半干旱沙区土壤与大气间CO2无机交换过程研究

Although resent studies found abiotic CO2 exchange between soil and atmosphere was occurring in arid and semiarid areas, the immigration process and final whereabouts of the atmospheric CO2 in soil has been unknown. This information was essential to judge whether desert soil can sequester atmospheric CO2. In this study, 13CO2 will be added into natural soil and its whereabouts in soil will be traced. These contents will be studied, including: (1) net abiotic CO2 exchange between desert soil and atmosphere; (2) vertical transport of atmospheric CO2 in soil; (3) storage of atmospheric CO2 in soil solid phase, vapor phase and liquid phase. The objectives of this study was to test whether desert soil have sustained and stable carbon sequestration function, by revealing the migration, storage and stability of atmospheric CO2 in desert soil in semiarid area. The expected results could have important implication to comprehensively understand desert ecosystem carbon cycle, and support references for precisely assessing the values of arid and semiarid areas in the global climate change.

尽管目前的研究发现干旱和半干旱沙区土壤与大气之间存在CO2无机交换的现象，但进入土壤CO2的运移过程及最终去向并不清楚，而这对于判断土壤是否具有无机固碳作用至关重要。项目拟采用向半干旱沙区自然土壤喂食13CO2并追踪其去向的技术手段，主要研究：（1）沙区土壤与大气之间CO2无机净交换量；（2）大气CO2在土壤内的垂直运移；（3）大气CO2在土壤固相、气相和液相内的储存。项目旨在通过揭示半干旱沙区进入土壤的大气CO2在土壤中的运移过程、储存状态和稳定性，为明确沙区土壤是否具有持续稳定的无机固碳功能提供确凿的证据。预期研究结果对于全面认识荒漠生态系统碳循环过程具有重要意义，对于准确评价干旱和半干旱区在气候变化中的作用提供参考。

目前的研究已发现干旱和半干旱沙地土壤与大气之间存在CO2无机交换的现象，但进入土壤的CO2其吸收、运移及最终去向并不清楚，而这对于判断沙地土壤是否具有无机固碳作用至关重要。项目采用向半干旱区沙地自然土壤喂食13CO2并追踪其去向的技术手段，主要研究了：（1）沙地土壤与大气之间CO2无机净交换量；（2）大气CO2在土壤内的垂直运移；（3）大气CO2在土壤固相、气相和液相内的储存。研究结果发现，半干旱区沙地土壤与大气之间确实存在CO2的无机交换过程。在此过程中，大气CO2会进去土壤，其速率为0.17-0.24 g m-2 d-1。大气CO2进入土壤后，少量（17.7%-21.3%）CO2会返回大气，少量（11.4 %-26.9%）CO2会保存在土壤液相中，大部分（55.3%-67.1%）CO2会保存在0-60 cm深度范围内的土壤固相中，极少量（<1%）的CO2会保存在土壤气相中。进入土壤的大气CO2，短期内并不会向大于1 m的深层土壤中运移。此外，项目还发现，部分土壤呼吸产生的CO2也很可能会被储存在土壤固相中，并形成土壤次生碳酸盐。土壤呼吸产生的CO2对土壤无机碳的影响应在以后的研究中给予重点关注。研究结果表明，半干旱区沙地土壤确实具有持续稳定的无机固碳功能，这对于全面认识荒漠生态系统碳循环过程具有重要意义，也对于准确评价干旱和半干旱区在气候变化中的作用提供了参考。