北京低山地区不同植被人工林土壤有机碳固持特征及其对凋落物的响应

The artificial forest ecosystem is the important ecological barrier and carbon sink in the Beijing area, while the soil carbon pool is an essential part of it. Under the background of the increasingly serious climate change and the developing ecological environment construction in Beijing, the study on soil organic carbon sequestration characteristics under plantation and its influencing mechanism is important in promoting the soil carbon sink potential, and improving the ecological conservation function of plantation. In this study, we analyze the contents of soil organic carbon fractions; its particle-size distribution characteristics and the carbon mineralization rates for different plantation soils in low mountain area of Beijing. In order to investigate the impact of different forest litter on the turnover of soil organic carbon, a laboratory incubation experiment with litter application is conducted to analyze the change of the soil organic carbon fractions contents, its particle-size distribution characteristics and soil enzymes activities during the process of litter decomposition and soil organic carbon mineralization. The results will help to clarify the soil organic carbon sequestration characteristics under different plantation in low mountain area of Beijing, reveal the turnover mechanism of soil organic carbon pool under different plantation, and provide the theory basis for carbon pool management in artificial forest ecosystem in the Beijing area.

人工林生态系统是北京地区重要的生态屏障和碳汇，土壤碳库是人工林生态系统碳库最重要的组成部分。在气候变化日益严峻、首都生态环境建设持续推进的背景下，深入开展人工林土壤有机碳固持特征及影响机制研究，对于充分发挥人工林土壤碳汇潜力，提高人工林生态系统的生态涵养功能十分重要。本研究以北京低山地区人工林土壤有机碳为研究对象，通过分析不同植被人工林土壤有机碳在组分构成、粒级分配和矿化速率上的差异，明确不同植被条件下土壤有机碳的固持特征；通过添加不同凋落物的室内培养试验，研究凋落物分解和土壤有机碳矿化过程中土壤碳库组分构成、有机碳粒级分配特征和土壤酶活性的变化，阐明不同森林凋落物对土壤有机碳周转过程的影响。研究结果对于探明北京低山地区人工林土壤有机碳固持特征，揭示不同植被条件下人工林土壤碳库周转机制具有重要意义，可为北京地区人工林生态系统碳库管理提供理论依据。

人工林生态系统是北京地区重要的生态屏障和碳汇，而土壤碳库是人工林生态系统碳库重要的组成部分，植被凋落物的输入和分解直接影响人工林土壤有机碳的固持和碳库周转。本研究结果显示，不同植被条件下土壤有机碳不仅在含量和垂直分布特征上存在差异，其在土壤不同粒级颗粒间的分布特征和化学成分上亦存在差异，从而影响土壤碳库的稳定性。.在百花山林区，黑桦林土壤中有机碳含量、易氧化碳含量、土壤酶活性均显著高于油松林和落叶松林。黑桦林土壤有机碳更多固持在粘粒级颗粒中，有利于土壤碳库稳定性的提高。黑桦林土壤有机碳中烷基碳和芳香碳所占比例均高于油松林和落叶松林土壤，表明其土壤有机碳具有更高的化学稳定性。因此，黑桦林更有利于土壤有机碳的积累和土壤碳库稳定性的提高。在鹫峰林区，不同植被人工林土壤有机碳的垂直分布特征存在明显差异。侧柏林表层土壤中有机碳含量显著高于栓皮栎林和油松林，而深层土壤中有机碳含量则低于栓皮栎林和油松林。相比于栓皮栎林和油松林，侧柏林土壤有机碳更多集中在表层土壤中。植被凋落物数量和质量上的差异影响有机碳的分解和迁移过程，进而影响土壤有机碳的垂直分布特征。植被凋落物的数量和质量直接影响土壤有机碳的输入和输出过程，采样自两个林区的矿化试验结果均显示不同植被条件下土壤有机碳含量与其凋落物的矿化速率和累积矿化量呈负相关，即凋落物在土壤中矿化速率和累积矿化量越大，其对应的林分中土壤有机碳含量相对越低，表明有机碳矿化过程是影响土壤有机碳固持的重要因素。.研究结果显示，不同植被人工林土壤碳库在有机碳含量和稳定性上都存在显著性差异，而凋落物特征是影响土壤有机碳库的重要因素。为充分发挥人工林土壤碳汇潜力，提高人工林生态系统的生态涵养功能，在人工林植被选择和森林管理中应充分考虑其对于土壤碳库的影响，而这种影响不仅仅表现在有机碳储量和垂直分布特征上，更重要的是表现在土壤碳库的稳定性上。