应用生物标识物碳氮同位素示踪深层土壤有机碳的激发效应研究

The soil concentrate in low-lying land, for instance basin or marsh land, in the Southwest of China. The area of mountain surface usually have several times of basins. The soil dissolved organic matter (DOM) emerging on the surface of mountain will move to basin with water and enter the deep soil which could stimulate the change of deep soil organic carbon (SOC) dynamics (priming effect). To study the conditions, strength and duration, the biomarkers, phospholipid fatty acid (PLFA) and amino sugar, which could be use to identify the community structure and activity of microbe will be employed in this research. The direction and pattern of priming effect will be revealed by analyzing the C and N isotope compositon and relationships with new or old SOC. The strength and duration of priming effect in different soil layers will be deduced with using principle of isotope mass balance, the structure of microbe community, the change of biomarkers concentrations and CO2 concentration produced by soil respiration. Through these studies, the carbon and nitrogen isotope trace technique using in the research dynamics of SOC will be pushed forward. And the process of priming effect in deep soil will be cognized in some details which could be used to determine the deep soil is source or pool for carbon.

我国西南山地土壤主要集中储存在地势较低的洼地和山间盆地中。产生于洼地周边山体表面的新鲜溶解性有机质(DOM)，在雨水的带动下不断向洼地输入，对洼地深层土壤有机碳(SOC)的转化具有明显的激发效益。为认识这一过程的产生条件、强度和持续时间，本项目将利用磷脂脂肪酸和氨基糖类物质在SOC周转过程中的指示作用，通过室内模拟和野外观测试验，研究不同层次土壤在表生DOM输入过程中，这两类生物标识物碳、氮同位素组成变化，探讨不同背景条件下，表生新鲜DOM对洼地深层SOC激发效应的产生条件和方向；同时结合同位素质量平衡原理、生物标识物的组成和浓度变化，以及土壤呼吸CO2的释放，估算这种激发效应在土壤剖面不同层次的强度和持续时间。上述研究，将促进碳、氮同位素示踪技术在SOC动力学研究中的应用，深化对洼地深层土壤SOC激发条件和过程的认识，增强对洼地深层土壤有机碳源-汇关系的判别能力。

围绕项目的目标任务，本项目应用同位素示踪技术、质量平衡原理和不同生物标识物之间的内在联系，通过室内模拟和野外观测得到的主要成果：（1）在备枯枝落叶覆盖的表层土壤中土壤溶解性有机碳（DOC）主要来源于枯枝落叶，而在土体内来自于土壤腐殖类物质的DOC占土壤DOC总量的比例随土壤深度的加深有增加趋势；（2）C-4植物δ13C的同位素比值表现为穗>茎>根>叶，最大分馏比值可达到3‰；（3）从原始草地到农田的土地利用转化后，表层土壤（0-10 cm）中大约40％的SOC在前5个耕作年份被侵蚀，并在40年内下降到其原始值的25％左右；30cm以上的SOC变化趋势与转变为农田后的表层土壤相似；（4）贵州省西北部高原旱地表层土壤SOC和N含量显著高于东部和南部低山丘陵地区，并随着海拔高度升高而增加的趋势；相对于上世纪60-70年代和80-90年代，贵州省旱地农业表层土壤SOC/N化学计量比有显著降低趋势，均值接近8.5左右；（5）林地、农用地、撂荒地土壤共检测出26种磷脂脂肪酸（PLFAs）；C16:0、C16:1、C18:0、C18:2n6c四种PLFA在3种土地利用方式中含量均为最大；林地中大部分的单一PLFA均高于农用地和撂荒地，而农用地与撂荒地之间，大多数单一PLFA相差不大；（6）外源示踪试验显示，土壤微生物会优先利用低分子量的葡萄糖；革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌是利用葡萄糖的主要微生物，放线菌不直接利用葡萄糖，而是利用葡萄糖被分解后的衍生产物。通过以上的研究过程和成果，本项目对不同生态背景下SOC的动力学过程有了更深入的认识，进一步地拓展了碳同位素示踪技术在SOC动力学研究中的应用，提升了对深部SOC激发效应触发条件和控制因素的认识。. 此外，本项目目前共计在国内核心刊物上发表论文3篇，SCI 论文4篇，EI论文2篇，会议论文７篇，培养了硕士研究生3名。