温度和水分对黑土有机碳矿化的互作效应研究

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研究温度和水分变化对黑土有机碳矿化的影响,对揭示气候变化背景下黑土有机碳矿化的规律及其机理具有重要意义。本文以三个不同有机碳含量的黑土为研究对象,分别设置-10℃、10℃、20℃和30℃四个温度和6个含水量即5%、11%、17%、23%、29%和50%,通过280天的室内培养试验,研究不同温度和水分的交互作用对土壤总有机碳的影响,对土壤活性有机碳的影响以及对土壤团聚体组成和团聚体有机碳分布的影响。研究表明:(1)高、中、低有机碳含量的三个黑土总有机碳含量均有所下降。在含水量550%的条件下,3个黑土的总有机碳含量及轻、重组有机碳含量均随温度的升高而减少,呈现30℃<20℃<10℃<-10℃的规律;在-10℃30℃的温度范围内,高和中有机碳土壤以含水量29%为转折点、低有机碳土壤以含水量23%为转折点,3个黑土的总有机碳含量及轻、重组有机碳含量均呈先下降后上升的变化趋势,其中三个土壤的总有机碳的最低值分别为21.23g·kg-1、18 g·kg-1、15.11 g·kg-1,较培养前分别减少了3.54 g·kg-1、2.73 g·kg-1、2.01 g·kg-1,轻组有机碳含量最低值分别为2.67g·kg-1、1.94g·kg-1、1.46 g·kg-1。重组有机碳含量最低值分别为18.56g·kg-1、16.06 g·kg-1、13.65 g·kg-1。轻组和重组有机碳的矿化规律与总有机碳的一致,在矿化的总有机碳中,高中低三个有机碳含量黑土的轻组最高矿化率分别为8.2%、8.12%和6.60%,高于重组的6.09%、4.73%和4.72%。高有机碳土壤总有机碳及轻、重组有机碳矿化率均大于低有机碳土壤,高有机碳土壤对温度和水分变化的响应较低有机碳土壤更为敏感,轻组有机碳比重组有机碳更易受温度和水分影响而矿化。(2)不同温度和水分均可降低黑土的土壤微生物量碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳含量。经不同温度和水分的室内模拟培养后,高、中、低有机碳含量黑土的土壤微生物量碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳含量均有减少。温度越高土壤微生物量碳、可溶性有机碳和易氧化有机碳含量越低,即30℃<20℃<10℃<-10℃。在5%50%的含水量之间,-10℃条件下土壤微生物量碳、可溶性有机碳和易氧化有机碳含量变化不大,但土壤温度为10℃、20℃和30℃时土壤微生物量碳、可溶性有机碳和易氧化有机碳含量曲线在分别以最佳含水量为转折点,呈先降低后升高的趋势,在高中低有机碳含量的三个黑土中,其微生物量碳含量最高矿化量分别为312.99 mg·kg-1、214.82 mg·kg-1和177.63 mg·kg-1,最大矿化率分别为37.57%、28.32%和24.93%,可溶性有机碳最高矿化量分别为18.7mg·kg-1,6.42 mg·kg-1,8.4 mg·kg-1,最大矿化率分别为9.99%,6.59%和5.84%。易氧化有机碳最高矿化量分别为3.43 mg·kg-1,2.23 mg·kg-1和1.82 mg·kg-1,最大矿化率分别为39.39%,35.32%和34.83%。(3)不同温度和水分条件均有使>0.25 mm团聚体向<0.25 mm微团聚体转化趋势。培养后,土壤微团聚体(<0.25mm)有机碳含量变化较小,大团聚体(>0.25mm)有机碳含量明显减少,其变化规律与土壤总有机碳含量变化一致。在四个温度(-10℃、10℃、20℃和30℃)条件下,高和中有机碳含量黑土以29%为最佳含水其大团聚体有机碳含量达到最小值。
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