亚热带低粘粒森林土壤微生物利用DOC产生残体碳的过程研究
批准号:
32101495
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
胥超
依托单位:
学科分类:
林产化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
胥超
中文摘要
探明森林土壤有机碳的积累机制是增加土壤碳汇的重要理论基础。前期结果发现在粘粒含量仅10%、土壤有机碳含量约2%的亚热带森林土壤中微生物残体碳占比高达50%,且外源输入土壤的可溶性有机碳(DOC)通量大。在粘粒含量如此低、保碳能力差的森林土壤中,有机碳积累的可能机制是什么?基于前期结果,本项目推测,和高粘粒土壤相比,低粘粒土壤对大量外源输入DOC的结合较弱,微生物摄取DOC的量大、效率高,产生残体碳占总有机碳的比例大。为验证这些推测,本项目拟通过野外长期监测实验,定量DOC输入不同粘粒含量土壤后被淋溶、微生物矿化、转化成残体碳的量;并在室内利用13C和18O同位素分别测定微生物对DOC的利用效率和周转速率,以共同指征低粘粒土壤微生物利用DOC合成残体碳的效率。项目的预期成果可为制定高碳汇森林经营管理措施提供新的理论依据,亦可为揭示亚热带低粘粒森林土壤有机碳的累积机制提供新的研究思路。
英文摘要
Unraveling forest soil organic carbon (SOC) accumulation mechanism is the theoretical basis of increasing soil carbon sink. My previous results showed that in the subtropical forest soil with clay content of only 10% and SOC content of only 2%, the contribution of microbial necromass carbon to total SOC was as high as 50%, and the input of dissolved organic carbon (DOC) was substantial. What are the possible SOC accumulation mechanisms in forest soil with such a low clay content and less carbon holding capacity? Based on my preliminary results, this project presumes that compared with high-clay soil, low-clay soil is weak in binding DOC, and soil microbes within can uptake DOC enormously and efficiently, and produce large quantities of microbial necromass carbon and contribute to total SOC. To test these presumptions, this project will conduct a long term in-situ field experiment to monitor DOC leaching, mineralization, and transformation to microbial necromass carbon in soils with different soil clay content, and utilize isotope carbon 13 and oxygen 18 to investigate microbial carbon use efficiency and growth rate following DOC addition to finally evaluate the microbial synthesis efficiency of necromass carbon. Results of this project could provide a new theoretical basis for formulating better forest management practices to increase carbon sequestration and new ideas of revealing the SOC accumulation mechanisms in subtropical low-clay forest soil.
我国亚热带地区广泛分布着土壤粘粒和有机碳含量极低的森林土壤,且该区具有充沛和林冠穿透与携带的可溶性有机碳(DOC)量大的特点。外源DOC输入土壤后有三个去向:(1)与土壤矿物颗粒结合;(2)被微生物利用后或以二氧化碳的形式逸出或以微生物残体碳的形式留在土壤中;(3)被淋溶损失。在粘粒含量极低的亚热带森林土壤中,微生物利用外源DOC合成残体碳的过程是否构成该区域土壤有机碳积累和稳定的一个重要机制?针对这一问题,本项目在亚热带常绿阔叶林内建立了一个粘粒含5%, 15%, 30% 和 50%的人工土壤实验平台用于模拟外源DOC在不同粘粒含量土壤中的输入,固定,转化和输出过程。我们每次降雨后监测DOC的输入和输出量,于春夏两季采集土壤测定土壤微生物残体碳含量,利用18O同位素测定微生物碳利用效率和微生物生长速率。结果发现:(1)穿透雨DOC浓度显著高于不同粘粒含量的人工土壤渗滤液DOC浓度,表明 DOC被明显吸附,粘粒含量更高的土壤吸附作用更强;(2)高粘粒含量土壤微生物碳利用效率和生长速率在夏季高于低粘粒含量土壤;(3)粘粒含量对土壤总氨基糖含量无影响, 但是对不同微生物类群的残体碳有显著影响。 土壤粘粒含量越高, 氨基葡萄糖(GluN)含量越低,氨基半乳糖(GalN)含量越高。随着土壤粘粒含量的增加, 土壤 GluN/MurA 比值逐渐增加;(4)土壤MBC,MBN,DOC和DON对土壤真菌,细菌和总微生物残体碳的形成贡献最大。本项目的成果为揭示低粘粒含量土壤有机碳的形成和稳定机制开辟了一个全新而独特的视角。项目主持人以第一或通讯作者身份在Agricultural and Forest Meteorology, Forest Ecology and Management,《生态学报》等国内外生态学,林学,土壤学顶级期刊上发表第一标注论文4篇,完成了项目申请书中制定的成果目标。
国内基金
海外基金