不同林龄云南松人工林土壤有机碳稳定性研究

Targe-scale plantation programmes active is one of most impoint factor contributing to the carbon sink of terrestrial ecosystems in China, but the mechanisms of sequestration in plantation soils are not well understood. Finding out the stabilization of soil organic carbon (SOC) in plantation is crucial to evaluate the mechanisms of sequestration in forest soils. Thus it is important to evaluate the stabilization of soil organic carbon in plantation. To address this challenge, we will conduct physical and chemical fractionation, δ13C isotope analysis, soil-state 13C NMR and FTIR analysis of the soils in Pinus yunnanensis plantation at different stand age. We will first conduct particle-size fractionation and δ13C isotope analysis of soil，and we will then use a isotope mass-balance equation to estimate the relative contributions of C3- and C4-plant-derived SOC to the total SOC in each fraction. Finally, we will use solid-state 13C-NMR and FITR to analyse the chemical composition and structural features of soil organic carbon. This project will focus on: (1)studying the differences of stabilization of SOC3 and SOC4; (2)assessing contribution of carbon inputs from C3 and C4 plants to the stabilization of soil organic carbon. Furthermore, the proposed research will therefore provide a theoretical foundation for research on the mechanisms of C sequestration in plantation.

2009年《Nature》研究表明，人工造林是中国陆地碳汇的主要贡献，但其固碳机制尚不清楚，查明人工林土壤中稳定碳组分的主要来源是揭示其固碳机制的关键。本项目以营造于C4植被上的云南松人工林为研究对象，结合土壤分组方法，稳定碳δ13C同位素技术和固态13C核磁共振等研究手段，研究人工林系统中土壤稳定碳组分主要来源于C3还是C4植物。本项目在测定土壤各组分有机碳同位素δ13C值的基础上，以研究区典型C3、C4植物δ13C值为参照，利用同位素“二元混合方程”估算源于C3和C4植物的土壤有机碳(SOC3、SOC4)在有机碳组成中各占的比例；在此基础上进一步对这些土壤有机碳组分的稳定性指标（alkyl C/O-alkyl C、aryl C/O-alkyl C、HA/FA）进行分析，比较C3和C4植物碳输入比例不同的土壤有机碳组分稳定性的差异，明确C3和C4植物碳输入对人工林土壤有机碳稳定性的贡献。

人工造林是中国陆地碳汇的主要贡献，但其固碳机制尚不清楚，查明人工林土壤有机碳的稳定性是揭示人工林土壤固碳机理的关键。为了解不同林龄阶段人工林土壤稳定性有机碳组分化学组成和结构特征的差异，本项目以云南松人工纯林为研究对象，利用土壤化学分组方法、元素分析及傅里叶变换红外光谱分析等研究手段，对土壤有机碳组分胡敏酸（HA）、富里酸(FA)和胡敏素（HM）的结构特征进行分析。结果表明，云南松人工林地土壤三种有机碳组分（胡敏酸HA、富里酸FA和胡敏素HM）具有相似的化学结构和官能团组成，主要含有酚羟基、芳香基、脂族烃基、羧基、酰胺基团和少量碳水化合物。从造林年限的变化特征看，土壤pH表现为随林龄增加而下降趋势, 造林年限增加27年，土壤pH下降0.6个单位。幼林阶段土壤C含量，C/H高于中龄林和成熟林阶段，而土壤N，H含量，C/N随造林年限增加变化不大。各林龄阶段表层土壤C，N，C/N，C/H普遍高于表层以下土壤。另外，从幼林到成熟林阶段，表层土壤HA中小分子糖类物质减少，芳香类物质增加，说明造林年限增加土壤HA结构变得复杂。土壤FA随造林年限的变化特征与HA相似，表层（0-20 cm）土壤FA中羧基含量增加更加明显，说明林地表层土壤中羧酸类物质有随林龄增加的趋势，这可能是引起造林后期土壤pH下降的原因之一。从剖面深度上看，随土层增加，土壤HA和FA中小分子糖类物质呈降低趋势，而芳香类物质含量增加，说明人工林深层土壤有机碳组分的化学稳定性高于表土层。另外，造林35年林地与造林12年和27年林地土壤有机碳组分的化学结构特征差异不大，说明在云南松人工林系统中，C3和C4植物来源的不同，对土壤有机碳组分的化学稳定性的影响不大。本研究结果从分子结构特征角度为揭示人工林土壤有机碳的化学稳定机制提供了科学依据。