土壤有机质碳氮循环对细根分解的响应动态及其过程研究

Carbon and nitrogen cycling of soil organic matter (SOM), which are substantially regulated by fine roots (<2mm diameter), is one of the critical components of global carbon and nitrogen cycling. Moreover, fine roots are more susceptible to global change compared with the other plant tissues. Therefore, study the effect of fine roots decomposition on carbon and nitrogen cycling of SOM is crucial for us to understand how will the soil in response to global change and its role in global change mitigation. However, our knowledge about the carbon and nitrogen cycling of SOM in response to fine roots decomposition are still unclear yet, one of the most important reasons is we lack of understanding about the dynamics and the associated processes by which these two cycles in response to fine root decomposition. In this project, Forest soils sampled from four typical biomes of China will be incubated and received five gradients of fine roots mass input rate, as well as fine roots with naturally signed δ13C. SOM functional pools of the incubated soils will be separated. We will investigate the dynamics and the associated processes about how the carbon and nitrogen of bulk SOM and SOM pools with different stabilities in response to fine roots decomposition. On the other hand, we will try to quantify the soil volume affected by the priming effect, which is around the decomposing fine roots. This study will be able to elucidate the mechanism about how the carbon and nitrogen cycling of SOM in response to fine roots decomposition, and the effect of soil type on this mechanism and, therefore,providing us with deep insights about carbon and nitrogen cycling of SOM within the context of global change.

土壤有机质(SOM)碳氮循环是全球碳氮循环的重要环节，细根(直径<2mm)对SOM碳氮循环有重要的调控作用。此外，在全球变化的背景下细根所受的影响将大于植物的其它组织，因而研究细根分解对SOM碳氮循环的影响对理解土壤在应对和减缓全球变化中的作用有重要意义。然而，迄今有关细根分解对SOM碳氮循环影响的认识还有很大的不确定性，一个重要原因是我们对SOM碳氮循环在响应细根分解时的动态及其背后的过程缺乏了解。本项目用中国四种典型气候带的森林土壤进行培养，设置五种细根添加量和δ13C自然标记，采用SOM库分组技术，研究不同来源的土壤其SOM碳氮总量及不同稳定性SOM库碳氮含量在培养过程中对细根添加量响应的动态特征及其内部过程，分析细根分解过程产生的激发效应所影响的土壤区域。从而揭示SOM碳氮循环对细根分解的响应机制以及土壤类型对这种响应机制的影响，为理解全球变化背景下的SOM碳氮循环提供深入的认识。

土壤有机质(SOM)碳氮循环是全球碳氮循环的重要环节，细根(直径<2mm)对SOM碳氮循环有重要调控作用。此外，在全球变化背景下细根所受的影响将大于植物其它组织，因而研究细根分解及其对SOM碳氮循环的影响对理解土壤在应对和减缓全球变化中的作用有重要意义。本项目用中国北方森林、温带森林、亚热带森林及热带森林等四种典型气候带的森林土壤进行为期一年的培养，研究不同来源的土壤碳氮矿化在培养过程中对细根添加量的响应动态及其过程，培养过程中温室气体N2O排放动态以及细根野外分解研究，取得如下主要结果：（1）在培养实验中，不管什么类型的土壤及添加什么种类的细根，土壤累积CO2排放量随细根添加量的增加而直线增加；在大部分土壤中，添加细根推迟了土壤N2O排放及氮净矿化出现所需的时间，且推迟的时间随细根添加量的增加而延长，而温带土壤及热带土壤添加树细根的处理中N2O排放对细根添加没有显著响应；热带土壤添加树细根与玉米细根的处理之间对氮净矿化出现的推迟作用没有显著差异，而其它三种森林的土壤中添加树细根对土壤净氮矿化出现所需时间的推迟作用比添加玉米细根的影响更强烈。（2）在细根野外分解实验中，不同物种的细根在四种气候带的分解速率可以用年降雨、细根初始碳和磷含量进行很好的预测。总的来说，项目研究结果表明细根生物量的增加可能导致土壤通过异养呼吸损失的碳直线增加，因而细根分解产生的激发效应对土壤碳矿化的影响不明显，当前土壤碳模型中广泛使用的一级动力学方程在预测土壤碳矿化速率对细根凋落物输入量增加的响应时仍然有效；在有些陆地生态系统中，细根在分解初期是土壤N2O排放的主要来源，但在其它一些陆地生态系统中细根分解并不是其土壤N2O排放的主要来源；细根生物量的增加可能延迟生态系统土壤氮的净矿化，因而可能打乱生态系统氮循环的时间格局，并由此对植物的氮供给和植物生长有重要影响；年降雨、细根初始碳和磷含量是决定这四种森林中细根分解速率的主要因素。