水文过程输送的溶解态有机碳(dissolved organic carbon,
DOC)是森林生态系统较为活跃的碳存在形态,参与了森林生态系统碳循环的各过程,进而对森林生态系统碳排放与固存有显著影响。热带森林因降水量丰富,物种丰度、碳贮量较大,而引起全世界对其碳循环的关注,但是对水文过程输送的碳在森林碳循环过程中的作用到底如何仍需探讨。为探讨水文过程输送的碳在热带雨林碳收支中的地位及其在森林生态系统碳关键过程中的作用,中国科学院西双版纳热带植物园科研人员周文君、卢华正、张一平和沙丽清等与西双版纳热带雨林生态系统定位研究站合作,在热带雨林开展了野外水文、碳排放原位连续观测,利用同位素技术探讨了森林水文过程输送的溶解态有机碳在热带雨林碳循环过程中的生态学意义。研究结果表明:

森林恢复工程被认为是具有固碳效应、减缓气候变化的一项有效手段。森林对土壤碳氮库的最终结果是否为积极影响,主要取决于土壤碳氮库输入(如地上植被凋落物、地下根生物量和分泌物输入)与输出(如微生物作用下的碳降解)两个过程的平衡度。由于时间和空间异质性,森林恢复对土壤碳氮库动态的影响是不确定的,且有待于从机制层面进一步探究。

表层土壤为DOC的汇,截留了自凋落物层输送DOC的94.4±1.2%;

为了揭示森林恢复对土壤有机碳氮库影响的动态机制,中国科学院武汉植物园博士窦晓琳在研究员程晓莉的指导下,运用土壤组成分馏和自然丰度稳定同位素相结合的方法技术,揭示了丹江口库区森林恢复下的各土壤物理组分的有机碳氮的动态变化。结果表明,森林恢复过程中主要是通过增加土壤大团聚体(”
2000 μm)和土壤闭蓄态颗粒有机质iPOM
中的碳含量进而增加了土壤总碳储量。而森林中的土壤团聚体(“ 2000
μm)中的有机氮含量却低于灌丛和农田,这主要与森林土壤中高碳氮比的植物残体输入抵消了相对较多的生物量输入带来的影响有关。另外,土壤各组分氮同位素的值反映出了农田具有最大的土壤有机碳降解水平,而森林土壤的确可以增强土壤有机质组分的物理保护从而减缓碳降解,减少碳损失。该研究表明土地利用类型的转变,如森林恢复,可改变土壤团聚体分布与碳氮储藏,进而影响陆地生态系统碳氮库。该研究对丹江口库区森林恢复工程带来的生态系统碳积累过程的监测具有重要意义。

穿透雨与凋落物淋洗液输送的DOC量分别相当于热带雨林森林生态系统NEE的6.81%和7.23%,表明穿透水是热带雨林水文过程输送到土壤的DOC主要源;

该研究得到国家自然科学基金(31270550, 31470557,
31130010)、国家关键技术研究与发展计划(2011BAD31B02)、中国科学院战略优先研究项目(XDA05060500)的共同资助。相关研究成果以Shifts
in soil organic carbon and nitrogen dynamics for afforestation in
central China
为题,发表在国际期刊Ecological Engineering 上。

土壤、水文过程输送的DOC、植物的13C同位素丰度特征证明了水文过程输送的DOC对地表碳排放具有直接的作用;

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热带雨林地表碳通量对水文过程输送的DOC通量,显著高于对温度和土壤湿度的敏感性;

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