黄色石灰土不同粒径团聚体有机碳矿化对温度的响应

来源：核心期刊咨询网时间：12

摘要：摘 要：石灰巖(CaCO3)发育是西南喀斯特地貌的主要成因，且石灰岩发育而成的石灰土对全球温室气体的排放产生了巨大的影响，但石灰土不同粒径团聚体中的有机碳在不同温度下的矿化特征尚不清楚。因此，本研究通过室内模拟培养试验结合湿筛法和碱液吸收法探究了1

　　摘 要：石灰巖(CaCO3)发育是西南喀斯特地貌的主要成因，且石灰岩发育而成的石灰土对全球温室气体的排放产生了巨大的影响，但石灰土不同粒径团聚体中的有机碳在不同温度下的矿化特征尚不清楚。因此，本研究通过室内模拟培养试验结合湿筛法和碱液吸收法探究了15℃、25℃和35℃下黄色石灰土>0.25mm、0.053～0.25mm、0.002～0.053mm和<0.002mm粒径团聚体有机碳的矿化特征。结果表明：随团聚体粒径降低，土壤有机碳含量逐渐降低(P<0.05)，其中，>0.25mm有机碳含量为15.67g/kg，<0.002mm有机碳含量为0.59g/kg;在培养的第1天，三种温度下各粒径团聚体有机碳矿化速率均达到峰值，随后快速下降并逐渐趋于稳定;且0.053mm～0.25mm团聚体有机碳的矿化速率(14.37～31.99mg/(kg·d))和累积矿化量(100.67～223.92g/kg)最大，是最低的<0.002mm粒径团聚体的1.01～1.28倍;各粒径团聚体可矿化有机碳比例分别为：>0.25mm(0.41%～0.91%)、0.053～0.25mm(0.42%～0.93%)、0.002～0.053mm(0.44%～0.79%)和<0.002mm(0.41%～0.73%)(P<0.05)。其次，在低温(15℃)下升温，0.053～0.25mm团聚体有机碳Q10值(1.56)最大，而常温(25℃)下升温，则是>0.25mm团聚体有机碳Q10值最大(1.68);且0.053～0.25mm团聚体有机碳的潜在可矿化量C0(111.62～239.59mg/kg)及矿化速率常数K(0.41～0.44)均大于其余各粒径团聚体。综上所述，黄色石灰土0.053～0.25mm粒径团聚体有机碳矿化对升温的响应强烈，>0.25mm和0.002～0.053mm粒径团聚体次之，而<0.002mm粒径团聚体有机碳矿化对升温响应最弱;固碳能力依次为：(<0.002mm)>(0.002～0.053mm)>(>0.25mm)>(0.053～0.25mm)。

　　关键词：黄色石灰土;固碳潜力;不同粒径团聚体;有机碳矿化;温度敏感性

　　土壤是陆地生态系统最大的碳库，在1 m深土层中约有2500亿吨碳[1]，其细微变化足以对局部地区CO2水平产生巨大的影响[2]。因此，土壤固定有机碳是减缓温室气体(CO2、N2O等)排放的重要途径之一[3]。在干旱和湿润交替等物理过程下，由土壤颗粒和有机物所形成的具有多孔结构的土壤团聚体是土壤有机碳的主要赋存场所[4]。在表土团聚体中有机碳含量占全土有机碳含量的90%[5]，土壤团聚体有机碳的矿化主要受土壤温度[6]、水分[7]、质地[8]、肥力[9]以及人为措施[10]等的影响。土壤有机碳损失途径主要是微生物介导的矿化过程，而温度的高低直接影响微生物的活性，进而影响有机碳的矿化[11]。

　　全土有机碳矿化是不同土壤团聚体矿化的总体反映。研究土壤团聚体有机碳在全土有机碳矿化中的贡献，对进一步探究土壤碳循环过程具有重要意义。目前，国内外对于不同土壤团聚体有机碳矿化已有较多报道：其研究结果均表现为增温能促进土壤有机碳的矿化，但其具体效果受增温方式、生态系统类型以及增温时间等的影响而存在差异[12]。郭振等[13]研究发现，常温下(25℃)各粒径土壤团聚体固碳潜力分别为：(>0.25mm)>(<0.002mm)>(0.053～0.25mm)>(0.002～0.053mm);杨芳等[14]却发现0.002～0.053mm的固碳潜力大于0.053～0.25mm。刘晶等[15]发现土壤团聚体可矿化有机碳分配比例随粒径减小而变大，大颗粒团聚固碳能力强于小团聚体。Semenov等[16]研究发现土壤团聚体有机碳潜在可矿化量最高的是粒径为0.25～2mm的团聚体。陈晓芬等[17]发现有机碳含量是影响团聚体有机碳矿化的主要因素，大团聚体在土壤有机碳矿化过程中起着主导作用。

