草丘微地貌格局对苔草泥炭沼泽有机碳累积的影响机制研究

Peat mire, as one of the important organic carbon pool in the terrestrial ecosystem, plays an important role in maintaining the global carbon balance. The development of peat mire is the process of organic carbon accumulation. The settlement of cespitose graminoids in herbaceous peat mire represents the early stage of the development of low moor. Therefore, the microtopography of hommocks widely spread in herbaceous peat mire and influence the carbon cycling and carbon accumulation pattern in the ecosystem. However, the mechanism is still not clear. Therefore, this project plans to select the cespitose Carex peat mire in Changbai Mountain as research area. The aims of this study are to (1) illustrate the storage characteristics of soil organic carbon in the Carex peat mire; (2) identity the historical dynamic of hommock microtopography pattern and the accumulation of soil organic carbon; (3) reveal the modern accumulation process of soil organic carbon in the hommock and hollow; (4) explore the influence mechanism of the hommock microtopography on the accumulation of soil organic carbon. Field survey, laboratory analysis, and in-situ control experiment methods will be used to study present distributing pattern, historical accumulation process of the soil organic carbon, and the process of litter accumulation and decomposition. The result of this project would provide scientific evidence for revealing the coupling relation between soil organic carbon and vegetation, environment and the scientific assessment of soil organic carbon pool in peat lands.

泥炭沼泽是陆地生态系统最主要的有机碳库之一，对维持全球碳平衡具有重要作用。泥炭沼泽的发育过程就是有机碳的不断积累过程。而密丛型草本植物的定居是泥炭沼泽低位发育阶段的重要特征。因此，草丘微地貌在草本泥炭沼泽中极为普遍。草丘微地貌的存在影响着沼泽生态系统的碳循环过程和碳累积格局，但其影响机制尚不清晰。本项目拟选择长白山区密丛型苔草泥炭沼泽作为研究区，通过野外调查、室内分析和原位控制试验等方法相结合，对草丘微地貌影响下泥炭沼泽有机碳累积现状、历史过程以及枯落物累积和分解过程开展研究，明确密丛型苔草泥炭沼泽草丘微地貌特征与有机碳储存特征，阐明草丘微地貌格局动态与有机碳累积的历史过程，解析草丘微地貌影响下有机碳累积的现代过程，探讨草丘微地貌格局对泥炭沼泽有机碳累积的影响机制，为揭示泥炭沼泽中有机碳累积与植物、环境间耦合关系及科学准确评估泥炭沼泽碳库功能提供科学依据。

泥炭沼泽是陆地生态系统最主要的有机碳库之一，对维持全球碳平衡具有重要作用。草丘微地貌在草本泥炭沼泽中极为普遍。草丘微地貌的存在影响着沼泽生态系统的碳循环过程和碳累积格局，但其影响机制尚不清晰。本项目选择长白山区密丛型苔草泥炭沼泽作为研究区，通过野外调查、室内分析和原位控制试验等相结合的方法，对草丘微地貌影响下泥炭沼泽有机碳累积过程进行研究。研究表明：草丘具有明显的高碳性，其有机碳含量高达50%以上，是丘下和丘间有机碳含量的2-3倍。草丘土壤的有机碳储量为4.66 kg C/m2，是地上生物碳库的近7倍。如忽略草丘和丘下的土壤有机碳储量的贡献，其估算值低于实际值约30%。此外，草丘土壤MBC、EOC和DOC的含量显著高于丘下和丘间土壤。草丘的高活性有机碳含量导致其土壤有机碳的稳定性较低，该部分碳将是对气候变化最敏感的部分。有机碳累积的历史过程结果表明：形成30cm高的草丘仅用14年，草丘剖面的泥炭沉积速率和沉积通量显著高于丘下和丘间剖面。丘下剖面泥炭沉积速率低于丘间，二者沉积通量没有显著差异。有机碳累积的现代过程结果表明：单位面积草丘叶枯落物的分配量是丘间的2.86倍，苔草根系在草丘的生产力高于丘间3.74倍。由此可见，草丘有机质的生产力显著高于丘间。在枯落物分解过程中，草丘枯落物叶的分解速率显著低于丘间，粗根的分解速率高于细根，叶的分解速率高于根系的分解速率，表明丘上环境更利于有机质的累积，而丘间环境更利于有机质的分解。分解的前2年是枯落物干重损失的快速期，至分解第三年干重损失较低。通过RDA分析发现，草丘和丘间的温度、水分及土壤生物的差异是影响有机碳累积的主要因子。草丘枯落物叶主要受枯落物质量的影响，而丘间枯落物叶则容易受到温度、水位及微生物的作用。粗根受内源磷含量和土壤微生物的影响明显，而细根则受到枯落物质量和土壤生物的综合作用。本研究为揭示泥炭沼泽中有机碳累积与植物、环境间耦合关系及科学准确评估泥炭沼泽碳库功能提供重要的科学依据。