油蒿光合同化碳向土壤无机碳转化的途径研究

Recent studies found that a large number of soil inorganic carbon (SIC) accumulated after vegetation rehabilitation in semiarid desert. However, the detailed pathways of SIC accumulation have been unknown. This information was essential to judge whether vegetation rehabilitation can transform atmospheric CO2 into SIC. In this study, we will set the SIC under the Artemisia ordosica community in the Mu Us Desert as the study object, and use a combination of methods, including isotopic tracing in the field, manipulation experiments, and cultivation and analysis in the laboratory. These contents will be studied, including: (1) the partition of Artemisia ordosica photosynthesized carbon in the SIC pool; (2) the transformation of CO2 emitted by Artemisia ordosica root respiration and litter decomposition into SIC; (3) the migration of carbon containing mineral combined in Artemisia ordosica into SIC pool. The objectives of this study was to test whether vegetation rehabilitation can transform atmospheric CO2 into SIC, by revealing the detailed transformation pathways of Artemisia ordosica photosynthesized carbon into soil inorganic carbon. The expected results could have important implications to furtherly understand the carbon cycle of desert ecosystem, and to precisely assess the ecosystem service functions of the vegetation rehabilitation in semiarid desert area.

目前的研究已发现半干旱区沙地植被恢复后土壤无机碳大量累积的现象，但植被恢复后土壤无机碳累积的具体途径并不清楚，而这对于判断植被恢复是否具有将大气CO2转化为土壤无机碳的功能至关重要。项目拟以毛乌素沙地油蒿群落下的土壤无机碳为研究对象，综合运用野外同位素示踪、控制实验和实验室内培养分析等技术手段，主要研究：（1）油蒿光合同化碳在土壤无机碳库中的分配比例；（2）油蒿根系呼吸及凋落物分解排放的CO2向土壤无机碳的转化；（3）油蒿体内合成的含碳矿物向土壤无机碳库的迁移。项目旨在通过揭示油蒿光合同化碳向土壤无机碳转化的具体途径，为明确半干旱区沙地植被恢复是否具有将大气CO2转化为土壤无机碳的作用提供确凿证据。预期研究结果，对于进一步完善荒漠生态系统碳循环过程的理解和准确评价半干旱区沙地植被恢复的生态服务功能具有重要意义。

目前的研究已发现半干旱区沙地植被恢复后土壤无机碳大量累积的现象，但植被恢复后土壤无机碳累积的具体途径并不清楚。项目综合运用野外同位素示踪、控制实验和实验室内培养分析等技术手段，主要研究：（1）油蒿光合同化碳在土壤无机碳库中的分配比例；（2）油蒿根系呼吸及凋落物分解排放的CO2向土壤无机碳的转化；（3）油蒿体内合成的含碳矿物向土壤无机碳库的迁移。研究结果表明，油蒿光和同化碳确实能够转化为土壤无机碳，油蒿光合同化碳在土壤无机碳库中的分配比例为2.36%；更高的土壤水分含量和更高的土壤CO2浓度更利于油蒿群落土壤固定土壤呼吸产生的CO2，土壤呼吸产生的CO2向土壤无机碳的转化是油蒿群落土壤无机碳累积的重要途径；由于在油蒿根系分解残留物中并未发现无机碳成分，油蒿群落下土壤无机碳的累积并不是由体内含碳矿物的迁移而导致。此外，流动沙地植被恢复对土壤无机碳影响的元分析结果表明，次生碳酸盐的形成在流动沙地植被恢复后土无机碳的固存中起重要作用。半干旱区其他碱性土壤能够以无机的方式直接吸收大气CO2是旱区土壤无机碳累积的另一重要途径。综上所述，半干旱区沙地植被恢复确实具备将大气CO2转化为土壤无机碳的作用，土壤呼吸产生的CO2向土壤无机碳的转化是无机碳累积的主要途径。项目进一步加深了荒漠生态系统碳循环过程的理解，同时对于科学评价半干旱区沙地植被恢复的碳汇功能具有重要价值。