大兴安岭冻土区森林土壤有机碳矿化及驱动因素研究

[目的]研究大兴安岭冻土区森林土壤有机碳(SOC)矿化动态并探究其对气候变暖响应的综合驱动因素，为准确评估我国中高纬度冻土区碳收支、进行碳库管理提供有效参考，同时为在全球气候变暖背景下提高模型对冻土碳-气候反馈的预测能力提供科学依据。[方法]本研究以大兴安岭冻土区森林土壤为研究对象，沿纬度梯度自南向北采集大兴安岭冻土区腐殖质层(A层)和淀积层(B层)森林土壤，在5℃和15℃下开展为期30天的室内微宇宙培养实验，计算SOC矿化速率及矿化温度敏感性(Q10)，并测定土壤主要理化性质、SOC化学抗性、团聚体对SOC的物理保护、微生物特性等相关指标。[结果](1)土壤室内微宇宙培养实验结果表明，各纬度梯度森林SOC矿化速率均随着温度的升高而升高，A层SOC矿化速率均高于B层。在A层中，位于较高纬度的S8(51.48°N)、S11(52.18°N)、S14(52.91°N)SOC矿化速率相对更高，表明较高纬度冻土区森林A层土壤具有更强的矿化潜力;(2)A层SOC矿化Q10 沿纬度变化范围为1.01～2.14，B层SOC矿化Q10 沿纬度变化范围为 1.19～2.07.双因素方差分析结果表明，纬度、土壤发生层及其交互作用均对Q10 产生显著影响(P<0.001)。其中，位于较低纬度的S3(48.72°N)、S5(50.68°N)具有更高Q10.在多数样点，B层SOC矿化Q10 显著高于A层，这表明B层土壤对气候变化的响应更为敏感;(3)随机森林结果显示，土壤含水率(SWC)、土壤碳氮比(C/N)、pH值、颗粒态有机碳(POC)、微生物群落β多样性、碳循环关键微生物种群(子囊菌门、放线菌门)丰度对A层SOC矿化Q10 在纬度梯度上变化影响显著(P<0.05)，是其主要控制因子;土壤芳香碳含量对B层SOC矿化Q10在纬度梯度上变化的影响最大(13.26%)，其次为土壤pH值(8.05%)与SWC(8.04%)，这三者均对B层SOC矿化Q10 有显著影响(P<0.05)。[结论]SWC、pH值以及SOC质量是大兴安岭冻土区森林SOC矿化Q10 沿纬度变化的重要驱动因子，且微生物特性对Q10 的影响同样不容忽视。