青藏高原东缘典型人工林土壤有机质积累与稳定性机制研究

The accumulation and stability of soil organic matter(SOM) are important indicators for evaluating the restoration of ecological function of plantation. There are evidences that SOM continuously decreases after substituting different plantations for native coppices in eastern Qinghai-Tibetan Plateau. However, few studies focus on reasons and mechanisms resulting in the decline of SOM under plantations. The technique of soil physical fraction combined with 13C NMR, continuous extraction with water-acid method, and incubation of soil CO2, can explore the stability of SOM from the perspectives of physical, chemical and biological protection. Additionally, the accumulation of SOM should be investigated through litter manipulation and root removal experiment. Therefore, we focus on exploring the machanism of stability and accumulating rate of SOM under represpective plantations in this area, associated with the control of secondary shrubs. We aim to evaluate the size and accumulation rate of SOM in various soil physical fractions in different tree species plantations, associated with the manipulation of above- and belowground litter in field experiment. We also purpose to elucidate the physical, chemical and biological mechanisms of SOM stability in different plantations, applying the technique of soil physical fraction combined with 13C NMR, continuous extraction with water-acid method, and long incubation of soil CO2. Furthermore, we analyze the relationship of the chmical composition and function of SOM and soil fertilization. Based on the analysis above mentioned, measures and theories will be put forward for sustainable management and control of non-commercial ecological plantation.

土壤有机质(SOM)积累速率与稳定性是人工林生态功能恢复的重要评价依据。青藏高原东缘林区大量人工林替代次生灌丛后SOM持续下降，但其下降原因及影响机制一直缺乏系统研究。土壤物理组分分离技术，结合水-酸化学提取与13C NMR技术以及长期培养试验能从生物、物理和化学角度揭示SOM的稳定性。同时，通过地上凋落物调控与地下根系排除试验能识别SOM积累。本研究选择该区典型人工林，以次生灌丛为对照，SOM为核心，采用筛分与密度物理分组技术、结合各组分温度长期培养、以及连续热水-酸解和13C NMR光谱技术、对SOM进行物理分馏、化学功能团和生物活性分析，结合人为调控地上和地下有机物输入的野外原位试验，试图定量评估不同人工林土壤各物理组分有机质大小和积累速率；阐明不同人工林恢复过程中SOM生物、物理与化学稳定性机制；分析SOM功能团组成变化与土壤肥力的关系，为生态公益人工林持续管理与调控提供理论依据。

揭示不同人工林类型对土壤有机碳（SOC）积累与稳定性的机制是森林恢复与持续经营的科学基础。本研究选择不同树种人工林，以次生灌丛为对照，结合人工林间伐野外调控处理与土壤有机碳分解室内培养实验，测定土壤物理组分及碳含量与贮量、土壤呼吸速率等指标，分析不同人工植被恢复类型下SOM积累与稳定性的机制。主要发现：. （1）营造油松和华山松人工林导致SOC含量及贮量降低，主要是由于造林导致团聚体组分中有机碳含量降低所致，而不是土壤团聚体大小及比例的不同，说明树种差异没有影响SOC物理稳定性，通过SOC的收支平衡来看，发现以油松和华山松造林后，林地结构不合理导致微环境差，加上油松和华山松凋落物分解速率低，致有机物难以归还进入土壤形成有机碳，是其SOC贮量降低的根本原因。. （2）通过对不同树种人工林林地间伐调控后土壤呼吸的动态监测，发现了间伐降低了土壤呼吸速率，对土壤呼吸的影响程度不仅依赖于不同林窗大小诱导的生物物理等微环境变化，同时，也受不同树种导致的林地条件差异的影响。. （3）结合底物添加和利用不同土壤层次活性底物的差异，采用室内培养试验，研究了不同土壤层次有机质分解的温度敏感性，揭示了SOC分解温度敏感性随着土壤层次的增加而降低，结合土壤剖面活性有机碳随着土壤层次增加而下降以及添加活性有机底物后温度敏感性增加等证据，发现活性底物是控制SOC分解温度敏感性的主要影响因素。. （4）项目设计的针对山地低效人工林生态功能提升的“公益性人工林小林窗疏伐经营技术”，在2015入选《国家重点推广的低碳技术目录》（第二批），这些结果为指导不同树种人工林生态功能提升的技术改进等方面提供了理论与技术支撑。