DOM对亚热带森林底层土壤有机质积累的影响机制

Soil organic matter (SOM) storage in forest deep soils (20-100 cm) accounts for above 50% of total SOM(0-100cm), and play important role in soil C cycle. However, influencing mechanism of SOM in deep soils was unclear. Preliminary study had shown that the amount of dissolved organic matter (DOM) in throughfall, stemflow and litterfall leachate in Castanopsis carlesii forest were more than those of Chinese fir forest. Also, SOM content in deep soil layer (20-100 cm) of Castanopsis carlesii forest was 1.4 times higher than that of Chinese fir forest. Thus, we hypothesize that 1) higher content of SOM in deep soil of Castanopsis carlesii forest than that in Chinese fir forest may be mainly resulted from more input of DOM with different quantity and quality; 2) the contribution of DOM to SOM in deep soils may be related to microbial assimilation and turnover. Based on throughfall exclusion experiment and in situ leaching experiment, changes of DOM composition and SOM contents will be investigated when different quantity and quality of DOM were input to Castanopsis carlesii and Chinese fir forest soils. In addition, 13C isotope tracing combined with molecular microbial techniques will be employed to reveal DOM adsorption by mineral soil, microbial decomposition of DOM, and the effects of DOM on microbial community structure and amino sugar in deep soils. The project has great significance in further understanding the mechanism of SOM accumulation in deep soils.

森林底层土壤(20-100cm)有机质贮量占1m土层总有机质贮量的50%以上，在土壤碳循环中扮演重要角色。然而，目前对底层土壤有机质积累的影响机制尚不明确。前期研究表明：米槠林穿透雨、树干径流和凋落物淋溶液的DOM数量远大于杉木林，底层土壤有机质贮量约是杉木林的1.4倍。据此，本项目假设：1）不同数量和质量的DOM输入是米槠林底层土壤有机质高于杉木林的主要原因；2）DOM主要以微生物同化与周转的方式对森林底层土壤有机质发挥贡献。本项目拟通过隔离降雨及室外模拟淋溶实验，研究不同数量和质量的DOM输入米槠林和杉木林土壤后，土壤溶液中DOM的组成及土壤中有机质的含量变化，验证假设1；利用13C标记及分子微生物技术，研究矿质土壤对DOM的吸附作用、微生物对DOM的分解作用、DOM对底层土壤微生物群落结构及土壤中氨基糖的组成和含量的影响，验证假设2。研究结果为深入理解底层土壤有机质积累机制提供依据。

底层土壤在全球变暖背景下，其土壤碳动态对陆地生态系统乃至全球碳循环具有重要意义。本研究选取亚热带米槠次生林和杉木人工林，通过定位观测穿透雨、树干径流、地表径流等项目，揭示不同水文过程的DOM特征。通过土壤渗滤液采集、不同土层土壤呼吸观测及部分隔离降雨处理，以揭示不同数量和质量的DOM输入对土壤有机碳动态的影响。通过利用13C同位素标记培养实验研究DOM输入对底层土壤有机碳矿化的激发效应以及分析野外不同深度土层土壤中氨基糖的含量及组成，以揭示DOM对亚热带森林底层土壤有机质贡献的微生物学机制。通过为期四年的研究，得出以下主要结论：.(1)米槠次生林的林冠层穿透雨低于杉木人工林，而林下层截留则是杉木人工林高于米槠次生林。林下植被层对降雨的截留作用解释了两林分地表径流观测值的趋同性。该研究结果突显了林下植被层在森林水文循环过程中的重要作用。.(2)两个林分在降雨的淋溶作用下输入土壤的DOC总量米槠次生林约是杉木人工林的3倍。土壤溶液的DOM分析表明，芳香化指数为表层较高并随着土层深度的增加而降低，同步荧光光谱显示深层DOM特性要比表层土壤来得简单。.(3)13C标记的室内矿化培养实验显示，两林分底层土壤的累积C矿化量无显著差异，但是杉木人工林的底层土壤单位重量C的矿化速率远高于米槠次生林。结合野外不同深度土壤呼吸的在线观测，表层和底层土壤在DOM输入后，呼吸均增强，虽然底层土壤的呼吸总量小于表层土壤，但是其变化幅度却远高于表层土壤。说明底层土壤受到干扰时有机碳的变化响应更为剧烈。.(4)两种林分土壤总氨基糖(TAS)、氨基葡萄糖(GluN)、氨基半乳糖(GlaN)、胞壁酸(MurA)的量以及GluN/MurA随土层增大而减小，而土壤总氨基糖对土壤有机碳的贡献随土层增加而增加；米槠次生林表层土壤氨基糖含量显著高于杉木人工林，两林分间底层土壤氨基糖含量差异不显著，但杉木人工林底层土壤氨基糖对有机碳的贡献高于米槠次生林底层土壤。说明微生物残体对底层土壤有机碳的贡献高于表层，并且随着土层的加深细菌残体碳的贡献亦随之增加。米槠次生林转换杉木人工林以后可能由于地上凋落物输入减少，土壤微生物可利用的碳源减少，导致了表层土壤微生物残体碳的降低。.研究成果可为亚热带森林土壤有机质的保护及森林经营提供基础数据和理论支持，也为探讨降雨驱动下的森林水文过程及及元素循环提供参考。