三江平原沼泽湿地土壤有机碳稳定性对植物残体输入的响应

Plant residue input affects Inner quality, decomposition and transformation of soil organic carbon (SOC). Marsh wetland and soybean field reclaimed from marsh wetland which have the same soil type were chosen as study objects in the Sanjiang Plain. Field survey, indoor analysis, plant residue landfill decomposition in situ in field experiment, wetland soil incubation experiment adding plant residues were used to research SOC stability of wetland and soybean field, illustrate the relationship between inner composition of litter and stable components of SOC, as well as effect of plant residue input on SOC decomposition and transformation. Thus, effect and its mechanism of plant residue input on SOC stability characteristics were revealed. The anticipated results will have important significance in better understanding the change of SOC quality and predicting the response of SOC pool to climate change under severe land use change in Sanjiang Plain; and provide scientific basis to plan for managing SOC pool and tackling climate change.

植物残体输入会影响土壤有机碳的内在质量和分解转化。本项目拟以三江平原沼泽湿地及由其垦殖而来的大豆田为研究对象，通过野外调查和室内测试分析、植物残体野外原位填埋分解实验、添加植物残体的湿地土壤室内培养实验，明确不同植物类型覆盖下湿地土壤有机碳的稳定性差异，阐释输入土壤的植物残体自身结构组成特征与土壤有机碳中难分解组分之间的关系，以及植物残体输入对湿地土壤有机碳分解转化的影响，以揭示输入土壤的植物残体类型对土壤有机碳稳定性特征的影响结果与机制。研究结果有助于深入理解三江平原剧烈土地利用变化情境下湿地土壤有机碳质量变化以及预测土壤有机碳对气候变化的响应，可为三江平原土壤有机碳库管理和制定应对气候变化的对策提供参考。

针对我国北方重要土壤有机碳库—三江平原大面积沼泽湿地农田化现象，以该区沼泽湿地及由其垦殖而来的大豆田为研究对象，通过野外调查和室内测试分析、植物残体野外原位填埋分解实验以及添加植物残体的湿地土壤培养实验等，研究输入土壤的植物残体类型对土壤有机碳内在质量（稳定性）和分解转化的影响。主要结论如下：（1）湿地垦殖为大豆田，0-30cm土层土壤有机碳（SOC）含量和密度（降幅20.3%）降低；各活性有机碳组分占SOC的比例降低，稳定性有机碳组分（<0.25mm微团聚体有机碳）储量及其比例分别升高113.1%和167.3%；浅表层（0-10cm）SOC结构稳定性降低，下表层（10-30cm）升高。垦殖后SOC以更加稳定的形式存在，有利于SOC的长期保存。（2）大豆残体C:N、难分解组分比例以及酚类含量分别比湿地植物残体高23.1%、8.6%和11.5%，木质素含量比湿地植物残体低16.7%，湿地植物残体比大豆残体腐解速度快，腐解率高，不同植物残体腐解过程中内部物质组分转化方式不同。（3）土壤与植物残体木质素含量显著正相关，土壤木质素主要直接来源于植物残体；土壤酚类除来源于植物残体外可能还与残体其他组分分解的中间产物有关，土壤与植物残体酚类含量并未呈现完全的正相关关系。植物残体质量与稳定性有机碳组分（<0.25mm微团聚体有机碳）比例显著相关。（4）微生物是驱动有机碳分解的关键因素，添加植物残体后土壤微生物磷脂脂肪酸量增加，微生物群落结构改变；添加不同植物残体，土壤微生物量和群落结构变化情况不同。湿地土壤添加残体后培养90天，植物残体分解殆尽；添加湿地植物残体总碳排放量高于添加大豆残体，添加植物残体提高了土壤原本有机碳的分解排放量，添加湿地植物残体比添加大豆残体土壤原本有机碳的排放量更高。垦殖为大豆田，SOC的分解速度和分解量都降低，更有利于SOC的长期保存。研究结果有助于深入理解三江平原剧烈土地利用变化情境下湿地土壤有机碳质量变化以及预测土壤有机碳对气候变化的响应，可为三江平原土壤有机碳库管理和制定应对气候变化的对策提供参考。