利用放射性碳同位素和生物标志物技术研究温度对土壤有机碳动态的影响

发布时间：2018-01-14 05:27

本文关键词：利用放射性碳同位素和生物标志物技术研究温度对土壤有机碳动态的影响　出处：《中国农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：土壤有机碳库是陆地生态系统最大的碳库,是温室气体最重要的潜在源和汇,与大气中的CO2发生迅速并且巨大的交换。鉴于土壤有机碳库在全球碳循环中的重要性,在全球气候变化背景下,全面认识土壤有机碳的周转与反馈变得更加重要。温度和降水是影响土壤有机碳周转最重要的环境因子,本文试图利用放射性碳同位素和生物标志物技术来揭示在野外自然环境中消除降水的影响后温度变化对土壤有机碳周转的影响。本文将来自青藏高原400 mm等降水量线沿线地区的12个采样点的表土样品用综合分组方法进行分组,然后应用自然丰度的放射性碳(14C)示踪技术和短波红外光谱(FTIR)技术,研究了青藏高原土壤有机碳周转。结果显示,不同碳库的14C含量有显著差异;根据14C数据及相关模型计算不同碳库的周转时间,同一个地点的土壤样品,周转时间从短到长逐渐变化是:轻质组分(LF)颗粒有机质组分(POM)酸溶组分(HF)残留组分(RF)。通过对各组分短波红外光谱的分析和计算,发现不同组分中的官能团相对含量对土壤组分的周转没有影响,保护机制是影响组分周转快慢的最重要因素。对土壤全样及组分的碳氮含量分析发现,温度和pH是影响土壤碳氮含量的主要因子。回归分析的结果显示,快速分解的LF和POM组分的周转时间不随温度变化;然而慢分解HF和RF碳库的周转时间随温度升高呈现指数衰减,并且RF温度敏感性大于HF,这个结果与土壤碳动力学的推论相一致,我们的结果证实了动力学理论在野外条件下也适用。根据本研究的结果,我们提出了一个新的土壤有机碳分解的温度敏感性模型:土壤组分温度敏感性首先由保护机制决定,在相同的保护机制的基础上,土壤的分子组成才会显示对温度敏感性的作用。本论文发现,土壤组分温度敏感性对夏季平均温度的变化要明显高于对年均温度的变化;另外还发现不同的碳库连接模型也是引起土壤组分周转时间和温度敏感性估算差异的原因,与碳库相互转移模型相比,相互独立模型会明显低估土壤有机碳的周转。根据我们得到的温度敏感性的结果来估算青藏高原地区未来的碳排放与碳储量,发现单碳库模型会明显低估碳的释放,从而高估了青藏高原地区的碳储量,夸大了未来青藏高原地区的碳汇功能。本论文通过对来自我国400 mm等降水量线沿线地区的表层土壤碳氮含量分析,发现土壤碳氮含量随温度的升高明显下降;土壤碳、氮含量存在明显的相关性,表明控制土壤碳、氮的过程是相同的。土壤生物标志物(游离类脂物和木质素)的绝对含量也是随温度升高而减少,这说明土壤的生物标志物也是可降解的。土壤生物标志物的相对含量却发现是随温度升高逐渐增大,原因是土壤有机碳中易分解的成分被消耗,使得这些难分解的物质在土壤有机质中相对积累。通过对土壤木质素单体分析发现,随着温度升高,木质素的氧化分解程度是逐渐增加的。在所有指示土壤品质的指标中,土壤木质素与氮的比值(Lignin/N)因为能够表征土壤稳定碳库与活性碳库发生的相对变化,从而能很好地指示土壤品质与温度的关系。
[Abstract]:Soil organic carbon pool is one of the most important sources and sinks of soil organic carbon , which is the most important source and sink of soil organic carbon . The results show that the temperature and pH are the most important factors affecting the turnover of soil organic carbon . so that the relationship between soil quality and temperature can be well indicated .

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S153.6

【参考文献】