亚热带森林土壤黑碳含量及稳定性研究

黑碳是土壤惰性碳库的重要组成部分，相关研究已成为国际碳循环领域的热点。本项目旨在利用同位素13C标记和13C核磁共振技术，结合热化学和分子标记方法，通过野外原位培养试验和室内培养实验，研究亚热带森林土壤黑碳含量、影响因素和分配规律、分析黑碳的主要来源，揭示亚热带森林土壤黑碳的稳定性机制，为深入认识和评价黑碳在森林土壤碳循环中的作用和贡献提供科学依据。

黑碳（BC）是土壤惰性碳库的重要组分，在土壤碳（C）循环中扮演重要角色。近年有关土壤BC研究受到了学术界的广泛关注，特别是人工制备的BC（或生物质炭biochar）。本项目以亚热带典型森林土壤为研究对象，通过野外原位和室内培养实验，研究亚热带森林土壤黑碳含量、分布规律与影响因素，发现亚热带森林土壤BC/SOC比例约为10%，BC主要分布在大粒级团聚体中。天然林转换为人工林后不同土层的SOC及BC储量显著下降，但火烧对SOC和BC储量的影响并不大。杉木人工林土壤添加BC后N2O排放速率平均增加54%，施氮处理的增加幅度更大；但细柄阿丁枫天然林不同，BC使N2O排放速率平均减少17%，施氮的处理中降低的幅度更大。在杉木人工林土壤中，BC添加土壤CO2排放速率明显增加，在细柄阿丁枫天然林土壤中，BC对CO2排放量的影响则不明显。培养实验表明，秸秆及其制备的BC添加对土壤团聚体中新形成碳和原有机碳的影响截然不同。培养112 d，来自秸秆和BC的新碳主要进入到50 ~ 250 μm团聚体中，比例为70.3%~75.3%。对于同一粒级团聚体，秸秆和BC处理的区别，主要体现在新碳分配上，而对原有机碳的影响并不显著。BC分解率为2%，并且低温热解制备的BC分解速率明显高于高温热解的；秸秆添加后土壤可溶性碳和微生物碳显著提高，但BC添加后两者明显下降。尽管BC稳定，但13C数据表明依然可以被微生物利用。本研究拓展了森林土壤BC研究的深度，为深入评价BC在亚热带森林土壤碳循环研究中的作用和贡献提供科学依据。