高寒地区生态修复草地和林地土壤颗粒有机碳分解特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00010

摘要/Abstract

摘要：

为探讨高寒地区生态修复用地土壤颗粒有机碳（POC）分解特征，以祁连山南坡的修复草地和修复林地为研究对象，使用离心法将土壤分为砂粒（2 000—50 μm）、粉粒（2—50 μm）和黏粒（<2 μm），对土壤颗粒有机碳含量、土壤颗粒有机碳分配及颗粒有机碳稳定同位素组成特征进行了研究。结果表明：（1）两种修复用地均能提高颗粒有机碳的含量，新增的颗粒有机碳在修复草地中以砂粒有机碳为主体，在修复林地以粉粒和黏粒有机碳为主体。（2）3种土壤颗粒δ¹³C值均随粒径变小而增大，δ¹³C值与颗粒有机碳含量对数的回归斜率随着粒径变小而降低，修复林地叶片与表土有机碳的δ¹³C值分馏幅度高于修复草地，根系与表土有机碳的δ¹³C值分馏幅度小于修复草地。（3）修复草地砂粒、粉粒、黏粒有机碳平均周转时间分为9、20、34 a，修复林地分别为20、29、94 a，且两种修复用地的3种颗粒有机碳周转时间均有随修复年限增加而变长趋势。两种生态修复用地土壤颗粒有机碳的分解程度和周转速率均随着粒径减小而增大，从叶片转换为黏粒有机碳的过程中，修复林地周转速率较大，从根系转换成黏粒有机碳的过程中，修复草地更快。

关键词: 有机碳同位素, 生态修复, 颗粒有机碳周转

Abstract:

In order to investigate the decomposition characteristics of soil particulate organic carbon in alpine ecological restoration land， the restoration grassland and woodland on the southern slope of Qilian Mountain were studied in this study. The soil was divided into sand （2 000-50 μm）， silt （2-50 μm） and clay （<2 μm） using centrifugation， and the content of soil particulate organic carbon （POC）， distribution of soil POC and stable isotopic composition （δ¹³C） of POC were analyzed. The results showed that both types of restoration land could increase the content of POC， sand organic carbon was the main part of the newly increased POC in the restoration grassland， and silt and clay organic carbon was the main part in the restoration woodland. With the decrease of soil particle size， the δ¹³C values increased gradually， the regression slope （K） of δ¹³C value and LOG （POC） decreased with decreasing particle size. The fractionation range of δ¹³C value of leaf and topsoil in restoration woodland was higher than that in restoration grassland， while the fractionation range of δ¹³C value of root and topsoil organic carbon was lower than that in restoration grassland. The average turnover time of sand， silt and clay organic carbon in the restored grassland was 9 a， 20 and 34 a， and that in the restored forest land was 20 a， 29 a and 94 a， respectively. The turnover time of three kinds of particulate organic carbon in the two restoration lands increased with the increase of restoration years. In conclusion， the decomposition degree and turnover rate of soil POC increased with the decrease of particle size. In the process of conversion from leaves to clay organic carbon， the turnover rate of restored forest was faster， and in the process of conversion from root to clay organic carbon， the restoration of grassland was faster.

Key words: organic carbon isotopes, ecological restoration, particulate organic carbon turnover

中图分类号:

S153

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图/表 8

图1 修复草地采样点

Fig.1 Location of restoration grassland sampling points

图2 修复林地采样点

Fig.2 Location of restoration woodland sampling points

图3 土壤颗粒分级流程

Fig.3 Flow chart of soil particle-size fractionation

图4 不同修复年份颗粒有机碳含量与分配特征

Fig.4 Content and distribution of particulate organic carbon of grasslands and woodlands in different restoration years

图5 两种修复用地不同粒径土壤颗粒碳同位素特征

Fig.5 Carbon isotope characteristics of different POC in two restoration sites

表1 不同粒径土壤颗粒有机碳对数值与δ13C值回归模型参数

Table 1 Regression model between δ13C and Log values of POC in different soil particles

类型	颗粒	回归方程	斜率K	Pearson 相关系数	P
草地	砂粒	y=1.8591x-28.754	1.86	0.683	<0.05
	粉粒	y=-1.2509x-23.829	1.25	0.684	<0.05
	黏粒	y=-1.0201x-23.348	1.02	0.542	<0.05
林地	砂粒	y=1.1096x-26.953	1.11	0.762	<0.05
	粉粒	y=0.5732x-25.633	0.57	0.860	<0.01
	黏粒	y=0.467x-25.302	0.47	0.754	<0.01

表2 不同粒径土壤颗粒有机碳周转时间 (a)

Table 2 Characteristic turnover time of POC with different particle sizes

类型	修复年限 /a	土壤颗粒
类型	修复年限 /a	砂粒	粉粒	黏粒
草地	4	5	17	27
	5	14	9	10
	6	4	14	15
	7	14	27	75
	8	6	33	32
	9	10	18	43
林地	5	13	21	23
	8	9	27	32
	15	22	33	122
	20	34	35	199

图6 叶片、根系和表土不同粒径土壤颗粒δ13C值

Fig.6 δ13C value of surface soil POC， leaves and roots

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