城市化对森林土壤有机碳稳定性影响及其受外源碳输入调控机制研究

The decomposition of soil organic carbon (SOC) plays a vital role in the research of forest ecosystem C cycling, and even small changes in the amount of C emissions will induce great response and feedback effects on the global climate change. Study on the effect of urbanization on the stability and regulating mechanisms of forest SOC is rare. This project takes the typical forests along an urban-rural gradient in Changchun city as the study objects, through field observation and laboratory incubation experiments to: 1) reveal the response and dynamics of soil CO2 efflux from urban to rural forests due to forest litter manipulation treatments, and then discuss the influencing mechanisms; 2) illuminate the effects of changes in substrate availability induced priming effect (PE) on the temperature sensitivity of SOC decomposition, meanwhile, 3) clarify the response of soil aggregate C mineralization from different particle sizes to PEs by stable isotope tracing technology and reveal the microbial mechanisms. Finally, exploring the factors that affect the stability of forest SOC and put forward the way to increase the ability of soil C pool from the perspective of changes in substrate carbon availability during urbanization. The results of our study will be important for the evaluation of forest soil C turnover and stability mechanisms under the background of rapid urbanization, and it will play a significant role in promoting the urban forest soil C sequestration potential through reasonable management practices.

土壤有机碳分解是森林土壤碳循环研究的重要方面，其排放量的微小变化都会对全球气候变化产生反馈与调节作用。城市化的快速发展对森林土壤碳库稳定性造成不可忽视的影响，然而，相关研究极其匮乏。本项目以长春市为例，在城区-郊区-乡村不同梯度森林布设凋落物增减调控试验，开展森林凋落物增减调控对城乡不同梯度森林土壤CO2排放的影响研究，并阐明其作用机理；同时，采用同位素示踪技术，开展13C-葡萄糖添加室内模拟试验，明确底物碳源可利用性改变引起的激发效应对城乡梯度森林土壤有机碳分解温度敏感性以及不同粒径土壤团聚体有机碳分解CO2排放的影响，并揭示其微生物作用机理；最终从外源碳输入调控角度探究底物基质可利用性改变对森林土壤有机碳周转及其碳库稳定性变化的影响。研究结果对城市化背景下森林土壤碳库稳定性影响评价以及采取合理的管理措施提升城市森林土壤碳汇功能具有重要指导意义。

土壤有机碳（SOC）分解是森林土壤碳循环研究的重要方面，其排放量的微小变化会对全球气候变化产生反馈与调节作用。城市化的快速发展对森林土壤碳库稳定性造成不可忽视的影响，相关研究极其匮乏。本项目以长春市为例，开展森林凋落物增减调控对城乡不同梯度森林土壤CO2排放的影响研究；以及不同水平碳输入对城乡梯度森林SOC分解温度敏感性以及不同粒径团聚体SOC分解CO2排放的影响研究。结果表明：（1）凋落物加倍与去除处理对城市化不同梯度森林土壤理化性质具有一定影响。近郊，凋落物加倍与去除使土壤碳排放量分别显著降低了88%和37%。在城市和远郊，不同处理土壤碳排放量也降低，但差异不显著。土壤TN、TP和土壤水分含量在土壤碳平衡中起重要作用。（2）不同水平碳输入均显著提高了城乡不同梯度森林SOC分解CO2排放量，均促进了SOC分解正激发效应的产生，随着碳添加量的增加，产生的激发效应越强，并且这种效应表现为城市>近郊>远郊。不同碳输入水平均降低了城乡不同梯度SOC分解的温度敏感性。城市SOC稳定性主要受放线菌与不确定性细菌的影响；近郊主要为真菌与细菌比、原生动物、总微生物生物量和丛枝菌根真菌的影响；远郊主要为Gm-、真菌、Gm+及Gm+/Gm-的影响。（3）温度升高促进了不同粒径团聚体原SOC的释放，小团聚体（0.25-2 mm）和微团聚体（＜0.25 mm）CO2排放量显著高于大团聚体（＞2 mm）。碳输入水平的提高可以有效抑制温度升高引起的不同团聚体中有机碳分解CO2排放量的增加，有助于碳的固定，并且使土壤不同团聚体有机碳分解Q10值降低。高碳添加水平下促进了微生物总生物量升高；小团聚体（2-0.25 mm）和微团聚体（＜0.25 mm）总微生物生物量以及各菌群生物量均高于大团聚体（＞2 mm）。研究结果对城市化背景下森林土壤碳库稳定性影响评价以及采取合理的管理措施提升城市森林土壤碳汇功能具有重要指导意义。