森林土壤有机碳分解过程形态结构对环境变化响应与适应

One key research topic in soil carbon cycling is to understand the features of soil organic carbon (SOC) configuration during the decomposition process. Investigation of the responses of forest SOC configurationto environmental changes could improve our understanding of forest SOC conversion, emission, deposition, and dynamics, and provide fundamental knowledge for forecasting forest soil carbon cycling in the future.This project will study the features of forest SOC configuration during different decomposition stages (i.e. leaf litter, humus, and mineral soil) in *three*successionalsubtropical monsoon forests which are sensitive to climate change. An integrated approach will be used including physical, chemical as well as nuclear magnetic resonance (NMR)technique to characterize the SOC configuration in the subtropical forests as well as the established long-term field experiments such as nitrogen deposition simulation study and the whole ecosystem shift natural warming experiment. The fundamentalknowledge gained in this project will be helpful for our understandingof forest soil carbon biogeochemical cycling under environmental changes, and provide scientific estimation of forest soil carbon sequestration potential.

土壤碳循环研究的关键是了解土壤有机碳分解过程中的形态变化特征，对土壤有机碳分解过程的形态特征与环境变化关系的了解，有助于揭示有机碳随分解过程的迁移、转化、沉积及循环规律，是预测未来气候变化条件下森林土壤碳元素生物地球化学过程的基础。项目选择在对气候变化敏感的南亚热带季风气候区，以森林土壤有机碳为研究对象，利用森林群落的自然演替阶段及涵盖未来主要环境变化情景的人工控制长期实验平台，运用物理与化学相结合的有机碳分组方法并结合核磁共振等技术和手段，研究有机碳在不同分解阶段（凋落物层、腐殖质层、矿质土壤）的形态变化特征，探讨环境条件改变对森林土壤有机碳分解过程形态结构的影响，为加深环境胁迫下森林土壤碳元素生物地球化学过程的了解及森林土壤有机碳积累机理的解释与森林土壤碳汇潜力的科学估算提供依据。

由于林分结构与种类组成的差异，有机碳来源与结构是不同的，其在分解过程中对环境条件改变的响应规律以及机理也尚未清晰。针对上述问题，本项目利用森林群落的自演替阶段及涵盖未来全球环境变化主要情节的模拟控制实验平台（包括模拟酸沉降控制实验平台和垂直移位模拟增温实验平台），运用物理与化学相结合的分组方法，并结合核磁共振技术、稳定同位素技术等方法和手段，研究有机碳在分解过程中不同组分（包括活性组分和惰性组分）以及其形态结构特征变化情况，探讨了森林群落结构以及环境条件改变对土壤有机碳分解过程的影响，并深入分析了森林土壤有机碳分解过程的环境驱动机制以及对有机碳长期固存的影响机理。研究结果表明：（1）在森林自然演替的后期，有机质将以更为稳定的形态存储于土壤中，土壤有机质的分解速率降低，有利于土壤碳库的积累与保存；（2）在凋落物分解过程中，腐殖化程度越高的层次凋落物木质素含量与土壤总有机碳含量相关性更强，而高强度酸处理下木质素含量的增加也使得土壤有机碳稳定性得以提高，更有利于其固存；（3）模拟酸雨处理抑制了微生物的活性及数量，使得更多的活性组分有机碳不被微生物所分解利用而得以保存下来，高强度酸处理的土壤中活性组分有机碳增加，微生物对这一部分活性有机碳的利用也会降低惰性组分有机碳在高强度酸处理下的分解速率，使得属于惰性组分的有机碳得以保存和累积；（4）增温显著降低了土壤总有机、土壤活性和惰性组分有机碳含量，土壤惰性有机碳含量显著降低是土壤总有机碳减少的主要原因，这也意味着气候变暖可能会削弱土壤碳汇功能。以上结果的获得，不仅阐明了森林土壤碳库对自然演替过程中群落改变对的响应规律，同时也揭示了环境条件改变对森林土壤有机碳分解过程的影响机制，为实现全球气候变化条件下森林土壤碳汇潜力的科学估算提供依据。