中亚热带天然林转换为人工林短期/长期影响下土壤团聚体有机碳转化特征及微生物学机制

Land use change (LUC) is an important factor influencing soil carbon stock of forest ecosystem. Soil aggregate is the carrier of soil organic carbon (SOC). Soil microorganism is the driver of SOC turnover, and also a crucial agent of soil aggregate formation. Thus, the responding mechanism of soil carbon stock to LUC can be elucidated through analyzing the driving effect of soil microorganism on the turnover of soil aggregate-associated SOC. However, the driving effect of soil microorganism under LUC is still largely unknown, which will be emphasized in this project. The typical LUC pattern from natural forest to manmade forest in mid-subtropical region of China will be selected and studied by field investigation and well-controlled incubation methods associated with technologies of 13C stable isotope tracing, high-throughput sequencing, etc. The aims of this project are to: (1) characterize the SOC fraction and soil aggregate distribution in natural forest and in manmade forests with different ages; (2) determine the soil aggregate-associated SOC stability and its influencing factors in natural forest and in manmade forests with different ages; and (3) explore the characteristic of soil aggregate-associated SOC turnover and its related soil microbial processes under different periods after LUC from natural forest to manmade forest. Finally, we attempt to clarify soil microbial mechanisms on soil aggregate-associated SOC turnover under the short- and long-term effects of natural forest converted to manmade forest. Results of this study will be helpful for our further understanding on soil carbon sequestration potential and its response to LUC in mid-subtropical forest ecosystem of China.

土地利用变化是影响森林土壤碳库变化的重要因素，土壤团聚体是有机碳（SOC）的载体，微生物是SOC转化的驱动力和团聚体形成的重要介质。从土壤团聚体的角度分析SOC转化过程中的微生物驱动作用，可揭示土壤碳库对土地利用变化的响应关系，但微生物在这一过程中的作用机制尚不明确。本项目拟以我国中亚热带森林土壤为对象，围绕天然林转换为人工林的土地利用变化方式，采用野外调查和模拟培养实验的方法，结合13C稳定同位素示踪、高通量测序等技术，开展如下研究：（1）天然林与不同林龄人工林的SOC组分特征和团聚体分布特征；（2）天然林与不同林龄人工林中，土壤团聚体SOC稳定特征及影响因素；（3）天然林转换为人工林不同时间阶段，土壤团聚体SOC转化特征及微生物学关联机制。进而，明确天然林转换为人工林短期和长期影响下，团聚体SOC转化的微生物学机制。研究结果利于明确中亚热带森林土壤固碳潜力及其对土地利用变化的响应机制。

森林土壤是陆地生态系统最大的碳库，团聚体是土壤有机碳（SOC）的载体。土地利用变化是影响森林土壤碳库变化的重要因素。然而，亚热带森林转换对SOC转化和稳定性的影响机制仍不明确；其中，区分微生物与非生物学因素的作用是关键。天然林-人工林转换是亚热带地区典型的森林转换方式，本项目选取典型亚热带森林区域——八大公山国家自然保护为对象，着重开展了以下研究：1）天然林-人工林转换过程中，转换时间对团聚体SOC库及其稳定性的影响；2）天然林-人工林转换过程中，转换树种对对团聚体SOC库及其稳定性的影响；3）群落尺度上植被-土壤体系微生物群落结构及其代谢潜力研究。研究围绕小气候、微地形、碳输入和输出，以及土壤理化和微生物学性质进行综合分析，结果显示，i）随着森林转换时间增加至28年，SOC库呈下降趋势，但其稳定性增强，微生物群落结构是这一过程的直接驱动力；ii）植被转换36年后，SOC库趋向平稳，SOC库增加或降低则因树种和土层而异，碳输入（质量和数量）和微生物群落结构共同决定SOC库大小和稳定性；iii）而微生物群落结构及其代谢潜力主要由土壤养分和植被多样性共同决定。本项目阐明了亚热带天然林-人工林转换影响下，SOC转化和稳定机制，以及这一过程中微生物扮演的角色。研究结果有助于评估亚热带森林生态系统土地利用变化下的土壤固碳潜力。