高寒草原有机碳动态变化的土壤环境与固碳机制

针对高寒草原这一青藏高原分布面积最大、生态功能最为重要的生态系统，本项申请拟在定量表达人类活动对高寒草原土壤有机碳储量影响程度的同时，立足于土壤生态过程，通过对不同状态高寒草原的多点定位试验，探明土壤有机碳（总有机碳、活性有机碳、团聚体有机碳）的时空变化特征，明确活性有机碳（轻组有机碳、水溶性有机碳、微生物量碳）对土壤环境变化的响应，初步揭示土壤环境（土壤生物活性及与土壤物理、化学因子间的相互作用）对土壤有机碳形成与转化的影响程度及其相互关系、关键控制因子与固碳机制，提出无土壤扰动的高寒草原固碳技术途径。因此，研究结果将有助于拓展我们对土壤碳过程区域差异的认识，不仅对深刻理解高寒草原的土壤碳循环过程具有一定的科学价值，对寻求高寒草原土壤有机碳的有效固持途径亦具有重要的现实意义。

以高寒草原为主体的高寒草地对西藏高原生态系统的稳定具有重大意义。为此，我们对藏北高原正常、轻度和严重退化高寒草原表层（0~10 cm）、亚表层（10~20 cm）土壤进行了研究，初步明确了西藏高寒草原土壤有机碳（SOC），包括易氧化有机碳（ROC）、轻组有机碳（LFOC）、水溶性有机碳（WSOC）、微生物生物量碳（MBC）等活性有机碳（ASOC）组分、团聚体有机碳（SAOC）的变化特点及对草地土壤环境变化的响应及其变化过程；基本探明了正常草地、轻度和严重退化草地土壤结构、土壤生物环境对SOC、ASOC组分、SAOC形成与转化的影响及其相互关系；初步探明了影响土壤有机碳形成与转化的关键控制因子，并提出了受土壤微生物结构与纤维素分解酶活性控制的高寒草原土壤固碳机制；提出了基于无土壤扰动的高寒草原固碳技术。研究结果对进一步认识高寒草原的土壤碳循环过程，探寻高寒草原的有效固碳途径等具有重要的科学意义和参考价值。.结果表明，高寒草原土壤有机碳变化具有一定的特殊性，主要表现为：（1）正常草地、轻度和严重退化草地亚表层SOC、ASOC各组分含量均显著高于表层。（2）与正常草原ASOC各组分含量相比，退化草原表层、亚表层分呈小幅增加和大幅下降，但轻度退化草原表层增幅、亚表层降幅略高或显著高于严重退化草原；因此，0~20 cm土层ASOC各组分含量均呈正常草原＞严重退化草原＞轻度退化草原。（3）ROC、MBC、LFOC和WSOC对土壤环境变化的敏感度显著不同，平均分配比率分别为11.10%、0.57%、0.04%和0.03%，高原寒旱环境对WSOC、LFOC的形成与积累极为不利。（4）退化草地表层、亚表层碳库管理指数均呈显著下降，但表层降幅相对较低；与严重退化草地比，轻度退化草地不同土层碳库管理指数明显提高，土壤碳库质量下降的程度较低。