北京东灵山暖温带森林生物多样性对土壤碳组分的调控机制

20250124

农、林、牧、渔业

采用湿筛法分离土壤中的颗粒有机物(Particulate organic matter, POM)和矿物结合态有机物(Mineral-associated organic matter, MAOM)。具体步骤如下：1、首先称取 20 g 左右过 2 mm 筛的风干土于 250 ml 塑料广口瓶中，记录土样质量。 2、加入 200 ml 提前配置的质量分数为 0.5%的六偏磷酸钠溶液(土壤重量与溶液体积比例为1:10)，同时加入5 g 直径为 2.5-3 mm 的玻璃珠(土壤与玻璃珠重量比5:1)。 3、将广口瓶放于震荡机上中速震荡(200 r/min) 18 h，使土壤充分分散。 4、震荡结束后，使用 2 mm 筛子将溶液中玻璃珠滤出。 5、称量并记录大烧杯和小烧杯质量。 6、再使用 53 μm 筛子将土壤溶液进行筛分，将筛子倾斜放置在 800 ml 塑料烧杯上，将广口瓶内溶液倒入筛子上，用蒸馏水反复冲洗 5-6 遍，直至筛出溶液清澈(盐度计测量小于 2 μS)。其中留在筛子上的即粒径大于 53μm 的土壤样品为颗粒有机物(POM)，将颗粒有机物单独冲洗到另外一个 200 ml 塑料烧杯内，烘干。冲洗到大烧杯内的土壤样品为矿物结合态有机物(MAOM)，(可静置后，适当去掉上清液)。 6、分级完成后将两个烧杯置于烘箱内于 60 ℃烘干。 7、烘干后分别称取POM和MAOM与烧杯的质量和，POM和MAOM的质量为土样与烧杯的质量和减去烧杯的质量。mPOM=m土+烧杯 - m烧杯; mMAOM=m土+烧杯 - m烧杯。 8、在称完POM和MAOM土样质量后，需要进行回收率的计算，200 ml 溶液中六偏磷酸钠质量为1 g，计算土壤回收率，若回收率低于95%，该样品重做。 烘干后研磨上元素分析仪测定POM和MAOM组分的碳氮含量。

需具备相关实验设备与技术，能精准执行各步骤，确保数据准确可靠，共同推进土壤有机物研究，助力生态环境保护。

仅限国内转让

通过精确分离POM和MAOM，为深入探究土壤有机质的形成、转化机制提供关键数据，有助于完善土壤有机质循环理论，填补相关研究空白。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

土壤是陆地生态系统中最大的动态碳库，储存了约1400-1500 Pg碳，占全球碳总储量的四分之三 (Jobbagy and Jackson, 2000)，其过程是调节全球碳平衡的关键。然而，传统生物多样性与生态系统功能研究多集中于地上部分，着重分析生物多样性丧失对初级生产力的影响；植物多样性对地下生物与生态过程的影响及其作用机制尚不明确。地上-地下系统的整合研究成为全面理解生物多样性与生态系统功能关系的重要途径。通过构建森林生态系统中地上-地下生物和生态过程的综合研究体系，深入分析植物多样性及其群落特征与土壤微生物的互作关系，可以更好地评估生物多样性丧失对森林土壤碳固持能力的潜在威胁。我国暖温带落叶阔叶林面积广阔、群落结构相对复杂，具有明显的区域代表性（祖元刚等, 2000等；吴晓莆等，2004；刘海丰等, 2011）。位于北京门头沟山区的暖温带落叶阔叶林是现存的、恢复和保存最为完好的暖温带落叶阔叶次生林，是探索暖温带森林生物多样性与生态系统功能关系的理想场所。通过北京远郊山区暖温带森林样地调查与分析，揭示生物多样性-土壤微生物联动效应及其与土壤碳氮过程的关系，对于践行我国2060年“碳中和”宏远目标具有重要的科学价值与现实意义。 本项目通过数据收集、分析与样地调查开展研究。首先，针对全国森林生态系统植物多样性与土壤真菌群落互作关系及其对土壤总碳、氮含量的影响，进行了数据收集与分析。研究发现，不同气候带森林土壤碳、氮含量对树种多样性存在差异性响应，随着纬度梯度增高树种多样性对土壤碳、氮含量的影响逐渐减弱；热带和亚热带森林较强的树种多样性效应主要源于海拔和土壤酸碱度、而非土壤真菌群落多样性，但是暖温带和中温带森林土壤真菌多样性则是调控树种多样性对土壤碳、氮含量影响的重要因素之一。研究结果表明，我国不同气候带森林生态系统的土壤碳、氮含量对于树种多样性的响应格局，为理解局域尺度研究中森林树种多样性对土壤碳库影响机制的分歧提供了部分解释，并提示热带和亚热带森林的树种多样性变化可能对土壤碳库产生更为显著的影响。其次，依托东灵山暖温带森林生态系统长期监测样地，选取95个样点，在不同生境条件下进行水平和纵向剖面土壤取样，分析植物-土壤真菌互作对土壤碳组分的影响。研究结果表明：1）不同土壤碳组分在海拔和土层深度上表现出显著差异。颗粒态有机质（POM）的有机碳（POC）和有机氮（PON）在中、高海拔显著高于低海拔，但中、高海拔间差异不显著；其碳氮比不受海拔显著影响。矿质结合态有机质（MAOM）在中海拔显著高于低海拔，但高海拔无显著差异，中海拔的碳氮比最高。土层深度显著影响显著，表土层（0-10cm）的POM和MAOM含量显著高于亚表土层（10-20cm）及矿质层（20-30cm）；颗粒态有机质碳氮比在表土层最低，矿质结合态有机质碳氮比在不同土层间无显著差异。2）EcM菌根树种优势度的影响。POC和PON与菌根树种优势度呈二次回归趋势，含量随优势度增加先升高后降低，并在50%时达到峰值；颗粒态有机质碳氮比与优势度显著正相关。MAOC和MAON与菌根优势度显著负相关，而矿质结合态有机质碳氮比则呈二次回归趋势。3）生物与非生物因子对碳组分的影响。线性混合效应模型分析表明，海拔对POC有显著正效应，但对MAOC影响不明显；土壤氨态氮和含水量对POC和MAOC均有显著正效应。土层深度加深对POC有正效应，对MAOC无显著影响；地上群落多样性对POC具有显著正效应。