秦岭倒木呼吸通量及其影响机制的研究

The CO2 flux from downed logs (R) is the major carbon source in forest ecosystems. As an important component of carbon cycle in forest ecosystems, the R has become the concerned-core problem in global carbon cycle. Research on the R can contribute to illuminate the driving mechanism and process of carbon cycle in forest ecosystems. Accurately quantify the R can provide more accurate data for preparation of greenhouse gas inventories and construction of carbon cycle models in forest ecosystems. Discussing the effect factors of the R can deeply understand the carbon conversion of downed logs, and make the contribution of downed logs at the regional and global scales to carbon cycling clear. Taking downed logs of the main tree species (Pinus armandi and Quercus aliena var. acuteserrata) at Huoditang forest region in the Qinling Mountains as objects, we will estimate the annual R in the P. armandi and Q. aliena var. acuteserrata forests, analyze the variation in microbial community characteristics of downed logs during decomposition process and the relationships between them and physicochemical characteristic, and also analyze the correlations among the R, microbial community and physicochemical characteristic of downed logs. The purposes of this project are to elucidate the change rule of physicochemical characteristic, its effects on the microbial community and the microbial feedback mechanism during decomposition of downed logs, ascertain the impacts of microbial community, physicochemical characteristic on the R in order to deepen the understanding of the change rule and mechanism of the R.

倒木呼吸释放的CO2通量是森林生态系统输出的主要的碳源，是研究森林生态系统碳循环的重要组成部分。对倒木呼吸通量的研究，有助于阐明森林生态系统碳循环的驱动机制及过程模拟，能为森林温室气体清单编制和森林生态系统碳循环模型的构建提供更加准确的数据。探讨倒木呼吸的影响机制，能更深入的了解倒木碳的转换，也能更清楚的认识倒木在区域和全球尺度上对碳循环的贡献。本项目以秦岭火地塘林区的主要倒木树种华山松和锐齿栎为研究对象，估算华山松林和锐齿栎林的倒木呼吸年通量；对比分析倒木分解过程中的微生物群落变化特征及其与理化特征间的关系；分析倒木呼吸与倒木微生物及理化特征的相关性，以阐明倒木分解过程中理化特征的变化规律及其对微生物群落结构的影响和微生物的反馈机制，探明倒木微生物及理化特征对倒木呼吸的影响，以加深对倒木呼吸变化规律及其影响机制的认识。

倒木呼吸释放的CO2通量是森林生态系统碳循环的重要组成部分，但目前对倒木呼吸影响因素的研究分散且不系统，仍然存在很多不确定性。因此，本项目以秦岭火地塘林区的主要倒木树种华山松和锐齿栎为研究对象，通过定位观测、常规实验分析、高通量测序和生物信息学分析等手段，研究了秦岭倒木呼吸通量及其影响机制。主要研究内容：（1）倒木呼吸速率的季节动态及年通量的估算；（2）倒木理化特征及微生物群落的变化特征；（3）倒木呼吸速率的影响机制。重要结果和关键数据：（1）揭示了不同腐烂等级倒木呼吸速率的季节变化规律，均呈现出基本一致的单峰曲线格局，获得了华山松林和锐齿栎林的倒木呼吸年通量。（2）理清了倒木温度和含水量的变化规律，拟合了不同腐烂等级倒木温度与气温和10cm地温的关系，为倒木呼吸年通量的精确估算提供了依据。揭示了不同腐烂等级倒木密度的变化规律，拟合了倒木密度与分解时间之间的关系，得到了倒木的分解常数。（3）测定了华山松和锐齿栎倒木分解过程中六种化学元素的含量，揭示了倒木分解过程中不同化学元素含量的变化规律。（4）测定了华山松和锐齿栎倒木分解过程中的微生物多样性和群落结构，采用对应分析揭示了其与倒木理化特征间的关系，对倒木真菌群落和真菌类群分布影响最大的理化因子是倒木密度和含水量。（5）倒木腐烂等级、倒木温度、倒木含水量以及倒木的氮、磷、钙、镁含量均与倒木呼吸速率间存在极显著的正相关。研究结果初步阐明了倒木分解过程中理化特征的变化规律及其对微生物群落结构的影响和微生物的反馈机制，理清了倒木微生物、树种、腐烂等级及理化特征对倒木呼吸速率的影响。研究结果有助于阐明森林碳循环的驱动机制及过程模拟，为秦岭森林倒木的经营管理提供了重要的科学依据。研究成果出版英文专著1部，发表学术论文1篇，授权实用新型专利2项。