基于13C自然同位素示踪技术的黑土有机碳组分及周转研究

Research on soil organic carbon fraction ad turnover dynamics is the fundamantal work in regional soil quality evauation, reasonable utilization of soil and the global carbon cycle-land use change. This project tagets on the typical mollisols in Northeast China, combines with the soil density fractions and 13C natural abundance techniques, uses two groups of long-term experiments in Hailun station and the historical soil samples, studies the dynamics of different soil organic carbon fractions, sources and trrnover characteristics. This project evaluates the effects of different land-use/continouse cropping on the soil organic carbon fractions, makes clear the distribution and migration of the new carbon derived from plants in different soil organic fractions, establishes the decomposition index model of soil organic carbon, illustrates the turnover characteristics of soil organic carbon. Finally,it analyses the preferential utilization of avilable "recent C" and "old C", make clear the ralation between soilorganic carbon and CO2 fluxes. The project aims to clarify the content, cources, migration, and turnover characteristics of different soil organic carbon fractions in different land-use/continuous cropping ecosystems. On one side, this project can help to provide data basis to modify the SOM model. On the other hand, it is useful for an in-depth understanding of the mechanisms of carbon sequestration of mollisol, and have important practical significance in formulating the corresponding soil management measures.

土壤有机碳组分及周转特征研究是评价区域土壤质量、合理开发利用土壤以及全球碳循环-土地利用变化研究的基础性工作。本项目以中国东北典型黑土为研究对象，结合土壤密度分组和13C自然同位素示踪技术，利用海伦站两组长期定位试验和历史土样，研究土壤不同组分有机碳含量、来源及周转特征，由此评估不同土地利用/连作方式对土壤不同有机碳组分的影响，揭示土壤不同有机碳组分迁移转化规律；建立土壤有机碳分解指数模型，阐明不同土地利用/连作下黑土不同有机碳组分的周转特征；分析微生物对土壤中新老有机碳分解的优先利用性，阐明了土壤有机碳组分与CO2的联系。本项目旨在明确黑土区长期不同土地利用/连作方式下黑土不同有机碳组分含量、来源、迁移和周转特征，一方面可以为改进土壤有机质模型及模拟结果提供更精确的数据支持，另一方面对于深入研究黑土有机碳的固存机制，制定相应的土壤管理措施，具有重要实践意义。

土壤有机碳（SOC）含量、组分及周转特征研究是评价区域土壤质量、合理开发利用土壤以及全球碳循环-土地利用变化研究的基础性工作。不同作物及农田管理措能影响土壤生物化学过程，进而影响有机碳的固存和周转。.不同土地利用/长期作物连作下SOC含量及其组分发生了变化，草地生态系统中每年都有新鲜的植物残体进入土壤，使得SOC，特别是活性碳含量逐年增加。裸地土壤，由于无外源碳投入，SOC含量和活性碳含量减少。农田生态系统中，与玉米连作相比，大豆连作更有利于SOC的积累。研究还发现，不同作物连作导致土壤及不同粒径团聚组分中的碳周转特征不同。SOC的周转速度在大豆连作大于玉米连作 ，且在大团聚体中大于小团聚体；玉米连作中土SOC周转的半衰期为124-600年，在大豆连作中为60-278年。这些结果说明不同作物残体的难降解性和根系深度对深层和不同大小团聚体中SOC周转的影响，说明作物类型可能影响SOC结构和土壤物理结构。.不同土地利用/农田处理下的母质SOC的固碳速度非常大，仅经过8年不同熟化，SOC含量就提高了57.8%-165.1%，达到了表层黑土的45%左右。利用磷脂脂肪酸和氨基糖等方法我们研究了微生物群落结构及代谢残体的变化及其对土壤有机碳的固存机制。发现土壤微生物群落结构在全土和不同粒径团聚体中均发生分异，耕作条件下新成土和典型黑土的微生物群落结构更相似，这说明黑土微生物群落结构具有一定的回复力，农业措施具有较快的恢复作用，同时，新成土的土壤团聚过程强烈地通过影响生境控制土壤微生物群落结构的演变。土壤活体微生物中真菌的生物量远小于细菌的，但是微生物残体中真菌来源的残体量远大于细菌来源的残体量。这说明真菌残体是SOC的主要微生物来源，并存在田间处理的影响。.研究了标记的玉米秸秆对大豆连作10年以上的SOC的激发效应大小，并应用微生物探针技术研究了秸秆分解过程中土壤不同类群微生物的控制机制。发现加入秸秆后的土壤，出现了激发效应，在培养过程中出现双峰，分别出现在第11和第21天。造成这种现象的主要微生物群落结构发生了分异。革兰氏阳性和阴性细菌、真菌和放线菌在秸秆来源碳和土壤来源碳的分解利用特征上表现出差异，即微生物群落结构也发生了变化。该研究结果揭示了不同土地利用和作物连作对SOC固存和周转的影响，为优化黑土保育和可持续利用措施提供了主要的参考依据。