黄土高原古土壤中有机碳的垂向分布和现代黑垆土不同粒级团聚体中有机碳的分配

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yxzapricot
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有机碳的稳定性是评价土壤碳库和可持续发展潜力的重要因素。为了进一步明确土壤有机碳的稳定机制,本文研究了总有机碳(TOC)、稳定性有机碳(StOC)、矿物保护态有机碳(MOC)和化学稳定态有机碳(ROC)在宝鸡和洛川黄土-古土壤剖面中的垂直分布以及在表层(黑垆土)中各粒级团聚体(>2 mm、1~2mm、0.5~1mm、 0.25~0.5mm、0.05~0.25 mm和<0.05 mm)中的分配,讨论了它们与机械组成、粘土矿物以及三种形态铁氧化物含量之间的相关性,得出以下初步结论:(1)古土壤和现代土壤具有相似的矿物组成。砂粒和粉砂粒主要是由石英和长石组成,含有少量云母。粘土矿物主要由伊利石、高岭石和蛭石组成。古土壤和现代土壤定量计算结果表明,伊利石含量最高,其次为高岭石和蛭石。铁氧化物主要以游离态氧化铁(Fed)和无定形氧化铁(Feo)形态存在,络合态氧化铁(Fep)含量较低。(2)宝鸡和洛川剖面中TOC含量从上到下逐渐降低。宝鸡剖面古土壤中TOC含量从So的12.12 g/kg逐渐降低到S8的1.02 g/kg,黄土则从L1的4.90 g/kg降低到L8的1.25 g/kg;洛川剖面中TOC含量变化范围小于宝鸡剖面,但变化趋势基本相同。宝鸡剖面中StOC/TOC比值从表层的约从20%升高到底层80%左右并保持稳定。洛川剖面也显示出了类似的趋势,但不如宝鸡剖面明显。(3)黑垆土团聚体中TOC含量随着粒级的变小而降低。TOC平均含量从>2 mm团聚体的19.20 g/kg逐渐降低到<0.05 mm的7.03 g/kg。MOC/StOC平均百分比为63%,这说明黑垆土团聚体中的StOC主要以矿物保护态为主。(4)古土壤中TOC与粘粒呈正相关关系,相关性系数r分别为0.72(宝鸡)和0.63(洛川)。TOC和各形态有机碳与粘土矿物也具有良好的相关性。TOC、StOC、 MOC和ROC与高岭石含量显著正相关,r分别为0.92、0.72、0.52和0.81(宝鸡)以及0.78、0.58、0.50和0.49(洛川)。有机碳与铁氧化物也具有良好的相关性。古土壤中TOC与Fep的r分别为0.90(宝鸡)和0.82(洛川)。(5)现代土壤团聚体中各形态有机碳与粘粒矿物具有良好的相关性,0.25~0.05mm粒级团聚体中StOC和MOC与伊利石统计水平正相关,r分别为0.71和0.68。有机碳各组分与铁氧化物也具有良好的相关性,在0.5~0.25mm和0.25~0.05 mm粒级团聚体中,TOC与Fed正相关,r均为0.72,在0.25~0.05 mm粒级团聚体中,ROC与Fed呈正相关关系,r相关性系数为0.68。(6)黄土-古土壤在埋藏375ka(S4)后,土壤中部分有机碳逐渐分解,而其余有机碳至少可以保存762 ka(S8)。黄土和古土壤中有机碳稳定的机制可能包括:①高岭石通过物理吸附和配位体交换形成的化学吸附;②Fep通过与有机质紧密结合形成稳定的化学吸附。在黑垆土团聚体中,伊利石通过物理吸附作用和Fed通过化学吸附作用保护有机质,特别是在0.5~0.25 mm和0.25~0.05 mm粒级的团聚体中。
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