长白山地区森林土壤有机碳、氮转化对冻融过程的响应研究

The transformation of the forest soil organic carbon and nitrogen are affected observably by the freezing and thawing process which will be changed under the condition of global climate warming.The study of soil organic carbon and nitrogen transformation during freezing and thawing periods in different ecological systems is not only a contribution to understanding of the global carbon and nitrogen cycle mechanismt,but also is important tackling for climate change in the future.In this project, we will select some typical forest soils in Changbai mountain to research soil organic carbon and nitrogen mineralization, structure features of soil organic carbon and nitrogen, soil microbial diversity,soil enzyme activity and emissions of CO2, N2O and CH4 by the in-sute method during freezing and thawing periods.Meanwhile we will research the mineralizations of soil organic carbon and nitrogen, emissions of CO2,N2O and CH4 and soil enzyme activity through simulating method of freezing and thawing cycle in order to analyse the difference of those results between in-sute method and simulating method of freezing and thawing cycle. Our research is to understand the effect of freeze-thaw process to soil organic C and N transformation.The study can provide basic theory for response of soil organic C,N transformation to freeze-thaw process and provide scientific basis for the cycle of C and N in the temperate forest ecosystem.

冻融过程对森林土壤有机碳和有机氮的转化有着重要影响。在全球气候日渐暖化条件下，土壤的冻融过程也将发生改变。因此探明当前冻融过程对不同生态系统有机碳、氮转化的影响不仅有助于了解全球碳、氮循环机制，对应对未来气候变化也有着重要意义。本项目以中国长白山地区典型的森林土壤为对象，以原位培养测定和室内模拟分析相结合的方法，研究自然冻融过程中不同林型土壤有机碳、氮的矿化特征，有机碳组成、氮组成结构特征，土壤微生物多样性与土壤酶活性特征，以及土壤CO2、N2O和CH4排放特征等。并通过室内模拟冻融循环方法研究有机碳、氮矿化，土壤CO2、N2O和CH4排放，以及土壤酶活性特征等与原位培养的差异性。拟探明冻融过程对有机碳、氮转化的影响机制。项目研究可为深入了解温带森林土壤有机碳、氮转化过程对冻融过程的响应提供理论基础，为温带森林生态系统的碳、氮循环研究提供科学依据。

本项目以中国长白山地区典型的森林（红松阔叶林（HK）、硬阔叶林（K）、次生白桦林（B）、长白松林（M）、蒙古栎林（Z）、冷杉林（L））土壤为对象，通过原位培养法研究了自然冻融过程中森林土壤有机碳、氮的矿化、有机碳组成、土壤微生物多样性、土壤酶活性以及土壤CO2、N2O和CH4排放特征等。利用室内模拟法研究了冻融过程对土壤有机氮转化、土壤CO2、N2O和CH4排放的影响。结果表明：冻融过程对森林土壤微生物量碳（MC）和微生物生物量氮（MN）的影响因林型和土壤层次而异，冻融期森林土壤微生物量存在明显的空间分布特征。各林型在土壤冻融期间均出现明显的氮矿化过程和硝化过程，但不同林型的表现不同。春季解冻时，土壤的轻组颗粒所占比重随着解冻进程逐渐增加，重组颗粒比重逐渐降低，而秋季结冻过程二者趋势相反。冻融期各林型0-20cm层土壤粗颗粒有机碳含量显著高于细颗粒，且土壤的重组有机碳含量也显著高于轻组有机碳含量。模拟冻融循环对所有林型土壤NO3--N含量影响较小，但显著影响了土壤NH4+-N含量。冻融过程对各林型土壤脲酶活性、土壤转化酶和土壤过氧化氢酶活性的影响因林型不同而异。多数林型上层土壤硝酸还原酶活性在冻结期至冻融早期皆保持了上升趋势，最大值出现于冻融中后期，且下层土壤硝酸还原酶活性高于上层土壤。MC和MN与土壤酶活性的关系受林型、土壤层次和土壤酶类型影响。解冻期各森林土壤CO2和N2O排放规律相似，基本表现为随冻融进程排放量逐渐增大，而土壤CH4排放整体表现为净吸收。冻融期各林型土壤CO2排放通量与土壤含水量呈显著负相关，而N2O排放通量与含水量呈显著正相关。次生白桦林土壤CO2平均通量最高，其次为红松阔叶林。长白松林土壤CH4吸收能力最强。次生白桦林和红松阔叶林N2O平均通量显著高于其他林型，蒙古栎林排放能力最弱。项目研究结果为深入了解温带森林土壤有机碳、氮转化过程对冻融过程的响应提供了理论基础。