黑碳输入对亚热带人工林土壤有机质维持及稳定的作用机制

Black carbon (BC) application to soil is currently being promoted as a possible means to improve soil fertility and sequester carbon to mitigate climate change. It has received more attention in the area of soil carbon cycle. A coniferous plantation forest (Cunninghamia lanceolata) will be used in the field trial at Sangming experimental station of Fujian. Using the isotope 13C and 14C, NMR and molecular microbial techniques (PLFA and PCR-DGGE), the responses of tree and soil organic matter stability to BC application, the mechanisms of BC microbial decomposition and the interactions between BC and fresh litter on SOM stability will be investigated in the research. This novel project will provide important insights on the role and function of BC in carbon cycle of forest soil, and also provide the valuable information for scientific maintenance of soil organic matter and for sustainable management of plantation forest in the subtropical region of China.

向土壤中施入黑碳已被认为是提高土壤肥力及减缓气候变化的重要途径，已引起学术界的广泛关注。本项目以亚热带杉木人工林为研究对象，利用稳定性同位素13C、放射性14C和核磁共振以及分子生物学技术，重点研究黑碳输入对杉木生长和土壤养分以及土壤有机质稳定的影响；野外条件下探讨黑碳的微生物利用机制；揭示黑碳与新鲜凋落物的相互作用对土壤有机质稳定的影响及机制，为深入认识和评价黑碳在森林土壤碳循环中的作用和贡献提供科学的理论依据，并为亚热带森林土壤有机质科学管理和人工林可持续经营提供科技支撑。

向土壤中施入黑碳（BC）已被认为是提高土壤肥力及减缓气候变化的重要途径，已引起学术界的广泛关注。本项目以亚热带典型人工林土壤为研究对象，利用同位素和分子生物学技术，系统研究了BC输入对亚热带人工林土壤肥力、微生物以及有机质稳定性的影响及机制。研究发现，BC制备温度因素仅在试验前期对土壤碳排放存在显著影响，并且呈现350℃制备BC处理的高于550℃和750℃制备BC的趋势。BC单独输入在前期阶段（2周内）促进了土壤原有有机碳矿化，后期阶段则产生抑制作用。在整个试验阶段，BC单独输入对土壤原有有机碳的矿化无显著影响，但凋落物单独输入则显著促进了土壤原有有机碳矿化。BC单独输入的土壤中BC分解率显著低于凋落物与BC混合输入处理的，进一步表明凋落物的存在也促进了BC分解。随着热解温度的升高，BC分解率呈下降趋势，且相同热解温度下BC分解率呈现木荷大于杉木的趋势。因此，生物质制备温度和原材料是BC影响土壤原有有机碳矿化和BC分解的重要因素。与凋落物单独输入相比，BC输入可以更好地提高了人工林土壤全碳含量、C/N比值和pH，且高温制备的BC输入对土壤pH和C/N的提升更明显；与BC单独输入相比，凋落物输入使土壤微生物生物量显著增加，且对土壤微生物群落结构的影响更为显著。混合输入凋落物和BC既显著提高了人工林土壤肥力水平，又促进了土壤微生物的生长并改变微生物群落结构。本项目拓展了亚热带山地土壤BC研究，为深入认识和评价BC在森林土壤碳循环研究中的作用和贡献提供理论依据，并为亚热带森林土壤有机质科学管理和人工林可持续经营提供科技支撑。