岩溶土壤系统中生物作用及有机碳转移对于CaCO_3-CO_2-H_2O体系的调节与控制

【摘要】：在全球碳循环研究中,人们日益关注陆地生态系统对大气CO2 的源汇效应。其一,关注土壤碳库的动态:由于土壤碳库的巨大和相对活跃性,碳在土壤中的累积、周转、释放动态对大气CO_2浓度的变化会产生重要影响。其二,关注岩溶作用:占全球陆地面积12%、占中国国土面积1/3 的碳酸盐岩分布区,是地球表层系统的重要组成部分。它不仅赋存了全球碳的99.55%,是全球最大的碳库,而且现代岩溶作用使其积极参予了全球碳循环。在地球表层系统中,生物圈与相邻圈层间发生着不间断的物质、能量的交换和转移,使生物圈贯穿整个地球表层系统。介于以上两点分析,本文以与岩溶系统和生物系统关系密切的碳循环为研究主线,岩溶土壤系统中的生物作用为研究对象,桂林岩溶试验场为野外研究基地,动态监测、模拟试验和碳同位素示踪为技术方法,揭示岩溶土壤系统中生物-有机作用对CaCO_3-CO_2-H_2O 体系的调控。一年的野外动态监测,结合室内3 个不同目的的模拟试验,初步取得如下主要的结果及新的认识: 1.土壤微生物是土壤中碳形态转移的“不断更新的动态驱动器”。土壤微生物在其新陈代谢过程中,不断同化环境中的物质,同时又向外界释放不同形态的碳组分。不同形态的碳组分对土壤环境中的CO_2-H_2O-CaCO_3 体系有不同的影响。本文研究了土壤微生物量碳、土壤水溶性有机碳(DOC)、土壤CO_2的动态及其相互关系。土壤微生物量碳是土壤环境中最活跃的生物有机碳形态之一。土壤微生物量碳在水、热同期的夏季出现最低值,寒冷少雨的冬季,出现最高值。这与土壤微生物群落结构及新陈代谢速率密切相关。在生存条件适宜的春、夏季,微生物代谢活跃,其周转速率快,微生物繁殖滋生速率很快,但微生物伤亡分解的速率更快,而生存条件相对恶劣的秋、冬季,微生物代谢缓慢,周转速率慢,微生物量碳在土壤中有累积。土壤DOC、土壤CO_2是土壤生物新陈代谢的产物,但其动态变化各具特点:土壤呼吸排放速率与气温呈显著正相关,与土壤微生物量碳呈负相关;作为土壤代谢产物之一的土壤DOC,在3-6 月与土壤呼吸排放CO_2间存在正相关关系,在高温少雨的7-9 月,出现最低值,在低温少雨的秋、冬季,土壤DOC 与土壤微生物量碳之间呈互为消长关系。这主要是土壤CO_2是土壤生物代谢终极产物,而DOC 则是土壤微生物生长所需能量的最好