塔里木盆地北缘绿洲不同连作年限棉田土壤有机碳、无机碳含量与环境因子的相关性

农田土壤碳库是土壤碳库的重要组成部分,易受人类活动调节且固碳减排潜力巨大,研究土壤有机碳、无机碳含量特征及其与环境因子的关系有助于深入理解土壤生态过程,为全球碳收支平衡研究提供理论支持.本文以塔里木盆地北缘绿洲为靶区,分析土壤碳库特征,结合冗余分析、通径分析,探究土壤有机碳、无机碳含量及其与环境因子的相关关系.结果表明:(1)同一土层不同连作年限棉田土壤有机碳、无机碳含量存在显著差异(P0.05),随连作年限增加,有机碳含量呈先增加后减少趋势,而无机碳含量呈先减少后增加趋势;同一连作年限棉田不同土层土壤有机碳、无机碳含量存在显著差异(P0.05),有机碳含量均在0~20 cm层达到最大值,而无机碳含量均在20~50 cm层达到最大值.(2)通过冗余分析得出环境因子对土壤碳库特征影响的重要性排序为:磷酸酶活性p H值蔗糖酶活性过氧化氢酶活性全氮速效磷速效钾土壤含水量脲酶活性电导率;磷酸酶活性、p H值、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、全氮、速效磷、速效钾与土壤有机碳、无机碳含量呈极显著相关关系(P0.01);土壤含水量、脲酶活性与土壤有机碳、无机碳含量表现为显著相关(P0.05).(3)通径分析表明,速效钾对有机碳含量直接作用显著,是影响有机碳含量的主要因素,而脲酶活性对无机碳含量直接作用显著,是影响无机碳含量的主要因素.干旱半干旱区土壤有机碳、无机碳含量研究是评价农田生态系统土壤碳的"源/汇"效应的基础数据,对研究全球碳收支平衡和陆地碳循环机制具有重要意义.     

基于稳定碳同位素技术的干旱区绿洲土壤有机碳向无机碳的转移

应用稳定碳同位素技术测定土壤无机碳稳定碳同位素组成(soil inorganic carbonδ13C,SICδ13C),并对干旱区绿洲土壤无机碳进行区分,结合土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)与SIC含量关系进一步探讨SOC向SIC转移的碳量.结果表明,4种类型土壤SICδ13C值差异性极显著(P0.01),风沙土SICδ13C值最高且为正,均值为(0.32±0.04)‰,随土层深度增加而增加,说明风沙土原生性碳酸盐占绝对优势;灌漠土、棕漠土和盐碱土SIC的δ13C均值分别(-0.30±0.24)‰、(-1.96±0.66)‰和(-1.24±0.49)‰,随土层变化均呈先降低后逐渐增大的趋势,说明灌漠土原生性碳酸盐占优势,棕漠土和盐碱土发生性碳酸盐相对前者占优势.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土的发生性碳酸盐占SIC比例均值分别为1.33%、4.72%、15.01%、35.71%,均小于50%,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐比例总体水平较低.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土在土壤发生性碳酸盐形成或重结晶过程中固定土壤CO2的量分别为0.30、2.44、4.96、12.40 g·kg~(-1),其中固定来自大气CO2量平均为0.18、0.79、1.45、8.67 g·kg~(-1),来自SOC氧化分解转化为CO2的量分别为0.06、0.83、1.62、1.86g·kg~(-1),说明盐碱土、棕漠土SOC的贡献相对较高,灌漠土、风沙土较低;对土壤固定CO2量的来源比较发现,风沙土、盐碱土固定土壤CO2的量来自大气CO2量较高,SOC的贡献较低,而灌漠土、棕漠土固定来自SOC氧化分解CO2的量较高,大气贡献较低.研究区整体SOC向SIC的碳转移量介于0.03~2.38 g·kg~(-1)之间,平均每千克土壤固定1.09 g的CO2,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐所占比例较低,SOC的贡献较少.     

典型绿洲不同土壤类型有机碳含量及其稳定碳同位素分布特征

土壤有机碳及其稳定同位素组成反映了生态系统碳循环的关键信息,对研究全球变化下陆地生态系统碳动态及碳资源的可持续发展具有重要意义.本研究以阿拉尔绿洲4种土壤类型为研究对象,测定不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ~(13)C值,探讨不同土壤类型有机碳分布、δ~(13)C_(SOC)丰度差异及其与土壤环境因子的关系.结果表明:(1)土壤整体有机碳含量由高到低依次为灌漠土、棕漠土、盐土、风沙土,且在表层(0~20 cm层)具有较大值;δ~(13)C_(SOC)变化范围在-26‰~-23‰,表层(0~20 cm)由正趋负为盐土风沙土灌漠土棕漠土.(2)土壤有机碳含量受土壤类型、深度及其交互作用极显著影响,δ~(13)C_(SOC)受土壤类型、交互作用显著影响;进一步交互效应检验中土壤有机碳受因素水平影响极强,同位素相对较弱.(3)冗余分析发现土壤有机碳与土壤无机碳、全氮、土壤含水量、容重均存在显著或极显著正相关关系,与C/N具有显著负相关关系;δ13CSOC与电导率存在显著正相关关系,与土壤无机碳、土壤含水量均存在极显著负相关关系.土壤环境因子的重要性排序为土壤含水量土壤无机碳容重全氮C/N电导率pH.分析得出土壤有机碳及其同位素在不同土壤类型中呈现出不同变化规律,其土壤类型的效应强于土壤深度,受土壤含水量影响最甚.     

塔里木盆地北缘绿洲4种土地利用方式土壤有机碳组分分布特征及其与土壤环境因子的关系

为明确干旱区土壤有机碳各组分分布状况,进而合理地开发与利用,解决土地利用效率低下问题,以塔里木盆地北缘盐碱地、天然林、沙地、30 a棉田这4种不同土地利用方式土壤为研究对象,分析不同土地利用方式土壤有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳的分布状况,结合冗余分析探索其与土壤环境因子的关系.结果表明,SOC在天然林表现出最高值(1.92 g·kg~(-1)),在沙地随土层增加而增加,在其他土地利用类型整体呈现下降趋势;MBC在天然林表现出最高水平,且随土层深度增加而降低,在其他土地利用类型无明显变化趋势.DOC含量最高值和最低值分别出现在天然林和30 a棉田的80~100 cm层(分别为143.23 mg·kg~(-1)和30.00 mg·kg~(-1)),在天然林中随土层深度增加而增加,在盐碱地中随土层深度增加而降低且不同土层含量均表现出显著差异(P0.05).EOC含量在不同土地利用类型和不同土层中未表现出明显规律.将各有机碳组分进行敏感性分析得出:MBC对不同土层最为敏感,DOC对土地利用变化最为敏感.通过冗余分析得出各有机碳组分与土壤含水量、全氮、p H呈正相关关系,与土壤容重、电导率呈负相关关系.土壤环境因子对各碳组分含量的重要性排序为:土壤容重含水量电导率土壤氮p H,即容重和含水量为影响干旱区有机碳组分的主要因子.