亚热带城市草坪与片林土壤有机碳稳定性机制研究

Urban lawn and forest expand dramatically accompanying with urbanization and our foregoing study found that urban lawn had an obviously rapid SOC accumulation rate than urban forest, but the mechanism is still unclear. Based on the previous research, in this project in situ culture experiment through adding exogenous carbon (root and leaf litter) into the soils of urban lawn and forest combined with some techniques (e.g. carbon isotope technique, denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) technique and nuclear magnetic resonance) will be employed to analyze the difference of SOC fraction and its distribution in aggregates with different size, measure the change of SOC chemical structure, soil microorganism diversity and enzymatic activity during the decomposition of exogenous carbon, thus the mechanism of higher SOC accumulation rate in the lawn soil than in the forest will be revealed, and the hypothesis that- with respective to urban forest, roots of lawn have more tendency of humify and facilitate form of micro-aggregate ,will be tested. This project could help to establish soil carbon turnover model of urban green land and contribute to low carbon development policy making in urban area.

城市草坪与片林随城市化进程快速扩张，其土壤固碳效益日益显现。项目前期研究发现城市草坪SOC累积速率显著高于片林，其机制尚不明确。本研究拟在原有研究基础上，对草坪和片林添加外源碳（根屑和凋落物）进行原位培养，结合碳同位素技术、DGGE技术和核磁共振技术，分析外源碳输入在草坪和片林土壤中的分解转化、在团聚体中的分配差异、SOC化学结构变化和土壤微生物种群结构和酶活性的动态变化；旨在从SOC来源和物理化学、生物稳定性等角度深入揭示草坪SOC累积速率高于片林的原因，验证相对于片林，草坪根系更倾向腐殖化，更有利于微团聚体的形成。本项目的开展将系统地揭示城市草坪和片林SOC稳定性机制，可为构建城市绿地有机碳循环模型和城市低碳发展策略提供理论基础和数据储备.

前期研究发现，草坪（C4植物）比片林（C3植物）具有更高的土壤固碳速率，本项目主要采用同位素示踪方法，原位在不同土层对C3植物片林添加C4植物，对C4马尼拉草坪添加C3植物，揭示马尼拉草坪和蕃石榴片林土壤有机碳稳定性机制，研究结果表明：.１）植物输入使土壤有机碳库先降后升，C4植物叶片的对土壤有机碳库增汇作用最大（6.4±0.6 g.kg-1），C4根的增加量次之(4.4±1.3 g.kg-1)。一年后均以0.25~0.05mm径级团聚体SOC增量最大，添加C3植物达9.9 gＣ.kg-1，增幅达161%。添加C4植物材料，增量和增幅分别达10.1 gＣ.kg-1和78%..2）同位素研究结果显示： C4 植物对SOC的贡献大于C3植物；添加植物叶显著大于加根处理。不同径级团聚体累积外源植物碳全年平均速率由快至慢依次为0.25~0.05m，<0.05mm，2~0.25mm，>2mm ,草坪和片林累积速率最快分别达10.0 ± 2.8 g.kg-1.a-1和15.8 ± 3.6g.kg-1.a-1。两类样地源自添加植物的碳均在0.25~0.05mm 径级中分配比例最大（37.5%~58.8%），<0.05mm径级中分布的最少（0.4~5.7%）..3）土壤团聚体结构变化表明城市土壤的植物覆被类型可极大地影响不同大小团聚体的含量，从而影响土壤结构和性质。.４）草坪的土壤生态系统的稳定性要优于番石榴片林生态系统，草坪的土壤微生物量碳（MBC）含量、各项磷脂脂肪酸含量及真菌/细菌比值均大于片林的值；Ｇ+/Ｇ-比值，蕃石榴片林〉草坪。植被类型和土壤深度均对微生物群落结构有显著影响（P＜0.05）..输入的植物质碳源类型对微生物群落结构有主导性作用.外源C4植物添加可使蕃石榴片林的总微生物、细菌、真菌、丛枝菌根和放线菌的PLFAs的含量都显著提高，G+/G-比值显著降低（P<0.05）(见表).最终显著缩小了二者土的原有差异，使两类样地微生物群落结构趋同，且植物根比叶更易于提高微生物群落多样性.C3 植物的添加降低水解酶活性，对酚氧化酶活性有激发作用；C4植物则表现为对水解酶活性皆有促进作用，对酚氧化酶的抑制作用.