亚高山森林凋落物碳对土壤有机碳组分的贡献及其对季节性雪被变化的响应

The fate of litter-derived carbon in the formation of soil organic matter is crucial to understand the material cycling in forest ecosystems, which affected by both biotic and abiotic factors. Here, we hypothesize that winter snow cover modulates the microenvironmental conditions during litter decomposition, results in changing the litter carbon dynamics and further controls the contribution of litter carbon to soil organic carbon. This project will be conducted at the long-term Research Station of Alpine Forest Ecosystem in a subalpine forest on the eastern Tibetan Plateau with significant seasonal snow. Snow reduction experiment and 13C stable isotopic tracer technique will be used to quantify the carbon loss of two deciduous tree litter（larch and birch）and litter-derived soil dissolved organic carbon, microbial biomass carbon, humus carbon in soil organic layer and mineral layer at each critical period（snow formation, snow coverage, snowmelt, growing season）,and how seasonal snow affects these processes. The objectives of this project are estimating the contribution of litter-derived carbon to soil organic carbon compound, understanding the intrinsic relationship between litter decomposition and soil organic matter formation. The results will enrich our current empirical understanding in the process of soil organic carbon cycling in subalpine forests and provide essential scientific evidence in improving forest sustainable management policies.

凋落物碳在土壤中的迁移、转化及其对土壤有机碳组分的贡献是理解森林生态系统物质循环机制的关键，受各种生物与非生物因素的综合影响。因此，本项目基于“冬季雪被调控凋落物分解的水热条件，改变凋落物碳的损失过程，进而影响凋落物碳对土壤可溶性有机碳、微生物生物量碳和腐殖质碳的贡献”的科学假设，拟以川西亚高山森林为研究对象，通过雪被梯度实验，采用13C稳定同位素示踪技术研究不同关键时期（雪被形成初期、雪被期、雪融期、生长季节）亚高山森林两种代表性落叶树种(四川红杉和红桦)凋落物的碳损失及其在土壤有机层和矿质土壤层中可溶性有机碳、微生物生物量碳和腐殖质碳的分配特征，以及这些过程对季节性雪被变化的响应，从而阐明凋落物碳对土壤有机碳组分的贡献，揭示凋落物分解与土壤有机质形成的内在联系。研究结果有助于强化理解亚高山森林土壤有机碳循环过程，为森林可持续经营与管理提供科学依据。

森林凋落物归还是土壤有机碳周转的重要过程，是理解亚高山生态系统物质循环机制的关键，且可能受到未来气候变暖导致季节性雪被变化的影响，但相关机理仍不清晰。本项目在毕棚沟国家级自然保护区选取岷江冷杉天然林，开展了结合野外截雪原位培养和室内模拟冻融循环的控制实验，探究了雪被减少对亚高山森林凋落物分解过程中有机碳组分损失特征的影响及其微生物机制，同时进一步揭示了雪被减少加剧的冻融循环作用可能对高寒森林土壤有机碳分解的影响。主要获得以下成果：1)雪被减少后凋落物中热水溶性碳、水溶性和有机溶性碳组分损失的减缓是凋落物质量损失和养分释放被减慢的主要原因；2)雪被减少在冬季导致冻融循环增强进而通过降低微生物生物量、水解酶和氧化酶活性抑制凋落物的分解，并在后续生长季节表现出对凋落物水分影响而产生滞后的持续性抑制作用；3)相较于低质量凋落物(针叶)，高质量凋落物(阔叶)仅在分解初期具有较高的真菌生物量，但其在整个分解过程中始终保持较高微生物生物量主要取决于细菌群落；4)冻融作用显著增加了在外源凋落物碳输入下土壤有机碳的负激发效应，且主要受微生物生物量和酶活性的调控。总体表明雪被减少能够通过改变微环境条件影响微生物群落和活性，进而抑制亚高山森林凋落物和土壤有机碳的分解。以上结果为厘清未来气候变化情景下寒冷生物区雪被格局变化对凋落物-土壤有机碳循环过程的影响提供了理论支撑，为森林可持续经营与管理提供了科学依据。