气候变化背景下小兴安岭老龄阔叶红松林土壤碳汇变化机理

全球范围内土壤以有机质和植物残体形式贮存的碳量约1480PgC，超过植被贮存碳量两倍以上，其中森林土壤占45%。过去150年间，森林土壤转化为其他土地覆盖类型所造成CO2排放量已接近同期化石燃料释放总量，因此，森林土壤碳库微弱变化都将导致大气CO2浓度的明显波动。小兴安岭林区地处北半球气候变化敏感区域，气候变化驱动该区地带性顶级植被- - 阔叶红松林土壤碳汇发生变化，由于其对气候变化的敏感性和贮量巨大而广受政策制定者和生态学家重视。本研究首次在小兴安岭林区人工模拟N沉降和降水格局变化等气候变化情景，研究老龄阔叶红松林土壤碳汇变化机理；首次开展小兴安岭林区气候暖化导致冻土消融前提下的老龄阔叶红松林土壤碳汇变化机理研究；同时，对比分析小兴安岭林区不同类型的老龄阔叶红松林土壤有机碳和土壤碳通量的变化趋势，探索其碳汇变化机理。研究结论将为进一步验证老龄森林土壤是碳汇或碳源，提供可靠的科学数据支持。

本研究通过人工模拟氮沉降，研究小兴安岭老龄阔叶红松林土壤碳汇变化机理。于2011年5月——2013年10月在黑龙江省小兴安岭伊春市五营区生态系统定位研究站云冷杉阔叶红松林地内进行模拟氮沉降试验，通过对红松、云杉、冷杉、落叶松、白桦、风桦、青楷槭、花楷槭等树种的胸径（DBH）动态观测，研究云冷杉阔叶红松林内树木生长量与生物量对N沉降的响应。研究结果表明，林内树木生长成显著地季节性变化动态。随着树木径级的增加，红松的生长量减小，而林冠层其他树种的生长量则随着树木径级的增加而上升；林冠层下的主要树种则随着树木径级的减小，其生长量加大。氮沉降并未改变云冷杉阔叶红松林内树木生长量的季节性变化动态，各树种对不同氮沉降水平的响应不同，对比对照（CK），各种低N（TL）、中N（TM）和高N（TH）处理浓度下均对红松、云杉的树木径向生长量表现抑制作用。而比对（CK），青楷槭在低N（TL）、中N（TM）促进其生长，而高N（TH）抑制其生长，其对氮沉降响应敏感。氮沉降未改变云冷杉阔叶红松林内乔木的生物量的季节性变化动态，氮沉降显著的影响了各树种的生物量，不同氮沉降水平下各处理都使云冷杉红松林群落的乔木层的固碳能力有显著的增强。. 使用便携式土壤CO2通量观测仪器LI-8100测定不同氮沉降浓度对CK（0）、TL （50 kg N.hm-2.a-1）、TM （100 kg N.hm-2.a-1）和TH （150 kg N.hm-2.a-1）土壤呼吸的影响。结果表明，氮沉降未显著改变土壤呼吸的日变化和季节性变化规律。对比CK，TL、TM和TH处理分别使土壤日呼吸速率提高了13.72%、23.22%和5.12%，年呼吸速率提高了13.98%、18.26%和11.24%。土壤呼吸与温度呈极显著的指数相关（P<0.001），与土壤湿度无显著相关. CK，TL、TM和TH处理下土壤呼吸温度敏感系数Q10分别为4.77、5.71、6.62和5.49，氮沉降处理提高了小兴安岭云冷杉红松林的土壤呼吸和温度敏感性。