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海螺沟冰川退缩区不同生态演替阶段森林凋落物—土壤连续体有机碳动态变化

海螺沟冰川退缩区不同生态演替阶段森林凋落物—土壤连续体有机碳...

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作者：廖宇琴西南大学

学位级别：硕士

作为大气CO的天然碳汇,土壤有机碳的固定对全球碳收支和气候系统的稳定性具有重要意义。源于植物光合作用的有机碳可通过土壤团聚体的物理闭蓄作用或与活性铁铝矿物等形成有机-无机复合体而固定在土壤中,但这些固碳机制的相对重要性随... 详细信息

作为大气CO的天然碳汇,土壤有机碳的固定对全球碳收支和气候系统的稳定性具有重要意义。源于植物光合作用的有机碳可通过土壤团聚体的物理闭蓄作用或与活性铁铝矿物等形成有机-无机复合体而固定在土壤中,但这些固碳机制的相对重要性随土壤演替的变化规律尚不清楚。论文以海螺沟冰川退缩区5个演替年限(分别为40年、55年、90年、130年和190年)的土壤-森林系统为研究对象,基于稳定性同位素技术分析了凋落物-土壤连续体有机碳变化动态、土壤团聚体粒级分布、有机碳在团聚体中的源汇关系以及活性铁铝矿物结合碳的贡献率。研究结果可为土壤碳汇管理与碳中和实施提供重要科学信息。主要研究结果如下:(1)海螺沟冰川退缩区生态演替初级阶段(演替40年)土壤大团聚体(>0.25 mm)含量显著低于其他四个阶段。其中,初级阶段土壤大团聚体(>0.25mm)含量均值为(16.65±0.59)%,随着演替的继续推进,大团聚体含量总体呈上升趋势,于演替90年、130年和190年阶段趋于稳定,平均值分别为(45.68±1.23)%、(41.89±0.98)%和(43.37±1.29)%。(2)土壤团聚体稳定性指标中,大团聚体含量(R)、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均随演替年限的增加而呈上升趋势,分形维数(D)则表现出完全相反的趋势。由此可得,土壤团聚作用随演替逐渐增强,土壤结构稳定性呈上升趋势。(3)从凋落物到土壤层,有机碳含量均表现出减少趋势,δC值逐渐趋正;且随着演替的进行,土壤对有机碳的保护作用逐渐增强,土壤与凋落物有机碳δC差值逐渐减小。(4)土壤0～5 cm总有机碳含量(TOC)及其储量(S)随着演替呈抛物线递增趋势,从演替初级阶段到顶级阶段(演替190年),TOC从9.80 g·kg增加到28.64 g·kg,S增加了170.58%。演替初级阶段土壤微团聚体(碳贡献率为52.47%,大团聚体贡献率为47.50%;随着演替的进行,大团聚体对有机碳的保护作用逐渐显著,贡献率于顶级演替阶段上升至68.17%,微团聚体保护程度则相对减弱。(5)对于演替初级阶段,土壤团聚体间有机碳的流动性较弱,流动方向主要呈现为较小团聚体流向较大。随着演替的进行,各粒径级团聚体之间的联系逐渐紧密,有机碳的流动性逐渐增强,流动方向逐渐转为较大团聚体流向较小为主。(6)随着演替的进行,活性铁铝矿物对土壤总有机碳固定的贡献率保持相对稳定,均在25%左右,但对微团聚体有机碳固定的贡献越来越显著。(7)土壤OC/SOC与δC值呈极显著正相关关系(P土壤有机碳δC值相对偏正。

关键词：生态演替凋落物-土壤连续体稳定性同位素土壤碳流动活性铁铝矿物

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