植物地上、地下枯落物输入对森林土壤有机碳形成与稳定性的影响

The content and forms of soil organic carbon determine the function, activity and carbon utilization efficiency of soil microorganisms, which in turn affect the carbon cycling of terrestrial ecosystems. The above-ground plant litter and the derivatives from below-ground root metabolic and turnover processes interact with soil biotic and abiotic factors, resulting in a gradual turnover of some of the organic carbon compounds in progressional decomposition processes and formation of soil organic matter complexes for the remaining components with longer residence time in soils. However, the mechanisms of above- and below-ground plant litter inputs in affecting the formation and stability of soil organic carbon is unclear. Using typical temperate forests as case studies, this project addresses two questions: (1) how are the forest floor litter and the products of root activities and turnover mobilized, transformed and incorporated into soil organic carbon components? (2) in the above processes, what specific roles and feedbacks are soil physiochemical properties and microbial communities involved in? By answering these two questions, we aim to elucidate the characteristics of soil organic carbon dynamics and controls as influenced by inputs of different carbon sources, thereby providing experimental evidence and establishing solid theoretic basis for accurately assessing the potential of forest soil carbon sequestration and responses to global change.

土壤有机碳含量和形态决定土壤微生物的功能、活性和碳利用效率，进而影响陆地生态系统碳循环。植物地上凋落物和地下根系代谢及其周转过程中所产生的衍生物与土壤中的生物和非生物因子相互作用，导致一些有机碳化合物被逐步分解释放，而剩余部分会形成复合型态的土壤有机质组分在土壤中滞留较长时间。然而，植物地上、地下枯落物输入对土壤有机碳形成和稳定性影响的作用机理尚不清楚。本项目以典型温带森林为研究对象，深入探究如下两个问题：一、森林地表枯落物和根系代谢及其周转产物在土壤中如何运移、转化和形成稳定形态的土壤有机碳组分？二、在上述过程之中，土壤理化性状和微生物群落有何具体作用和反馈？通过对两个问题的解答，我们将阐明在不同碳源输入情况下，土壤有机碳的动态变化特征和调控机制，为准确评估森林土壤固碳潜力及其对全球变化的响应提供实验例证，夯实理论基础。

土壤有机碳主要来源于植物凋落物，但是关于凋落物碳输入的来源和数量与土壤有机碳形成与稳定性的关系还不清楚。因此，本项目针对研究目标，按照计划书中设计的研究方案，开展了系统性研究。研究中的重要发现包括以下几个方面：（1）长期（8年）的凋落物输入处理改变了油松-辽东栎混交林的土壤有机碳组成，其中凋落物质量比数量对不同团聚体有机碳含量的影响更大；（2）采用中宇宙的方法，在温带锐齿栎林进行了八年的凋落物输入控制实验，研究证据表明地表凋落物是森林土壤表层有机碳主要来源，地表凋落物和根系对土壤有机碳形成的影响主要是由于二者在土壤空间的分布以及通过不同的转化途径造成的，根系是深层土壤植物源难降解化合物和表层微生物源低分子碳化合物的主要来源，但是对于表层土壤总有机碳的形成贡献较低；（3）通过整合全球森林土壤有机碳的文献数据揭示了不同生物气候对土壤有机碳的影响以及不同功能碳组分对土壤碳固持的作用。如矿质结合态和颗粒态有机碳土壤碳库的贡献分别在亚热带和温带的森林区系下相对更加重要。本项目的实施有助于更好地理解地上和地下凋落物输入对土壤有机碳形成和稳定的作用，对于准确预测全球森林土壤碳动态具有重大意义。