天山北坡雪岭云杉林自然恢复过程中土壤有机碳的积累过程及影响因素

The soil organic carbon (SOC) of the temperate forest plays an important role in sequestrating CO2 and mitigating global warming. Current studies related to SOC mainly focuses on man-made forests, in natural restored forest, the works corresponding to SOC is rare. In this study, by using the time series analysis method, we will investigate the variations and accumulation processes of SOC at different soil layers and different restoration stage of disturbed Schrenk spruce forest at North slope of Tianshan. We will also focus on the impact factor of SOC dynamics during the variation and accumulation process. The related works is expected deepen our understanding of the carbon sequestration potentials, key carbon processes and stability sustaining mechanism and to reduce the uncerntainty corresponding to the estimation of the carbon storage and variation, increase our knowledgement about the impact of the climate change and management strategies on the carbon sequestration of forest.

温带森林的土壤有机碳(SOC)能够在吸收CO2和减缓气候变化方面发挥重要的作用。目前，土壤有机碳的相关研究多在人工林展开，尚缺乏对干扰的林地在自然恢复条件下的有机碳过程的研究。本项目试图采用时间序列分析方法，研究在林地自然恢复条件下，天山北坡雪岭云杉林的SOC在土壤不同深度、林地不同恢复阶段的变化动态和积累过程；另外，本研究还将探求林地自然恢复条件下影响SOC动态变化过程的关键环境因子。这些工作的开展，有助于加深对干旱半干旱区森林生态系统碳固持潜力、关键碳过程及其稳定性维持机制的理解，减少土壤碳储量和变率的估算中存在的不确定性，增强对气候变化和生态系统管理对森林固碳潜力及其不确定性的科学认识。

天山横贯我国新疆中部，主要分布于天山北坡1600m-2800m之间的雪岭云杉，具有固碳制氧的生态功能。由于近代人类活动的干扰，雪岭云杉林土壤有机碳大量流失。自上世纪90年代开始，雪岭云杉林生态系统得到一定程度的重建和恢复。目前尚缺乏对天山北坡雪岭云杉林恢复区土壤有机碳的积蓄过程和积累总量的研究，因此，定量分析天山北坡雪岭云杉林自然恢复过程中土壤有机碳积累与转化的动态变化规律，确定反映雪岭云杉林土壤固碳功能的关键参数和影响因素，有助于加深对干旱半干旱区生态系统碳固持潜力、关键碳过程及其稳定性维持机制的理解。基于此，本项目通过系统的野外采样和实验室分析，研究了林地自然恢复过程中土壤有机碳密度的动态变化过程；考察了土壤有机碳动态变化的影响因素；估算了雪岭云杉林土壤有机碳存储潜力。研究发现：天山北坡雪岭云杉林土壤有机C含量总体随林分年龄的增加而增加，随年均温度和年降水量的增加呈现先上升后下降，温度和降水对土壤微生物种群活性的影响以及植物生物量积累的影响共同决定了土壤有机C含量。土壤表层有机C含量大于深层。这是由于表层土壤有机C主要来源于地表形成的枯枝落叶层。气候是影响有机碳垂直分布的主要因素，0-10 cm土壤层更容易受到温度和降水的影响，从而影响进入表层的植物残体和微生物活性，使得表层土壤的有机C含量变异性大于深层。大气温度对浅层地温有显著的影响，随着深度的增加其相关性在减小。土壤容重是影响森林土壤蓄水持水及其传输的重要因素之一，雪岭云杉林土壤在30-80cm层的容重较大且含水量较小。因此，30-80 cm层有机C含量与年均温度和年降水量之间没有相关关系。