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松嫩平原莫莫格湿地土壤不同形态碳转化过程及其与土壤铁耦合关系研究

于秀丽  
【摘要】:作为陆地生态系统中重要的碳库之一,湿地土壤碳的变化对全球碳循环和碳平衡都有着显著影响。土壤铁在湿地土壤生物地球化学循环中有着特殊作用,厌氧状态下与土壤碳存在着微生物作用下的耦合过程,铁的迁移转化影响着土壤碳的循环,因此湿地土壤铁与碳的相互作用研究至关重要,对深入理解湿地生态系统生物地球化学过程及其在全球气候变化中的作用具有重要的科学意义。本研究区设在松嫩平原内陆盐沼湿地——莫莫格国家级自然保护区内,以芦苇沼泽土(PA)、芦苇-羊草沼泽化草甸土(P-L)和羊草湿草甸草甸土(LC)3种不同类型土壤为研究对象,分别在2010年5月、7月和10月利用荷兰Eijkelkamp冲击钻取样器对0-90cm土壤分四层采集土样,对并土壤碳、铁、pH、酶活性等相关指标进行测定,分析和探讨土壤铁与碳的时空动态变化及其相互作用。土壤呼吸是土壤向大气进行碳转移的主要途径之一,是全球碳循环中最大的通量过程,分析湿地土壤碳动态平衡离不开对土壤呼吸的研究,因此于2010年4月至2011年5月,在上述芦苇沼泽和羊草湿草甸样地内各选一定点为测试点,利用英国ADC公司生产的ACE土壤碳通量自动测定仪对其土壤呼吸的日变化和季节动态进行了监测,同步监测了温度、土壤含水量、光合有效辐射等环境因子。研究结果如下:(1)羊草湿草甸土壤呼吸速率的日变化、季节变化以及芦苇沼泽土壤呼吸速率的季节变化均呈较明显的单峰曲线,而芦苇沼泽土壤呼吸速率的日变化呈一定的波动性。生长季(5月~10月)内土壤呼吸速率均显著高于非生长季(11月~翌年4月)。土壤呼吸速率随温度的增加而呈上升趋势,羊草湿草甸土壤呼吸速率与近地表的空气温度的相关性最高,而芦苇沼泽土壤呼吸速率与土壤5cm温度相关性最高。土壤呼吸速率与土壤水分(尤其是表层土壤含水量)具有显著的相关关系,表层土壤含水量可以解释该区域土壤呼吸速率的43%-59%。土壤温度和表层土壤含水量共同作用分别可以解释羊草湿草甸和芦苇沼泽土壤呼吸作用的72%和68%。(2)不同类型湿地土壤TOC、MBC含量均表现为PALCP-L,土壤DOC则为LCP-LPA。土壤TOC、DOC、MBC的垂直剖面分布都表现为从表层向深层递减。3种类型土壤TOC以及芦苇-羊草沼泽化草甸和羊草湿草甸土壤MBC都表现为10月7月5月,芦苇沼泽土壤MBC则表现为5月10月7月;土壤DOC季节变化芦苇沼泽和羊草湿草甸土壤为7月10月5月,芦苇-羊草沼泽化草甸土则表现为5月7月10月。相关分析结果表明,芦苇沼泽和羊草湿草甸土壤TOC与MBC呈显著正相关,芦苇沼泽土壤TOC与DOC有正相关关系。(3)不同类型湿地土壤全铁、无定形铁、络合态铁质量分数都表现为PALCP-L,游离铁质量分数LCPAP-L。从土壤铁垂直剖面分布规律看,无定形铁、络合态铁质量分数均为从表层向深层递减,游离铁质量分数从表层向深层递减至底层又有所升高,全铁垂直变化规律不明显。从土壤铁的季节变化看,游离铁质量分数5月7月10月,络合态铁质量分数5月10月7月,无定形铁和全铁最低值都出现在5月、但不同土壤中无定形铁和全铁最高值出现的季节不同。(4)不同类型湿地土壤比较,芦苇沼泽土壤铁的游离度最低、活化度和络合度都最高,且这三项指标的垂直变化都是在芦苇沼泽土壤中最明显。从分布规律看,土壤铁游离度都表现为从土壤表层至深层递减至60-90cm土层时又有所增大,铁游离度5月7月10月。土壤铁的活化度和络合度在芦苇沼泽和芦苇-羊草沼泽化草甸土壤中都表现为随土层加深而递减,在羊草湿草甸土壤中表现为随土层加深而逐渐增大但最低值却出现在最底层。3种类型湿地土壤铁的活化度最低值都出现在5月份,最高值PA出现在7月而P-L和LC出现在10月;土壤铁的络合度最高值都出现在10月,最低值PA出现在5月而P-L和LC出现在7月。(5)不同类型湿地土壤酶活性的垂直变化基本表现为从表层向深层递减的规律,土壤Fe_2O_3还原酶和磷酸酶均表现为PALCP-L。芦苇沼泽和羊草湿草甸土壤pH值垂直变化表现为从表层向深层递减,芦苇-羊草沼泽化草甸土壤pH的垂直变化规律与之相反;3种类型湿地土壤pH值5月7月10月,且芦苇沼泽土壤pH最低。(6)Fe_2O_3还原酶与土壤DOC、MBC、络合铁、无定形铁和全铁均存在显著相关性,蔗糖酶和磷酸酶分别与土壤TOC、MBC、游离铁、无定形铁存在显著相关性。土壤pH与TOC、MBC均为显著负相关关系,与DOC呈显著正相关性,与游离铁和络合态铁均呈显著负相关关系。(7)芦苇沼泽土中,土壤无定形铁与TOC、DOC、MBC都呈显著正相关关系,络合态铁与TOC、MBC呈显著正相关关系。芦苇-羊草沼泽化草甸土中,土壤无定形铁、全铁与DOC呈显著负相关关系,土壤游离铁、络合态铁与DOC呈显著正相关关系。羊草湿草甸土壤中,土壤无定形铁与DOC呈显著正相关关系。土壤铁游离度与游离铁、络合态铁存在正相关关系,与无定形铁、全铁存在负相关关系;土壤铁活化度与土壤无定形铁、全铁存在正相关关系,与游离铁、络合态铁呈负相关;铁游离度和活化度均与DOC存在相关性。土壤铁络合度与络合态铁、TOC均有正相关关系。土壤铁游离度与活化度呈显著负相关,游离度与络合度无相关性。(8)土壤呼吸速率与土壤有机碳、特别是与土壤DOC的变化有一定的关系,土壤无定形铁、络合态铁也会影响土壤呼吸速率的变化。


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