and conversion processes of "new carbon" and "old carbon". To explore the physical-chemical stability mechanism under aggregates protection, and to determine the key role of microorganism in the physical-chemical stability mechanism, and elucidate the accumulation and stability mechanism of deep soil organic carbon and its key drivers in coastal reclamation land. The results of this research will be beneficial to improve soil organic carbon sequestration in the coastal reclamation land and maintain the soil sustainable utilization.

滨海滩涂围垦对土壤碳库积累和转化过程有重要影响。海涂围垦区营造的杨树人工林深层（>40 cm）土壤有机碳含量并不随围垦年限增加而发生显著变化，深层土壤有机碳固存机制研究还不够深入。本项目针对这一现象，根据滩涂围垦后土壤结构变化，围绕土壤团聚体有机碳来源、周转和转化过程，通过典型围垦区杨树人工林地调查和室内控制试验相结合，研究不同粒级团聚体中有机碳组分及其化学性质和微生物学性质随土壤深度的时空变异特征，采用碳同位素（13C和14C）和生物分子标志物技术分析深层土壤有机碳来源及周转；结合室内培养和物料添加实验，分析土壤团聚体中有机碳矿化速率以及“新碳”、“老碳”分配和转化过程；探索团聚体保护下物理-化学协同稳定机制，辨析微生物在物理-化学稳定机制中的调控作用，揭示围垦后深层土壤有机碳积累和稳定机制及其关键驱动因素。研究结果对提高沿海围垦区人工林土壤有机碳积累，维持土壤可持续利用具有重要意义。

沿海防护林在维护沿海地区生态安全和固碳增汇方面发挥了重要作用。杨树是华东沿海地区主要的防护林造林树种，本项目选择未围垦的滩涂，以及围垦后24年、44年和64年土地上栽植的杨树人工林为研究对象，分析了0-100cm土壤剖面上土壤有机碳储量、团聚体有机碳组分及其化学组成和有机碳来源，以及土壤化学和微生物性质的变化特征，探讨了杨树人工林长期发展对土壤有机碳固存的影响机制。主要取得5个方面的重要进展：（1）围垦区0-40 cm土层土壤有机碳含量和储量均随围垦时间延长逐渐增加，而40-100 cm土层与未围垦的滩涂土壤接近；浅层土壤有机碳含量增加主要与大团聚体增多有关，深层土壤有机碳变异较小是由于微团聚体有机碳含量增加和粘粉粒有机碳含量减少引起的相对平衡所致。（2）滩涂不同土层深度土壤有机碳的矿化速率接近，围垦后林地不同土层有机碳矿化速率均显著增加，且随土壤深度增加逐渐减小。不同类型的凋落物（叶片、根系、草本以及他们的混合物）化学性状影响颗粒态和矿物结合态有机碳组分变化，微生物的化学计量关系调控了土壤有机碳的形成和稳定途径。（3）随着围垦时间延长，0-20cm土壤中植物和微生物来源有机碳的贡献逐渐增加，以植物源有机碳为主（占62%），这种影响随土层深度增加显著降低。40-60cm 和80-100cm土层植物和微生物来源的有机碳在不同围垦期之间变异较小，主要与新碳的输入促进老碳矿化输出有关。（4）土壤微生物群落组成和多样性显著影响团聚体有机碳组分变化，细菌和真菌的α多样性是预测大团聚体、微团聚体和粘粉粒有机碳变化的最主要因子，真菌的Rozellomycota门和细菌的Bacteroidetes门对团聚体有机碳组分变化有重要影响。（5）明确了围垦后不同深度土壤有机碳稳定机制，总体上围垦地造林促进了土壤有机碳积累但降低了土壤有机碳稳定性，土壤团聚体的物理保护是影响围垦区林地土壤有机碳稳定性的主要机制。