基于稳定碳同位素技术的干旱区绿洲土壤碳库转移研究

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干旱区土壤碳是全球碳库的重要构成部分,在土壤内部通过土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)-土壤CO2(soil CO2)-土壤无机碳(soil inorganic carbon,SIC)微循环系统,发生了土壤有机碳向土壤无机碳的转移,而土壤碳库很小的改变就可影响全球整体碳的平衡,引起全球气候的巨大变化,从而影响陆地生态系统的土壤碳的转化。研究以塔里木盆地北缘绿洲风沙土、灌漠土、棕漠土和盐渍土4种类型土壤为对象,测定SOC和SIC的含量,获得二者相关关系;通过碳稳定同位素技术,测量SIC、SOC、土壤内部CO2δ13C值,确定发生性碳酸盐的比例及含量,探讨其形成或重结晶过程固定CO2的来源及其比例含量,以期获得土壤有机碳向土壤无机碳的转移量;结合Pearson相关分析和通径分析得到不同理化因子对转移量的影响。研究旨在探究干旱区绿洲土壤有机碳向无机碳的转移规律,为进一步探究陆地生态系统碳循环提供一些数据基础和理论支撑。主要得到以下结果:(1)研究区4种类型土壤SOC和SIC含量差异极显著(P<0.01),风沙土、灌漠土、棕漠土和盐渍土4种土壤剖面SOC含量平均值分别为(2.41±0.15)g/kg、(4.50±0.31)g/kg、(4.06±0.38)g/kg、(3.69±0.10)g/kg,无机碳含量平均分别为(99.46±4.33)g/kg、(225.90±3.09)g/kg、(150.74±2.86)g/kg、(147.22±1.57)g/kg;Pearson相关分析表明风沙土、棕漠土和灌漠土SOC与SIC之间呈正相关关系,SOC与SIC含量均随土壤剖面的加深逐渐降低,而盐渍土SOC与SIC之间为负相关关系,随土壤剖面的加深,SOC逐渐降低,SIC逐渐增加。(2)研究区4种土壤SIC及土壤CO2的同位素值均有显著差异,风沙土、灌漠土、棕漠土和盐渍土4种土壤剖面SIC的δ13C平均值分别为(0.21±0.9)‰、(-0.32±0.06)‰、(-1.99±0.5)‰和(-1.12±0.12)‰,说明风沙土、灌漠土中发生性碳酸盐比例及含量较低,盐渍土、棕漠土较高;风沙土、灌漠土、棕漠土和盐渍土4种土壤剖面SOCδ13C平均值分别为(-23.88±0.27)‰、(-24.75±0.36)‰、(-24.63±0.52)‰和(-23.77±0.55)‰,土壤剖面CO2δ13C平均值分别为(-12.60±0.34)‰、(-18.54±0.29)‰、(-17.63±0.34)‰和(-12.70±0.85)‰,依据同位素两端元法可知风沙土和盐渍土大气CO2所占比例较高,其次为棕漠土,灌漠土最低。(3)根据同位素质量平衡方程式定量分析风沙土、灌漠土、棕漠土和盐渍土发生性碳酸盐的比例分别为1.71%、5.21%、17.99%、39.18%,含量分别为1.73g/kg、12.01 g/kg、26.35 g/kg、61.58 g/kg;通过发生性碳酸盐碳同位素丰度法获得风沙土、灌漠土、棕漠土和盐渍土在发生性碳酸盐形成过程中固定土壤CO2的量分别为0.38 g/kg、2.64 g/kg、5.80 g/kg和13.55 g/kg,其中固定的大气CO2量平均为0.26 g/kg、1.07 g/kg、2.29 g/kg、10.8 g/kg,固定土壤呼吸释放量为0.12g/kg、1.58 g/kg、3.51 g/kg、3.27 g/kg,说明风沙土、盐渍土固定来自大气CO2的含量较高,灌漠土、棕漠土固定来自土壤呼吸释放的CO2量较高。而在土壤呼吸中,风沙土、灌漠土、棕漠土和盐渍土SOC氧化分解转化为CO2的量分别为0.06g/kg、0.79 g/kg、1.75 g/kg、1.64 g/kg,研究区整体土壤SOC向SIC的碳转移量介于0.02g/kg-2.61g/kg之间,平均每千克土壤固定1.05g的CO2,说明干旱区绿洲土壤有机碳的贡献较少。(4)4种类型土壤的碳转移量与土壤理化因子的相关性表明:在风沙土中,碳转移量与电导率呈正相关关系,电导率的直接通径系数和决策系数最大,分别为0.42、0.40,是主要决策因子,对转移量有较强的直接正效应。灌漠土中,转移量与SOC具有正相关关系,SOC直接通径系数和决策系数最大,分别为0.62、0.77,为主要决策因子。在棕漠土中,碳转移量与SOC含量为正相关关系,SOC决策系数最高为0.41,是主要决策因子。盐渍土中,转移碳量与各土壤理化因子之间的关系均不具有显著水平,pH值决策系数最大为0.19,是主要决策因子。
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