杉木凋落物对土壤呼吸激发效应的机制

全球气候变化将导致森林凋落物量增加并被预测能增加土壤碳吸存。但项目组前期对16年生杉木林DIRT试验研究发现杉木凋落物对土壤呼吸有明显的正激发效应，表明凋落物量增加可能反而不利于土壤碳吸存。但这种激发效应在根系去除时消失。对此，本项目假设，根系去除导致土壤微生物群落结构变化，特别是激发效应主要贡献微生物类群的降低，导致了激发效应消失。本项目拟在该杉木林中新建DIRT样地，利用13C示踪配合磷脂脂肪酸分析技术，寻找激发效应主要贡献微生物类群，并比较DIRT不同处理土壤微生物群落结构差异，验证假设，并揭示杉木林凋落物对土壤呼吸激发效应机理。同时，持续观测2006年建立的原DIRT样地土壤呼吸，以确定激发效应的持续性。项目研究为深入揭示植物-土壤-微生物的复杂相互作用和森林土壤碳吸存机理提供依据，对完善森林碳循环模型和预测未来气候变化对森林碳吸存的影响等有重要作用。

全球变化将引起植物向土壤有机物输入的变化，而这种输入的变化可能将对土壤有机碳产生激发效应，从而影响土壤碳吸存。然而这种激发效应的机理目前仍是当前国际研究急待解决的问题。基此，本项目选择杉木中龄林为研究对象，通过设立枯落物输入与移除处理（DIRT）样地，研究杉木林凋落物对土壤呼吸（土壤有机碳分解）的激发效应及其可能机理。结果表明，野外观测条件下，保留根系处理（L+R、NL+R、2L+R）时，可以观测到凋落物输入对土壤呼吸的正激发效应；相反，在去除根系处理（L+NR、NL+NR）中，凋落物输入对土壤呼吸产生负激发效应。则这种激发效应在研究观测期内仍能持续发生。在室内条件向不同DIRT处理土壤添加13C标记葡萄糖的短期培养过程中同样发现了类似的现象，表明根系的存在与否影响了外源有机碳添加所产生激发效应的方向。并且根系去除与否显著影响土壤微生物组成，与保留根系处理的相比，去除根系处理的土壤真菌和G-细菌PLFA量显著降低，真菌/细菌比值降低，而G+/G-比值升高。室内添加凋落物分解表明，随凋落物的分解，土壤微生物从r对策向K对策转移。这些研究综合，激发效应并不与土壤微生物的生长对策有关；根系的存在与否决定了激发效应的方向，而这可能主要与根系影响土壤微生物的碳和养分有效性，从而控制土壤微生物底物的碳/养分化学计量比有关。这种根系调控土壤微生物的化学计量比可能是外源有机物添加对土壤有机碳分解激发效应的重要机理。项目研究目前已发表相关论文5篇，其中SCI收录2篇，国内核心期刊论文3篇；并已培养硕士1人。