凋落物性状对土壤有机碳形成与稳定性的影响机制研究

Soil organic carbon (SOC) is the largest carbon pool in the terrestrial ecosystems. It consists multiple fractions with different stability and turnover rates, and plays an important role in regulating ecosystem carbon sequestration. Litter is an important carbon source for SOC and soil microorganisms are the key drivers of transforming litter carbon to SOC. Litters with different chemical and structural traits have variable carbon chemical composition and microbial use efficiency. However, our knowledge about the effects of litter traits on SOC formation and stabilization remains limited. In this project, a two-year litter decomposition experiment will be set up in Inner Mongolia Xilingol Grassland Ecosystem of the National Field Research Station. We aim to explore the mechanisms by which chemical and structural traits of litter affect SOC formation and stabilization. Six common grass species with different litter traits in temperate grasslands will be selected and 13C continuously labelled. The labelled litter will be incubated on the surface of the grassland, inside PVC collars, at direct contact with the ground. We will analyze the effects of litter traits on soil microbial community structure and function by stable isotope probing of microbial phospholipid fatty acids. Then we will investigate how the changes in microbial community structure and function by litter traits will influence SOC formation efficiency and allocation of litter-derived C in different soil fractions. We aim to illuminate the mechanisms by which litter inputs regulate SOC accumulation and stabilization, and enhance our understanding on soil C dynamics under global changes.

土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统中最大的碳库，由稳定性、周转速率皆存在差异的多个组分构成。凋落物是SOC的重要碳源，而微生物在SOC形成过程中起着关键作用。化学与结构性状不同的凋落物，其有机碳成分以及微生物碳利用效率存在差异，从而转化为SOC的效率亦可能不同。然而，我们关于凋落物性状对SOC形成与稳定性的影响机制的认识仍然匮乏。本项目拟选取温带草地6种化学和结构性状不同的常见物种进行13C标记，采用PVC分解环法，在内蒙古锡林郭勒草原站进行为期两年的碳标记凋落物分解实验；通过土壤密度分级、磷脂脂肪酸13C稳定同位素分析等手段， 量化不同性状的凋落物转化为SOC的效率及其在不同稳定性SOC组分中的分配，解析不同土壤微生物类群在凋落物碳向SOC转换中的作用，揭示凋落物输入调控SOC积累与稳定的微生物学机制，为全球变化下植物-土壤间碳动态的模拟提供理论依据。

土壤碳库是植物碳库的三倍、大气碳库的四倍，在全球碳循环中起着重要的作用。研究调控土壤有机碳累积和稳定性的机制，对于理解全球变化下生态系统和气候系统之间的反馈关系具有重要意义。土壤有机碳主要来源于植物碳输入。本项目旨在探讨植物功能性状如何调控植物碳输入转化为土壤有机碳的效率及其在不同稳定性土壤有机碳组分中的分配，揭示微生物在土壤有机碳形成与稳定机制中的作用。基于项目计划书，本项目进行了室内13C连续标记实验和野外凋落物分解实验，主要取得了以下四个成果：（1）植物功能性状在根际沉降碳调控土壤有机碳周转中起着重要作用，根际沉降碳引起的土壤有机碳的形成与植物地上地下生物量比成正相关，而其导致的根际激发效应与比根长成正相关；（2）植物功能性状影响凋落物分解速率和土壤微生物群落结构，从而影响凋落物碳在土壤微生物群落中的分配；（3）不同土壤微生物类群在根际沉降碳转化为土壤有机碳过程中的作用不同，其中真菌和革兰氏阴性菌起主导作用；（4）温带草地中地上凋落物、根系、丛枝菌根真菌等不同途径的碳输入对土壤有机碳周转的贡献存在差异，其中根系是土壤有机碳的主要来源（44%）。在该项目资助下，项目负责人发表第一作者SCI论文3篇。