晋西北黄土高原植被恢复对土壤有机碳化学结构和微生物群落的影响

The deepen understanding of the key process and mechanisms of SOC sequestration under different vegetation types is important for the sustainable development of SOC sequestration. Here we propose to study the chemical composition of soil organic carbon and its linkage with plant and microbes in the woodland, shrubland and abandond land in Zhuanyaogou watershed in the northwestern Shanxi Loess Plateau. We will combine PLFA biomarkers, solid-state 13C NMR and modern genomic (1) to analysis total carbon, cellulose, lignin and carbon composition of litter and root, (2) to study the effect of revegetation on the chemical structure of soil organic carbon, (3) to explore the effects of different vegetation on soil microbial biomass, genetic diversity and carbon cycle moicrobes. The aims are to deepen the understanding of the link between above ground and underground dynamics and to reveal the biology mechanisms of carbon sequestration with revegetation. The research will enrich the scientific basis for maintaining soil carbon sequestration and afford a theoretical reference for improving the cabron storage capacity of regional ecosystem.

深刻理解植被恢复中土壤有机碳化学结构特征及其形成机制，对于维持和稳定土壤碳汇具有重要意义。本研究以晋西北黄土高原砖窑沟流域乔木林地、灌木林地和撂荒地为研究对象，应用固态13C核磁共振、磷脂脂肪酸、高通量测序等技术，(1)分析不同植被恢复下凋落叶和根系全碳、纤维素、木质素和碳化学结构，(2)研究不同植被恢复对土壤有机碳化学结构的影响，(3)探索不同植被恢复下土壤细菌和真菌群落在种属层面的细微变化。利用多维尺度分析，将地上和地下生态系统进行关联，以阐明长期植被恢复中土壤有机碳化学结构的底物和微生物联动机制。本项目的开展将深化对植被恢复中土壤碳固定机制的理解，为维持土壤可持续固碳和提高区域生态系统的碳汇潜力提供科学依据。

研究黄土高原植被恢复条件土壤碳增量及碳化学结构的变化，对于维持可持续的固碳和提高区域生态系统的碳储存能力具有重要的科学价值和现实意义。本项目重点围绕土壤碳官能团的底物和微生物影响机制这一科学问题，通过红外光谱、高通量测序、荧光定量等技术，系统研究了植物和土壤的碳官能团、土壤微生物、土壤胞外酶等对不同植被恢复的响应。主要结论有：（1）不同植物群落下植物叶片的碳官能团分布存在显著差异，土壤的碳官能团则存在趋同性。（2）土壤碳氮比在不同植被恢复措施之间无显著性差异，土壤碳磷比表现为河北杨显著高于坡耕地，土壤氮磷比为河北杨林地和柠条林地显著高于坡耕地，土壤胞外酶计量比EEAC:N、EEAC:P、和EEAN:P在不同处理之间均无显著性差异。（3）土壤细菌、真菌量、土壤细菌Shannon指数和Observed_species指数在不同处理间均表现为刺槐林地>河北杨林地>柠条林地>撂荒>坡耕地，土壤真菌的多样性指数仅发现，河北杨的土壤真菌Shannon指数大于其他处理。（4）土壤芳香族C、羰基C（醛、酮、酯类C=O）、羧基C与土壤真菌Observed_species指数呈显著负相关。简而言之，土壤的碳官能团分布特征受底物（植物叶片碳官能团）和土壤真菌物种多样性的共同影响。以上结果为明晰土壤碳官能团的植物微生物联动影响机制提供了重要理论依据。在项目的支持下，发表学术论文5篇（其中SCI论文2篇），授权国家专利2项。