鼎湖山土壤碳循环异常的磷脂脂肪酸(PLFA)表征

Forest plays an important role in the global carbon balance, and mature forest has soil respiration caused the formation of carbon input and output of dynamic equilibrium so it is often not considered to be carbon sinks. Recent studies have shown that the Dinghushan mature forest soil organic carbon content is growing year by year, showing the characteristics of the carbon sinks. This phenomenon contradiction with the previous point, but its formation mechanism is not yet clear. To solve the above problem, the project intends to use the newly developed PLFAs biomarkers spectrum analysis, starting from the perspective of the characterization of the microbial level of activity with the preservation of organic matter status, attempts to address the following scientific questions: 1. The relationship between changes of microbial communities structure, microbial carbon utilization, metabolic pathways and basic profile geochemical characteristics in Dinghushan soil profile; 2. The controlling factors of the Dinghushan soil organic matter in the degradation process. The research results will help to analyze the cause of the abnormal in Dinghushan soil carbon accumulation, further understanding of the law of the carbon cycle of terrestrial ecosystems, and provide the scientific basis for the discussion and evaluation of the global "missing carbon sink".

森林在全球碳平衡中起着重要的作用，其中成熟森林由于土壤呼吸作用而会形成碳输入输出的动态平衡，因此通常不被认为是碳汇。最近研究显示，鼎湖山成熟森林土壤中有机碳含量逐年增长，表现出碳汇的特征。这种现象与以往的观点存在矛盾，但其成因机制尚不明确。本项目针对以上问题，拟利用新近发展起来的磷脂脂肪酸生物标志化合物谱图分析，从微生物活跃程度的表征与有机质保存状况的角度入手，试图解决以下科学问题：1).鼎湖山区域土壤剖面中微生物群落组成和结构及微生物碳源利用与代谢途径的变化，及与剖面基本地球化学特征的关系。2).分析鼎湖山土壤有机质在降解过程中受到的控制因素。研究结果将有助于分析鼎湖山区域土壤碳累积异常的原因，进一步理解陆地生态系统碳循环的规律，并为全球"碳失汇"的讨论和评价提供科学基础。

全球陆地生态系统碳循环的研究是全球气候变动研究的前沿和焦点之一，其所含土壤有机碳的稳定性直接影响到全球碳循环，并最终影响到全球气候变化。陆地生态系统中成熟森林由于土壤呼吸作用而形成碳输入输出的动态平衡，因此通常不被认为是碳汇。但是最近研究报道显示，成熟森林土壤中有机碳含量逐年增长，这一现象打破了以往的认识，其原因机制尚未清晰。针对上述问题，本项目利用磷脂脂肪酸研究土壤微生物群落结构和生长状况，探讨鼎湖山土壤有机质转化过程。鼎湖山区域不同类型森林土壤剖面获得的各类数据差异较小，说明森林植被类型与发育成熟度对土壤剖面中微生物生物量、群落结构、代谢途径基本没有影响。各个剖面上生物量随着深度的变化与TOC大致均保持一致，说明了微生物生命活动与TOC密切相关，各个剖面10-12cm深起，革兰氏阴性菌、异养微生物比例均骤减而革兰氏阳性菌、自养微生物成为优势生物，指示了这些土壤剖面在10-12cm起缺乏新鲜碳源的输入，土壤中的有机质在10-12cm内就完成了微生物改造，10-12cm以下深度的土壤有机质多为难降解部分。碳同位素的数据也表现了这些剖面10-12cm以下深度微生物生长受到碳限制，碳源的碳同位素结构发生了改变，细菌从上层对易分解有机质的利用转为对剩余顽固性碳的利用。特征磷脂脂肪酸表征SRB约在各个剖面10-12cm以下深度出现，指示了10-12cm起剖面开始由高氧浓度环境过渡至低氧浓度环境。甲烷氧化菌和真菌在剖面12cm以下深度突然消失指示可用碳源的匮乏，同时上层交界带微氧层已经结束，缺氧环境开始。由上可初步推测是由于微生物可用碳源、土壤含氧量的影响，从剖面10-12cm以下深度起微生物群落结构及代谢途径发生了很大变化，这变化的同时也影响到了土壤有机质的分解速率，以致鼎湖山土壤有机质保存状况与其他区域不同，形成0-20cm表观上的碳积累。