亚热带次生林可溶性有机碳迁移特征及驱动机制研究

Transportation of dissolved organic carbon (DOC) driven by water is a key part of biogeochemical cycle in forest ecosystems with high mobility, little attention has been paid to the carbon cycle in previous studies. This project will investigate the concentrations and fluxes of DOC for rainfall, throughfall, stemflow, soil leachate and runoff in tree secondary subtropical forests (Pinus massoniana-Lithocarpus glaber forest, Choerospondias axillaris forest, Lithocarpus glaber-Cyclobalanopsis glauca forest), respectively. A simulated soil column experiment will be conducted in laboratory to reveal dynamics of DOC transporting through litter and soils profiles. We try to establish DOC transportation models and explore the relevant mechanisms of DOC transportation in subtropical secondary forest ecosystems by analyzing characteristics of stand, litter, rainfall and soil properties. The results will provide reliability data and theoretical basis for improving carbon sequestration and creating carbon and water flux model of subtropical forests.

可溶性有机碳（Dissolved organic carbon，DOC）因其高度的流动性，在水驱动下的迁移构成森林生态系统生物地球化学循环的关键组成部分，以往的森林碳循环研究中经常被忽略。本项目选择亚热带3种次生林（马尾松-石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、青冈-石栎常绿阔叶林），通过野外定位观测，分析大气降雨、穿透雨、树干茎流、土壤渗透水、地表径流等水文过程中DOC的迁移特征；利用室内凋落物、原位土柱逐层模拟淋溶试验，明晰亚热带次生林地表凋落物和土壤特征对DOC淋溶迁移、吸附固持的影响。探索次生林群落结构、地表凋落物、土壤及降雨特征对DOC迁移的调控作用，揭示亚热带次生林中DOC迁移的驱动机制，为提高亚热带森林固碳潜力、构建森林碳水循环机理模型提供可靠的数据和理论基础。

溶解性有机碳（DOC）和总溶解性氮（TDN）是陆地生态系统碳氮循环中重要且活跃的化学组分。降雨是森林水文过程的主要驱动力，也是养分输入途径，经过林冠截留后，以穿透雨和树干茎流形式进入森林生态系统，其养分含量发生变化。地表径流的养分输出连接陆地和其它生态系统，对评估森林生态系统水文过程中养分迁移具有重要作用。目前，对亚热带不同次生林水文过程中DOC和TDN浓度及通量的变化研究相对较少。本研究选取亚热带3种次生林：马尾松-石栎针阔混交林、南酸枣落叶阔叶林、石栎-青冈常绿阔叶林。连续两年测定大气降雨、穿透雨、树干茎流和地表径流量，并收集水样，分析测定DOC、TDN浓度，计算其输入输出通量、淋溶以及迁移系数，主要结果有：（1）穿透雨和树干茎流中DOC和TDN更加富集，秋季DOC浓度、秋冬季节TDN浓度与其他季节有显著差异（p<0.05）。3种林分穿透雨中DOC和TDN浓度无显著差异。在树干茎流中，石栎-青冈林DOC浓度显著低于其他两林分（p<0.01），3 种林分年均DOC浓度分别为：21.19±10.94 mg L−1、20.92±16.04mg L−1、8.29±4.66 mg L−1。树干茎流中TDN浓度在3种林分间显著降低（p<0.05），且年均TDN浓度表现为：马尾松-石栎林(6.04±4.06 mg L−1)>南酸枣林(3.79±1.88 mg L−1)>石栎-青冈林(3.03±1.73 mg L−1)。（2）在冠层淋溶过程中，DOC主要受到降雨淋洗作用，其淋溶量与穿透雨中通量显著相关，在南酸枣林中最高（57.78 kg C ha−1），而TDN淋溶受到降雨淋洗和植被吸收的双重作用，除南酸枣林外其淋溶量与穿透雨中通量无显著相关性。（3）秋季地表径流中DOC和TDN浓度与其他季节有显著差异（p<0.05），而3种森林类型间无显著差异。地表径流中年均DOC浓度和输出通量都在南酸枣林中最高，表现出开放的循环状态。而年均TDN浓度在3种林分间逐渐增加，呈现渐趋封闭的循环状态，但其年输出通量逐渐降低，反映了降雨携带的养分、凋落物的分解速率和森林土壤中的有机物质是决定土壤向地表径流输送DOC、TDN的主要因素。地表径流中DOC和TDN的年输出通量都小于总输入通量的30%，表明这3种典型林分都具有明显的养分积累效应。