干旱区焉耆盆地农田土壤溶解性无机碳季节变化特征及其来源研究

Recent studies indicate that the arid land may have great potential for carbon sequestration, and soil carbonate may play a bigger role than soil organic carbon. However, little is known about the dynamics of carbonate, including dissolved carbonate in soil solution. Here, we will carry out a field study in the Yanqi Basin, Xinjiang. We will measure above ground biomass, and soil CO2, dissolved carbonate and their stable carbon isotopes at different depth during the growing season. We will also determine soil organic carbon and carbonate contents in the whole soil profile before and after the growing season. The objectives of this study are to (1) evaluate the seasonal variations of soil CO2 and dissolved carbonate, and the relationship between these two variables; (2) investigate the dynamics of dissolved carbonate and underlying mechanisms. This study aims to improve our understanding of the carbon cycle in the arid regions.

最近研究表明干旱区可能具有具大的固碳潜力，干旱区土壤无机碳在固碳、储碳过程中的作用将超过土壤有机碳。然而，干旱区土壤无机碳累积、转化机理尚不清楚, 尤其是对土壤中溶解性无机碳的研究很少。本研究针对所存在的科学问题，拟选择焉耆盆地典型农田（玉米）为研究对象，定期同步测定地上生物量、不同深度土壤CO2和土壤溶解性无机碳及其稳定性碳同位素，探明其季节变化特征；通过分析土壤CO2和土壤溶解性无机碳在时间、空间上的关系，并利用稳定性碳同位素质量守衡原理，定量区分土壤溶解性无机碳的来源。结合植物生物量和土壤其它理化性质的测定，探明干旱区典型农田土壤溶解性无机碳形成转化的关键影响因素。该研究结果将丰富对干旱区土壤无机碳转化机理的认识。

在干旱、半干旱地区，土壤溶解性无机碳作为土壤CO2 和土壤碳酸盐转化的中介物质，在土壤碳循环中起着重要的作用。本研究设置裸地、添加钙源和玉米三个处理，定期同步观测土壤剖面中CO2浓度、土壤DIC及其稳定性碳同位素和地表CO2通量等数据，获得玉米生育期的季节变化规律。研究结果包括：.（1）土壤地表CO2浓度在早晨5:00-7:00较低，午后12:00-14:00达到最大，CO2浓度在生育期大小顺序: 添加钙源<裸地<玉米。裸地土壤土壤CO2稳定性碳同位素随着土壤深度增加而减小，而玉米土壤随着深度增加而降低。土壤溶解性无机碳在土壤表层15cm含量最低（70 mg L-1），30cm下层土壤含量较高（100 mg L-1）。总体来说，土壤DIC大小顺序为：添加钙源土壤<裸地土壤<玉种植米。玉米土壤在六、七月份，土壤DIC稳定性碳同位素值约-6‰，八、十月份约-9‰。.（2）裸地和添加钙源处理地表CO2通量日变化呈现单峰特征。地表CO2通量最大值出现在12:00-14:00，而玉米处理地表CO2通量日变化特征不明显，但是在中午12:00-14:00最高。玉米整个生育期内，以玉米处理土壤地表CO2通量最高 (688 g C m-2)，添加钙源处理最小 (241 g C m-2)，裸地处理居中 (273 g C m-2)。.（3）土壤CO2浓度在八月最高，大于10000 ppm，六月最低,大约5000 ppm，通过对土壤CO2和土壤DIC进行线性拟合发现，二者没有明显的线性相关关系。土壤CO2稳定性碳同位素值在六月、七月和十月的值分别为-17.5‰、-15.7‰和-16.2‰。土壤DIC稳定性同位素在六、七、八月份值分别为7.9‰、-7.9‰和-10.1‰。稳定性碳同位素由土壤CO2向土壤DIC在六月、七月和八月份的分馏值分别为-9.41‰、-8.23‰和-7.09‰。.（4）根呼吸在季节变化大小顺序为：十月<七月<八月<六月，而有机质分解在季节上变化顺序为：十月<六月<八月<七月。根呼吸在六月份贡献率最大（62.3%），在十月份贡献最小（38.5%）。根据同位素质量平衡原理区分不同深度土壤DIC来源及其贡献区分，研究表明，土壤根呼吸在六月、七月和八月贡献百分比为55.4%、87.6%和95.8%，而土壤有机质分解在六月、七月和八月贡献百分比为44.6%、12.4%和4.2%。