毛竹是我国的特有竹种和重要森林类型,相比其他树种更具固碳潜力。我国种植毛竹已有上千年的历史,竹林土壤在没有或较少外源肥料输入的传统管理下,虽经受长期采伐和收获的人为干扰,但土壤有机碳总量仍保持一定水平。竹林在不同母岩发育而成的土壤环境中均能良好生长,不存在连栽后地力退化问题,反映出其对不超过生态阈值的干扰具有较好的抵御、恢复与平衡功能。目前,对于毛竹人工林土壤有机碳的形成及稳定机制的研究相对较少。有机碳的变化是由微生物驱动的,其组成和结构的复杂性可能会导致其分解、转化和固定的微生物机理不同。耦合有机碳的组分、结构和微生物群落来研究竹林土壤有机碳积累的特殊生物化学特性,对于我们深入理解竹林土壤固碳机制极为重要。本研究采用时空替代和配对样地法,选取了不同经营类型(集约经营、粗放经营、无经营)和不同种植历史(19、37、64a)的毛竹林为研究对象,分别以邻近的次生常绿阔叶林(>60a)和次生落叶阔叶林(37a)为对照,研究长期种植毛竹过程中生态系统碳储量、林下植被多样性,细根生物量及功能性状的变化特征,利用有机碳化学,团聚体,密度-粒径及生物分组的方法分析有机碳积累和稳定,并采用傅里叶红外光谱、固体核磁共振、荧光定量PCR和高通量测序等技术分析了有机碳结构组成与细菌数量,活性和群落结构的变化特征,进一步探究根系特性与有机碳组分,化学结构以及细菌群落结构之间内在关系,主要研究结果如下:(1)不同种植年限显著影响了毛竹林生态系统的碳储量及分布格局。长期种植毛竹明显增大了土壤有机碳库及其分配比例,因而导致生态系统总碳储量随种植年限的增加而增大。灌木层植被多样性,毛竹林细根生物量,比根长和根长密度均随着竹林种植年限的增加呈增大趋势,≤0.5 mm径级的细根特征也表现出与之相一致的变化规律。毛竹林细根生物量及其形态特征与土壤碳储量存在极显著正向相关关系,表面毛竹林细根生产力的动态变化对土壤碳积累起着举足轻重的调节作用。(2)竹林土壤中有机碳含量及储量均随着毛竹种植时间的延长显著增加。土壤活性碳组分如热水溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(ROC)、游离态颗粒有机碳(f POC)和闭蓄态颗粒有机碳(o POC)以及稳定性有机碳组分包括矿物结合态有机碳(MOC)和腐殖质碳(HOC)的含量均显著提高。毛竹林土壤有机碳在各组分的分配比例以MOC(52.12-73.3%)为最高,其次为o POC(11.51-20.73%)和f POC(7.98-12.76%),再者为MBC(1.46-6.62%)、ROC(1.82-4.45%)和DOC(1.43-1.68%)。土壤团聚体稳定性和无定形氧化铁含量随着毛竹种植年限的增加而逐渐增大,且无定形氧化铁与团聚体稳定性和有机碳含量均呈显著正相关。以上结果表明,在毛竹人工林土壤中,土壤矿物对有机碳稳定起主要作用。土壤团聚体对有机碳的物理保护作用随种植年限的增加逐渐增强。固态核磁共振结果表明,毛竹林土壤有机碳以烷氧碳和芳香碳为主,羰基碳和烷基碳所占比例较小。烷基碳、烷基碳/烷氧碳和疏水碳/亲水碳在0～20cm土层中随着种植年限的增加而逐渐增大;芳香碳和芳香度在20～40cm土层中随种植年限增大;表明长期种植毛竹林土壤有机碳化学结构稳定性提高。因此,长期种植毛竹通过增强有机碳自身的化学结构稳定性,土壤团聚体的物理保护以及土壤矿物的吸附固定这三个稳定机制的共同作用,减少了微生物可利用的基质、胞外酶和氧气,进而降低微生物活性,促进有机碳的稳定与积累。(3)长期种植毛竹过程中过氧化物酶活性降低,多酚氧化酶、酸性磷酸酶和蛋白酶活性均提高。毛竹林土壤细菌主要以变形菌门为主,所占比例随着种植年限的增加而增大,而主要分解顽固性碳的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度则逐渐降低。随着毛竹种植年限的增加,细根生长与非根际土壤微生物之间存在一个由正反馈向负反馈的转化过程。毛竹根系生物量,比根长和根长密度与细菌数量,微生物量碳和微生物商呈显著的负相关关系。RDA结果表明,毛竹根系性状是影响细菌群落分布的主要环境因子,而有机碳的化学结构仅在底层土壤中对细菌群落具有显著性影响。可见,长期种植毛竹过程中,根系可以通过直接或间接方式显著影响土壤细菌的数量,活性和组成,增强根系对土壤细菌的选择塑造作用,进而改变土壤有机碳的转化路径,最终促进土壤顽固性有机物质的积累。(4)与对照次生林相比,无经营和粗放经营毛竹林显著提高了土壤总有机碳含量,同时也显著提高了f POC、DOC和MOC的含量。无经营毛竹林虽然显著增大了f POC的比例,但其与黏土矿物结合的有机碳MOC依然是土壤有机碳的最大贮存库(67.6%)。集约经营导致竹林土壤有机碳的贮量及各组分有机碳含量的损失,但明显增大了DOC/TOC比值和微生物商(MBC/TOC),表明人为干扰能加快碳、氮的循环,使有机碳稳定性降低。经营措施对土壤有机碳的化学结构也具有显著影响,与对照相比,无经营和粗放经营毛竹林土壤有机碳中酚醇-OH,脂肪族-CH,芳香族C=C和羰基C=O吸收峰相对强度增强,土壤疏水性亦增加;在各物理组分中,有机碳疏水性的增加主要表现在矿物结合态有机碳中,证实减少林地干扰有利于脂肪碳和芳香碳在小粒径组分中的积累。冗余分析得到,土壤有机碳的脂肪碳、芳香碳和疏水性与土壤碳总量呈显著正关关系,与微生物量碳,微生物商和碳矿化率呈负向关,表明有机碳的化学结构决定了微生物对其降解的强度和速率,化学抗性官能团结构比例越大,有机碳含量就越高。因此,在人为干扰减少的情况下,毛竹林凋落物、根系等有机质残体输入量的增多引起土壤难分解化合物的相对积累,使有机碳化学稳定性明显增强。同时土壤黏土矿物质对土壤有机碳起到了很好的保护作用,通过矿物-有机碳复合使土壤碳储存稳定性更高,进而有利于土壤碳的长期保存。(5)次生阔叶林向毛竹人工林的转化及其后续的管理实践显著改变了土壤性质、主要养分含量和细菌群落结构,但没有降低香农多样性指数。随着竹林经营强度的增加,细菌多样性增加。无经营和粗放经营主要增大了α、γ变形菌纲和拟杆菌门的相对丰度,这一类细菌主要是对易分解性有机物质的作用较强。对土壤理化性质和细菌群落之间的相关关系研究,结果表明土壤p H值和碳氮含量的差异可能是决定细菌群落结构的重要因素。同时,对有机碳化学结构与细菌群落的多元回归分析表明,脂肪族-CH和芳香族C=C是区分不同经营措施毛竹林之间细菌群落组成差异的重要官能团。