土壤是陆地生态系统中最大的碳库,它的微弱变化都会对全球碳平衡造成重大影响。森林生态系统是陆地生态系统的最重要的组成部分,其土壤碳库对全球碳平衡起着关键的作用。外源碳的输入会改变土壤有机碳的矿化,产生激发效应。目前对土壤激发效应的研究很多,涉及不同的森林类型和外源碳种类,但得到的结论并不一致。这主要是因为没有系统的在不同森林类型进行统一的处理研究。不仅如此,激发效应还受到氮有效性的调控,目前还没有得出统一的机理性的解释。外源碳、氮的添加不仅会改变原有土壤有机碳的矿化,还会被微生物利用和转化,形成新的有机碳。对固持的碳的量以及其稳定性还不是很清楚,需要进一步的研究。因此本研究拟对处于不同纬度的不同森林群落类型(根河,东灵山,太白山,八大公山,鼎湖山,尖峰岭)进行野外调查和室内土壤培养实验,探讨其土壤有机碳的矿化特征及对碳氮添加的响应,以期在控制土壤有机碳动态的生态过程及机理方面有所突破。同时以八大公山为例,通过添加标记的葡萄糖以及氮源进行培养实验来追踪葡萄糖碳在土壤中的分布并评估其稳定特征。主要结论如下:(1)表层土壤有机碳具有明显的纬度梯度特征,随着纬度的升高有机碳含量呈升高的趋势,八大公山细粉粘粒组分占比较高,有利于固持更多稳定的有机碳。森林深层土壤没有明显的纬度梯度特征。表层土壤有机碳含量在纬度梯度上的变化主要受气候和土壤质地的影响,而深层土壤有机碳在纬度上的变化主要受微生物的影响。根据表层和深层土壤有机碳组分的分布,深层土壤与矿质颗粒结合的有机碳比例高于表层土壤,暗示深层土壤有机碳具有更高的稳定性。(2)在纬度梯度上,外源碳添加均促进表层和深层土壤有机碳的矿化,产生正的激发效应。外源碳添加所引起的土壤总微生物生物量碳的增加表明正的激发效应的产生符合共代谢假说。表层的激发效应具有明显的纬度梯度特征,在根河和东灵山的激发效应最高。而深层土壤的激发效应没有明显的纬度梯度特征。表层和深层土壤的激发效应都主要受土壤因素的影响,表层主要受砂粒氮含量以及土壤p H的影响,而深层土壤主要受土壤有机碳,全氮以及细粉粘粒碳氮的影响。表层土壤激发效应显著低于深层土壤,说明较低的碳稳定性能引起更大的激发效应。培养30天后有45%-80%的葡萄糖残留在土壤中,远远高于激发的碳,深层土壤的葡萄糖残留率高于表层土壤,说明深层土壤能固持更多的碳,暗示深层土壤有更高的固碳效率。且外源碳的添加量大于激发所引起的土壤碳的损失,导致正的净碳固持。(3)氮添加显著降低了激发效应,且随着氮有效性的增加而逐渐降低。但与碳循环相关的酶活性(β-葡萄糖苷酶(BG),纤维素酶(CBH)等)却表现出升高的趋势,暗示酶活性的变化不是激发效应降低的主要因素。氮添加一方面降低了微生物生物量的相对变化,另一方面也提高了微生物的代谢效率,从而引起激发效应的降低。(4)外源碳添加引起表层土壤和深层土壤正的激发效应,导致原有土壤有机碳的损失,但深层土壤比表层土壤能固持更高比例的碳,最终导致更高的净碳固持。新碳在土壤组分中的分布结果显示与表层土壤相比,深层土壤新碳更多的分布在粘粒组分中,更少的分布在未保护碳库中,表明深层土壤新碳比表层更稳定。与新碳相比,表层和深层土壤中老碳更多的分布在酸不溶粉粒和粘粒等生物化学碳库中,更少的分布在未保护碳库中,暗示老碳也比新碳更稳定。因此深层土壤不仅具有较高的碳固持潜力,也具有较高的稳定性,这表明深层土壤在碳固持和稳定方面具有更大的作用。新碳较低的稳定性表明短期研究可能会高估土壤碳固持潜力。综上所述,森林表层土壤有机碳含量和外源碳添加所产生的激发效应都具有明显的纬度梯度变化特征,它们随纬度的增加而增加。深层土壤有机碳含量和激发效应则没有明显的纬度变化特征。表层和深层土壤均表现出明显的正的激发效应。但深层土壤对外源碳的添加更加敏感,产生更强的激发效应。外源碳添加后微生物生物量的增加表明激发效应的产生符合共代谢假说。深层土壤对外源碳的固持高于表层土壤。氮添加一方面降低了微生物生物量的相对变化,另一方面氮添加降低了微生物的碳利用效率,进而抑制了激发效应的产生,进一步的促进土壤净碳固持。对八大公山的研究发现,深层土壤中固持的外源碳具有更高的稳定性。这些研究结果的发现加深了对森林生态系统碳矿化和固持的认识,并为全球变化大背景下的土壤科学固碳提供一定的理论基础。