南亚热带典型人工混交林土壤碳化学稳定性及其形成机制

Native mixed plantations through introducing native broad leaf tree species into pure coniferous plantations are being advocated as a prospective silvicultural management for substituting in place of large coniferous monoculture in subtropical China. The objectives of the study are to understand reletionships between leaf litter and fine root chemical composition, soil nitrogen content and soil micrbial composition and functional groups and soil organic carbon chemcial compositon in typical planted forests in south subtropical China, and to determine the main factors influencing soil organic carbon chemical stability. This study provides scientific foundation for developing adaptive strategies of forest carbon management and multifunctional plantation management under climate change in south subtropical region.

引入乡土珍贵阔叶树种形成针阔混交林，是当今国内外人工针叶纯林近自然化改造的主要经营模式。林分结构、组成和物种生物多样性变化将影响人工林土壤碳、氮循环。前期研究发现南亚热带典型人工混交林比纯林具有更高土壤碳储量，本项目在此基础上深入探索人工混交林土壤有机碳化学组分的转变过程及其稳定性机制，以此增进对人工混交林土壤可持续碳固持能力的科学评估和认识。本研究拟选择我国南亚热带典型的马尾松和格木人工混交林为研究对象，与纯林对比，通过不同树种凋落物混合分解和凋落物保留、去除的野外控制实验，研究树种混交对土壤碳化学组分构成的影响，地上、地下凋落物的化学组分特征和土壤微生物功能群组成与土壤有机碳化学组分的关系，揭示南亚热带典型人工混交林土壤碳化学稳定性及其形成机制。研究结果将为制定南亚热带地区气候变化背景下的适应性人工林生态系统碳管理提供科学依据。

以木材生产为目标种植的大面积人工纯林，导致了我国的人工林树种单一、结构简单、地力退化、生态稳定性下降等诸多问题。为了提升人工林质量和效益，特别是人工林应对气候变化的固碳增汇作用，越来越受到关注。本项目利用定位观测和野外控制实验的方法对南亚热带典型树种的纯林和混交林土壤有机碳化学稳定性的差异和影响机制、针叶树种和阔叶树种凋落物混合分解过程中碳化学组分动态，以及人工林中不同树种凋落物、根系和林下植被保留、去除对土壤有机碳化学稳定性影响开展了研究。取得如下进展：（1）发现了南亚热带阔叶树种格木与马尾松混交能够改变土壤有机碳化学结构，并提高不同有机碳化学组分分布的均匀性，阐明了凋落物和细根碳输入和土壤微生物群落多样性对土壤有机碳化学组分的影响机制，该研究结果说明了，珍贵阔叶树种替代针叶树种或者将针叶树种与阔叶树种混交能够提高人工林生态系统土壤有机碳的化学稳定性，并且通过改变土壤有机碳化学组分分布的均匀性提高南亚热带人工林生态系统土壤有机碳对气候变化的抵抗力；（2）发现了针阔树种混交加速了针叶凋落物中不易分解的碳组分分解，减慢了阔叶凋落物碳组分分解，表明了人工林中维持多样的植物群落有助于加速不易分解的凋落物的分解速率并减慢易分解的凋落物的碳组分释放，这一结果也为混交人工林比单一纯林固碳多且稳定的现象提供了一种机制上的解释，并为人工林混交经营固碳功能提升技术模式提供技术参数和调控新途径；（3）揭示了环境变化对人工林土壤有机碳化学组分影响的微生物学机制，发现了土壤温度，尤其是土壤湿度和养分的改变对南亚热带人工林土壤有机碳化学稳定性的影响。研究发现了土壤温度升高增加了土壤细菌α-多样性，进而改变了土壤有机碳的化学结构，加速了土壤中糖类碳化学组分的分解。研究成果为南亚热带人工林多目标可持续经营与生态系统服务功能提升提供了强有力的科学依据。