　　我国南方地区喀斯特地貌较为发育，对全球温室气体的排放产生了巨大的影响，在一定程度上加速了温室效应的进程。而贵州省作为我国喀斯特地貌最为发育的地区之一，其占比达到全省面积的62%，对其的研究有助于了解喀斯特地区土壤有机碳排放及固定机制。因此，本试验以贵州省喀斯特地区典型黄色石灰土为研究对象，采用室内模拟培养，结合湿筛法和碱液吸收法，并运用一级动力学方程对黄色石灰土不同粒径团聚体有机碳累积矿化量进行拟合，揭示不同温度下各粒径土壤团聚体有机碳的矿化规律，以期为预测喀斯特地区土壤碳库平衡提供一定的数据支撑。

　　1 材料与方法

　　1.1 供试土壤

　　研究区位于贵州省普定县典型喀斯特区域(N 26°26′36″，E 105°27′49″)，該地长期处于亚热带季风湿润气候，季风交替明显，气候温和。供试土壤采集于该地多年种植小麦的旱地土壤。于2017年8月采用五点取样法采集表层土壤(0～20cm)样品共20kg。带回室内经人工剔除>10mm的植物残体和石块后，置于阴凉干燥处自然风干，经磨碎后过2mm筛放入密闭的保鲜袋中备用。其中一部用于湿筛法分组和室内培养，另一部分分别过0.149mm、0.25mm和1mm筛测定土壤基本理化性质。供试土壤的基本理化性质为：有机质42.28g/kg、全氮1.94g/kg、碱解氮169.32mg/kg、全磷0.67g/kg、速效磷2.26mg/kg、全钾10.41g/kg、有效性钾127.25mg/kg、pH7.71。

　　1.2 不同粒径团聚体的筛分

　　采用湿筛法[18]对土壤样品进行筛分，直至筛分出足量各粒径团聚体。具体步骤：称取过2mm筛子的风干土20.00g，置于微团聚体分离器中(上层筛子孔径为0.25mm、下层筛子孔径为0.053mm)。用蒸馏水浸泡20min， 团聚体的分离通过上下移动筛子20min(频率为25次/分钟)，摆幅为4cm。筛分结束后静置30min。上层筛中为>0.25mm团聚体，下层筛中为0.053mm～0.25mm团聚体，余下的悬液置于离心机中在900rpm下离心7min，位于底部的固体部分为0.002mm～0.053mm团聚体;然后将余下的上清液再次在3200rpm下离心15min，底部的固体部分为<0.002mm团聚体。最后将得出的各个组分团聚体无损地转移到铝盒中，在60℃下烘干称重，并用于有机碳的矿化培养试验。在20.00g原土中>0.25mm、0.053mm～0.25mm、0.002mm～0.053mm和<0.002mm粒径的团聚体质量、有机碳含量、土壤回收率和各组分变异系数如表1所示;筛分结果和过程的可靠性和重现性良好。

　　1.3 土壤有机碳矿化培养试验

　　试验共设置>0.25mm、0.053～0.25mm、0.002～0.053mm和<0.002mm 粒径的团聚体4个处理，并设置无土对照作为空白，对照和每个处理均重复3次。具体试验步骤为：将>0.25mm、0.053～0.25mm、0.002～0.053mm和<0.002mm团聚体按其对应的质量分数分别称取11.04g、5.14g、2.79和0.41g置于50mL烧杯中，用蒸馏水调节至田间持水量的70 %，将烧杯放于1L密闭的广口瓶中，在25℃黑暗条件下预培养24h。预培养结束后，在每个广口瓶中放入盛有10mL0.1mol/LNaOH溶液的小烧杯。分别在15℃、25℃和35℃黑暗条件下培养一周，并在培养第1d、2d、3d、4d、5d、6d和7d时将盛有10mL0.1mol/LNaOH溶液的烧杯取出，并立即加入2mL1mol/L的BaCl2溶液和2滴酚酞指示剂，用0.1mol/L的HCl滴定剩下未被消耗的NaOH，从而通过消耗的HCl量来计算CO2矿化量。每次测定结束后，采用称重法补充烧杯中的水分至初始质量，通气30min，再次更换盛有10mL 0.1mol/L NaOH溶液的烧杯，继续进行培养，整个过程持续一周(7d)。

　　推荐阅读：大型有机化工装置循环冷却水系统化学清洗与预膜处理

转载请注明来自：http://www.qikan2017.com/lunwen/lig/18661.html