温带针阔混交林不同演替阶段土壤碳通量构成特征及其调控机理

Quantifying forest soil respiration and its components are vital to accurately evaluate soil carbon balance of forest ecosystems. Secondary forest succession following stand-replacing disturbance influences a variety of ecosystem processes including their community structure, species composition and consequently affect their carbon cycle of forest ecosystems. This study uses the "space-for-time substitution" approach (chronosequence) to study soil carbon ?uxes and its components in a presumably successional series of temperate mixed Conifer-Broadleave Forest in China. The chronosequence consisted of climax forest community-mixed broadleaved-Korean pine forest, and its three major successional communities including stands of xeromorphic series, intermediate series and moist series. Plot trenching, infrared gas exchange analyzer, root decomposition experiments and control of laboratory approaches were conducted to determine seasonal variations in soil respiration and the relative contributions of autotrophic and heterotropic respiration to soil respiration, and examined substrate availability and related environmental factors effects on soil respiration and its components across different successional stages of typical temperate mixed Conifer-Broadleave Forest in China. This study aims to explore variations in soil respiration and its components during the forest succession following stand-replacing disturbance, and its regulatory mechanisms, and provide scientific reference basis for a deeper understanding of carbon cycle and accurate assessment of carbon budgets in forest ecosystems.

量化森林土壤呼吸及其组分对于准确评估森林土壤碳平衡极其关键。原始森林遭受干扰进行次生演替过程中，群落类型以及生境条件发生动态演替，这直接影响生态系统碳循环的改变。本研究利用空间替代法（年龄序列法），以我国温带地带性顶极植被―阔叶红松林及其3个主要次生演替系列（旱生系列、中生系列、湿生系列）中不同演替阶段的典型群落为研究对象，采用红外气体分析法及壕沟法和根系分解实验相结合，以及室内控制实验的研究手段，研究森林演替过程中土壤呼吸及其组分的特征，从呼吸底物、环境因子等方面研究主要影响因子，旨在揭示温带针阔混交林破坏后次生演替不同阶段土壤呼吸及其组分的动态特征及调控机制，为深刻理解我国温带森林演替进程中的碳循环过程和准确评估森林碳收支提供科学依据和参考。

为量化森林土壤呼吸及其组分,准确评估森林土壤碳平衡,本研究对温带阔叶红松林及其次生演替群落进行土壤碳通量研究。通过4年的研究取得以下重要研究结果：（1）中生演替系列主要群落类型土壤年碳通量高于旱生演替系列和湿生演替系列的群落。在阔叶红松林次生演替的3个系列中，中生、旱生和湿生演替系列平均年通量分别为956.57g-1m-2、688.65 g-1m-2和679.73 g-1m-2。在各演替系列中，次生群落的平均土壤呼吸速率略高于原生群落，群落类型间差异显著。（2）原始阔叶红松林的土壤异养呼吸和自养呼吸所占的比例分别为71%-81%和19%-29%。次生林分别约为71%-78%和22%-29%，原始阔叶红松林和次生林之间异养呼吸和自养呼吸所占比例差异显著。（3）碳通量受植被类型、土壤基质特性及环境因子综合作用影响。与土壤有机碳库、pH值显著正相关。土壤呼吸速率与土壤有机碳、矿化碳、土壤全氮量和凋落物量显著正相关，与土壤含水率、土壤容重、沙粒比显著负相关（P<0.001）。（4）各个群落类型土壤呼吸与温度显著相关（p<0.01）。中生系列群落对温度的敏感性最高，而旱生系列相对最低。温度可以分别解释土壤总呼吸的61%-79%、异养呼吸的48%-75%、自养呼吸的46%-78%。控制条件下单一湿度因子与土壤呼吸显著正相关。（5）本研究首次发现，影响树种细根分解的内在重要因素是根系中的有机碳质量及次生代谢产物，即根系分解速率与根系中所含的可溶性碳水化物含量显著正相关，与酸不溶性物质、缩合丹宁等浓度呈极显著负相关（P<0.05）。该研究成果对于细根分解机理研究具有较重要的理论意义和学术价值。（6）通过有机碳分解矿化及综合相关分析研究，验证了我们提出的“群落—土壤基质—土壤呼吸”的一般作用模式，进一步揭示了温带针阔混交林不同演替系列及其各阶段土壤碳通量各成分对土壤呼吸的贡献是群落树种组成、土壤基质理化性、环境条件综合作用的结果。项目研究结果对于在区域尺度上的气候变化响应的模拟预测提供了重要的科学数据与依据。