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土壤是陆地生态系统最大的碳库之一,对土壤碳库与大气碳库之间交换通量的估计是陆地生态系统碳循环中不确定性最大的部分,因此有必要对土壤有机碳(SOC)的周转进行深入研究。碳同位素是了解中长时间尺度土壤有机碳循环的有效工具,本文利用稳定和放射性碳同位素,对内蒙古典型草原区地带性植被大针茅草原和羊草草原对应的浅层土壤(0 cm-20cm)有机碳周转进行估计和对比,并对羊草草原深层土壤(20 cm-100 cm)有机碳的周转时间进行估算。
利用核爆碳示踪信号,对SOC全样和组分的周转速率进行了计算,结果表明:将土壤分为轻组分(小于1.6 gcm-3),中密度组分(1.6 gcm-3-2.0 gcm-3),重密度组分(大于1.6 gcm-3)三部分,可区分出土壤有机碳中周转时间在十年以内的组分,数十至数百年的组分和数百年至数千年的组分。
对以羊草为建群种的植物群落和以大针茅为建群种的植物群落对应的土壤有机碳进行比较发现,基于14C放射性比度估算的SOC周转速率总体上没有显著差异,仅在0-10 cm层位,羊草样地SOC全样的周转时间大于大针茅,在10-20cm层位,羊草样地轻组分的周转时间大于大针茅。
对我国内蒙古锡林浩特草原0-100 cm的剖面中SOC全样进行了稳定和放射性同位素测定。我们认为该剖面δ13C的垂直变化可由新鲜SOC的输入量和SOC分解程度的变化解释。对表层(0-20 cm)采用核爆碳迭代模型估算SOC周转时间,对深层(20 cm以下)采用土壤全样14C表观年龄估算SOC周转时间,发现SOC周转时间随深度增加而增加,在表层约为300年,100 cm处约为4380年,土壤有机碳的稳定性和分解程度随深度增加可能是造成这种变化的主要机制。在20 cm以下层位中,用SOC全样表观年龄计算SOC周转时间可能会因包含部分年龄信息而造成一定程度的高估。但δ13C与14C放射性比度结合仍可作为反映SOC周转的有效手段。