模拟增温对矮嵩草草甸土壤有机-矿质复合体形成及稳定性的影响

气温升高对土壤有机质稳定性的影响直接关系到大气温室气体浓度的变化，目前急需阐明主要生态系统土壤有机质稳定性对增温的响应及其机理。本项目以对气候变化敏感的青藏高原高寒矮嵩草草甸为研究对象，采用同位素示踪、基于同步辐射光源和微谱学的STXM-NEXAFS联用等技术，通过野外人工增温、海拔梯度取样和室内培养等手段，对比分析不同温度下青藏高原高寒矮嵩草草甸生态系统主要植物地上部凋落物分解过程中产生的溶解有机质（DOM）的化学结构特征、DOM与提取人工合成的铁铝矿物作用形成的有机-矿物复合体的表面成分、DOM与土壤中提取的粘土矿物作用形成的有机-矿物复合体的表面成分、土壤微团聚体中有机质的化学成分、土壤有机质中新碳与老碳的分子组成变化，从微观尺度探索温度升高对该类重要生态系统土壤有机-无机复合体的形成与稳定性的影响，为准确把握全球变化下高寒草甸生态系统的碳收支变化提供基础。

本项目探索了利用同步辐射光源开展生态学问题的研究，旨在利用该技术具有在微小尺度上分辨样品的物理和化学信息的功能，阐明土壤有机质与土壤矿质颗粒的结合方式，进而在微观尺度上研究土壤有机质稳定的机理。利用biomarker、等技术，分析土壤有机质来源与稳定性，土壤微生物群落结构与有机质利用的关系。研究结果发表SCI论文1篇，中文核心期刊论文1篇，另有SCI论文2篇在审稿过程中。研究结果还分别在国内学术会议上口头发表，并向国际学术会议投寄了摘要。在高寒草甸上取得了如下主要研究结果：.土壤有机质与根系的剖面分布。土壤有机质含量和土层中的根系数量随土壤深度增加而下降，但是有机质含量降低更为缓慢。.土壤溶解有机质的产生量。不同植被类型下上层土壤中溶解有机碳含量高，随着深度增加出现先下降后升高的现象；壤中流携带DOC把有机碳转移到下层土壤而长期稳定保存，也有可能进入湿地或随河流离开生态系统。.土壤矿质对溶解有机质的吸附特征。无论是溶解有机碳、有机氮还是有机磷，土壤颗粒对其都有很强的吸附能力，在实验的浓度范围内随溶解有机物浓度升高而呈线性增长，未达到饱和浓度。.土壤溶解有机质的化学组成特征。表层土壤的芳香性指数和胡敏化指数明显高于下层土壤，表明高寒地区植物含有较多芳香性化合物。荧光发射光谱显示在高寒草甸土壤溶解有机质中存在三类荧光基团，表层土壤中的溶解有机质结构更为复杂，芳香性化合物分子含量高，揭示溶解有机质的迁移过程与矿质颗粒吸附、微生物降解利用之间存在紧密偶联关系。.土壤有机-矿质复合体的STXM-NEXAFS分析。在土壤微团聚体的矿质颗粒的表面覆盖着一层有机碳膜，为羧基和苯酚等功能团；证明复合体内部存在细小的孔隙结构，支持了复合体稳定的细微孔隙保护机制。图谱分析，表明在土壤矿质表面没有形成细胞膜结构样的双层膜结构。.解析土壤有机-矿质颗粒复合体的形成机制。利用μ-CT，首次原位观察到复合体内部的土壤有机质与矿质颗粒的分布。发现微团聚体中的有机质在形态、大小、空间连接度等性质上有巨大的空间异质性；在复合体内部存在两种类型的有机质，显示输入土壤的有机物质在降解的过程中，既有残存有机物质的长期稳定保留，也有部分被微生物部分再改造的；在土壤中既会形成类似micell结构并聚集在一起；也可以形成类似细胞膜那样的bilayer甚至multilayer结构，覆盖在矿质颗粒上。