利用空间移位研究农田黑土有机碳矿化及周转特征对温度变化的响应机制

Soil organic carbon is a major component of global carbon storage. Global warming strongly affects soil organic carbon accumulation, transformation, further destabilize the soil productivity. Black soil, a major agricultural soil in China, is located in a sensitive region of environment changes. Obviously, climate change can hamper soil organic carbon decomposition and release. Therefore, this investigation focused on 4 different typical Black soils created by spatial transfer through long-term experiment. Routine analytical methods, coupled with isotope trace technique, and spectroscopic approach (Infrared and nuclear magnetic resonance) were performed in exploring the characterization of soil organic carbon mineralization and transformation responding to temperature variations. The specific objectives are: 1. to study the soil organic carbon mineralization pattern; 2. to monitor soil transformation; 3. to characterize the sensitivity of Black soil responding to temperature variations; and 4. to estimate the soil carbon storage potential.

土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分，气候变暖为标志的全球变化将会影响到土壤有机碳的滞留、周转，进而会对土壤生产力的稳定性产生影响。黑土作为我国重要的农业土壤，因其处于受环境影响的敏感区，随着气温的上升，将会对黑土有机碳循环产生重要的影响。因此，本研究选取黑土带上的4种典型的农田黑土为研究对象，以黑土空间移位长期定位试验为平台，常规分析方法结合同位素示踪技术、红外光谱分析技术、核磁共振技术，探讨农田黑土有机碳矿化规律、周转特征对温度的响应机制，试图回答以下几个问题：1农田黑土有机碳矿化规律？2农田黑土有机碳库周转特征？3农田黑土对温度的敏感性？4农田黑土固存碳的潜力？本项研究将为土壤碳循环对未来全球变暖的响应提供基础数据，也将为了解黑土农田生态系统土壤碳转化特征、土壤固碳效应具有重要的理论和现实意义。

本研究以东北黑土带上5种不同有机质含量农田黑土为研究对象，采用野外采样和布置室内培育试验相结合的方法，系统分析了温度变化后不同有机质含量农田黑土的土壤有机碳库及其矿化特征。结果表明：1）不同有机质含量农田黑土土壤各活性有机碳含量均随土壤有机质含量的增加而升高。除水溶性有机碳外，活性有机碳两两间的相关性均达到极显著的正相关。各活性有机碳占土壤总有机碳的比率总的趋势是易氧化有机碳＞矿化碳＞微生物生物量碳＞水溶性有机碳；（2）5种不同有机质含量农田黑土土壤活性有机碳含量变化表现出明显的季节性变化特征；土壤温度是影响各活性有机碳含量变化的重要因子；（3）依据动力学理论分析显示，不同有机质含量农田黑土土壤有机碳各库的大小差异明显。土壤活性有机碳和惰性有机碳的含量均随土壤有机质含量的升高而增加，缓效性有机碳含量没有表现出随土壤有机质含量变化而变化的趋势；（4）室内培养试验结果显示，不同有机质含量的农田黑土的矿化速率在2.01×10-2～5.77×10-2g C •kg- 1•d- 1之间，矿化速率以有机质含量最高的SOM11最快，有机质含量最低SOM1.7最慢。矿化率在16.02%～27.08%，变化趋势为北安（SOM11）＞嫩江（SOM6）＞海伦（SOM5）＞德惠（SOM3）＞梨树（SOM1.7）。土壤矿化速率和矿化率总体上呈现随土壤有机质含量降低而递减的趋势。不同温度条件下土壤有机碳的矿化量有显著区别， 35℃培养条件下土壤有机碳矿化量最大，显著高于其它3个培养温度下土壤有机碳的矿化量。365天培养后，不同有机质含量农田黑土Q10平均值，北安（SOM11）为1.49，嫩江（SOM6）为1.47，海伦（SOM5）为1.46，德惠（SOM3）为1.41，梨树（SOM1.7）为1.41，随有机质含量的降低，Q10值减小。