青藏高寒草甸植被同化碳在土壤中的分配及其稳定性机制研究

Global climate warming is the one of serious and significant problem in today’s world. Sequestration and stabilization soil organic carbon (SOC) are effective methods to reduce atmospheric CO2 levels and mitigate greenhouse effects. Alpine meadow in eastern edge of Qinghai-Tibetan plateau, preserving large amount of carbon pool (7.4 Pg), is not only primary carbon sink functional areas of terrestrial ecosystem, but also regarded as a very sensitive climate change trigger in china. However, mechanisms of SOC sequestration are still not clear. Exploring of SOC stability and fate of plant photosynthate in soil are crucial steps for detecting the mechanism of soil carbon sequestration. In order to unravel mechanisms of SOC stability and distribution of photosynthetic carbon in soil, the project plan to separation of soil aggregate and particle into different sizes according to USDA classification scheme, free particle organic carbon (fPOC)、dissolved organic carbon (DOC) and microbial carbon (MBC) also will be extracted. Spectroscopic techniques including solid-state 13C NMR、FTIR、UV-vis and fluorescence EEs will be applied to analyze carbon chemical structure. Whilst field 13C pulse-labeling will be used to track photosynthetic carbon fluxes from shoot to roots and to soil in a Kobresia humilis meadow. Results of the project could provide scientific data and theoretical basis for quantitatively evaluating the influence of climate change and human activities on the Qinghai-Tibetan plateau ecosystem carbon cycling.

青藏高原高寒草甸是我国陆地生态系统主要的碳汇区，对我国温室气体的减排具有重要作用，但其碳固持机制尚不清楚。本项目围绕“土壤有机碳的稳定机制”和“光合同化碳在土壤中的去向”两个问题，拟以高寒草甸土壤为研究对象，结合土壤颗粒分组，稳定碳同位素（δ13C）原位脉冲标记技术和固态13C核磁共振等波谱分析手段，研究土壤中团聚体保护态有机碳、粘粒结合态有机碳、自由态有机碳、溶解态有机碳和微生物碳组分稳定性相关指标（alky C/O-alkyl C、aryl C/O-alkyl C、SUV254、UV-vis slope、FI、BIX等），研究植被光合同化碳在不同稳定机制作用碳中的分配。探明土壤有机碳的稳定机制和光合同化碳在土壤中的去向及其稳定性，以期为定量评价未来气候变化和人类活动影响下，青藏高原生态系统碳源、碳汇格局的可能变化提供科学数据和理论依据。

本项目在青藏高原东缘选取4种典型灌丛（高山绣线菊、小叶锦鸡儿、金露梅、窄叶鲜卑花）草地土壤为研究对象，采用采用Cambardella和Elliott的湿筛法和沉降虹吸法对团聚体进行分组（>2 mm、2-0.25 mm、0.25-0.053 mm、0.053-0.002 mm和<0.002 mm），测定团聚体内生源物质的分异、13C组分、团聚体稳定性和影响团聚体稳定性的无机胶结物，并确定不同形态无机胶结物对团聚体稳定的贡献率。结果表明：灌丛化和未灌丛化草地土壤团聚体以2 ~ 0.25 mm粒径为主，但灌丛化草地土壤微团聚体（≤ 0.053 mm）含量显著低于未灌丛化草地，表明1、草地灌丛化主要影响土壤微团聚体而对大团聚体含量影响不显著，灌丛化显著降低了<0.053 mm微团聚体含量（P<0.05）；2、通过团聚体>0.25 mm含量，平均重量直径、分形维数等指标，灌丛化草地土壤团聚体稳定性低于未灌丛化草地土壤，表明草地灌丛化后土壤结构稳定性降低。3、灌丛化显著增加了>0.25 mm大团聚体内游离态铝的含量（Ald的含量增加了14.09%）（P<0.05）和<0.25 mm微团聚体内游离态铁铝的含量（Fed、Ald的含量分别增加了9.75%和15.31%））（P<0.05），显著降低了<0.25 mm微团聚体内络合态铁铝的含量（Fep、Alp的含量分别降低了31.03%和9.41%）（P<0.05）；4、通过增强回归树分析，游离态铁铝氧化物对团聚体稳定性的作用最强，络合态铝氧化物对团聚体稳定性作用最弱；4、灌丛化降低了各粒径团聚体内有机碳、全氮和全磷含量，富集规律表现为大团聚体显著高于微团聚体（P<0.05）；5、生态化学计量比显示，团聚体内C/N比最大值出现在> 2 mm中，最小值出现在< 0.002 mm中（P< 0.05），土壤C/P和N/P比的最大值均出现在0.25-0.053 mm中，最小值均出现在0.053-0.002 mm团聚体中；6、在两种草地土壤中脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶和β-D葡萄糖苷酶主要集中在＞0.25mm的团聚体内，灌丛化后土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶和β-D葡萄糖活性增加，磷酸酶活性降低；7、冗余分析结果表明土壤酶深度参与土壤养分的循环与转化，脲酶和葡萄糖苷酶与土壤有机碳和全氮呈正相关，蔗糖酶和过氧化氢酶与全钾呈正相关，蛋白酶和磷酸酶与全