基于移地试验的“土壤微生物碳泵”固碳新机制的验证

Refering to microbial carbon pump (MCP) of ocean ecosystem, the new mechanism of soil carbon sequestration mediated by microorganisms was raised and the theory provides the current regulation research of soil carbon with new idea. However, there is still not empirical evidence to apply to soil ecosystem. Whether there is carbon sequestration mechanism based on microbial-mediated MCP in forest soils under different climatic conditions is remains unclear. Therefore, the soil from subtropical forest will be used for the study. Following the procedure of the input of litter, the assimilation of microorganisms, the dynamic of the remaining microbial residue, access to stable carbon pool, field experience of simulating various climatic conditions through transplanting the undisturbed soil column will be designed. This program aims to study the efficiency of microorganism assimilating and utilizing litter-derived carbon by using the techniques of 13C pulse labeling, microbial biomarker and particle-density organic carbon fraction. The formation of microbial residues contributing to soil carbon pool will be quantified and the abiotic effect of soil aggregates and minerals on stabilizing microbial residues will be discussed. At last, the question about whether carbon sequestration mechanism based on microbial-mediated MCP exists in forest soils under different climatic conditions will be answered. The program will provide great scientific value for revealing the mechanism of soil carbon sequestration in subtropical forest and be of great significance for accurate calculation of the soil sink in the forest ecosystem under climate change in the future.

参照海洋“微生物碳泵”概念中国科学家提出了土壤微生物碳泵的固碳新机制假设，为调控土壤碳稳定性提供了新思路，但缺乏不同气候环境的验证，无法判断该机制在不同环境条件下的适用性。本项目选择武夷山自然保护区为研究对象，利用原状土柱移位试验，模拟不同气候环境条件（气候类型、植被类型和土壤类型组合），利用13C稳定同位素示踪技术、微生物标志物技术和团聚体-密度有机碳分组技术，以“凋落物输入→微生物同化利用凋落物碳→微生物残体碳形成→进入稳定碳库”为主线，研究不同环境条件下微生物对凋落物碳的同化效率以及主导的微生物群落，量化微生物残体形成对土壤碳库的贡献，分析土壤团聚体和矿物对微生物残体的非生物稳定作用，最终验证在不同环境条件下土壤是否均存在基于“微生物碳泵”的固碳机制。研究结果对揭示陆地土壤生态系统固碳机理具有重要科学价值，对制定通过微生物调控来保持土壤碳库稳定性措施具有重要现实意义。

“微生物碳泵”假设的提出，为调控陆地生态系统土壤碳稳定性提供了新思路，但缺乏不同环境条件的验证，无法判断该机制在不同环境条件下的适用性。本项目通过模拟不同气候环境条件（气候类型、植被类型和土壤类型），利用13C稳定同位素示踪技术、微生物标志物技术等手段，研究不同环境条件下微生物对凋落物碳的同化效率以及主导的微生物群落，量化微生物残体形成对土壤碳库的贡献，最终验证在不同环境条件下土壤是否均存在基于“微生物碳泵”的固碳机制。本项目取得的主要研究结果如下：.（1）植被类型与土层均会显著影响微生物残体碳的累积。4种植被类型的土壤微生物残体碳含量排序由大到小为阔叶林<针叶林<亚高山矮林<高山草甸；对于同一植被类型，有机质层的真菌残体碳、微生物残体碳含量均高于矿质层，而矿质层的细菌残体碳高于有机质层。.（2）微生物残体碳是土壤有机碳的重要来源，真菌主导了土壤微生物残体碳的积累。对于同一土层，4种植被类型土壤真菌残体碳、细菌残体碳和微生物残体碳对SOC的贡献率并未呈现较大差异。对于同一植被类型，有机质层的土壤微生物、真菌和细菌残体碳对SOC的贡献率均低于矿质层。.（3）对于有机质层，海拔、全碳是影响土壤真菌残体碳、细菌残体碳和微生物残体碳含量变化主要因子；对于矿质层，海拔、全碳、C/N是影响土壤真菌残体碳、细菌残体碳和微生物残体碳含量变化的主要因子。.（4）阔叶林变暖处理土壤的植物残体碳残留量均高于原位土壤，而针叶林土壤相反；气候变暖抑制了阔叶林两个土层微生物残体对SOC贡献，而促进了针叶林表层微生物残体碳对SOC贡献。.本研究结果有助于进一步认识土壤微生物固碳功能和微生物残体碳调控因素，为提高陆地生态模型对土壤固碳功能的预测能力提供了依据。