碳同位素技術(shù)在土壤碳循環(huán)研究中的應(yīng)用

      碳在土壤中的儲量和存儲時(shí)間是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫中最大和最長的,而土地利用方式會影響到土壤碳儲量及其循環(huán)周期,因此有效的土地利用管理可使土壤成為一個(gè)碳匯。土壤儲存碳的過程就是土壤有機(jī)碳動態(tài)平衡的變化,因此認(rèn)識土壤有機(jī)碳的動態(tài)變化是揭示土壤碳循環(huán)過程及其調(diào)控機(jī)制的重要方面。首先介紹了碳的一種穩(wěn)定性同位素(13C)和放射性同位素(14C)在生態(tài)系統(tǒng)長期動態(tài)過程的重建(如C3/C4植被的歷史格局)、土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)周期等方面的應(yīng)用,探討了同位素示蹤技術(shù)在土壤有機(jī)碳來源、周轉(zhuǎn)周期、土壤CO2通量的變化和組分區(qū)分、同位素富集等研究領(lǐng)域的應(yīng)用,歸納了土壤碳循環(huán)研究中的基本問題,提出了未來土壤碳循環(huán)同位素示蹤的主要研究方向。
      生態(tài)系統(tǒng)類型之間的轉(zhuǎn)變會極大地影響土壤有機(jī)碳的變化和溫室氣體的釋放,但土壤作為碳源/匯的潛力及其持久性的認(rèn)識仍然不十分清楚。碳循環(huán)的定量化知識對于評價(jià)不同土壤生態(tài)系統(tǒng)土壤碳存儲潛力是必要的。為了能預(yù)測土壤有機(jī)碳循環(huán)過程(土壤碳將如何響應(yīng)與氣候變化和土地利用變化有關(guān)的土壤環(huán)境變化) ,需要更好地認(rèn)識土壤碳周轉(zhuǎn)周期和初級生產(chǎn)力如何隨著土壤環(huán)境狀況變化。因此,我們應(yīng)深入探討土壤有機(jī)碳隨深度的垂直變化規(guī)律,分析土壤有機(jī)碳的來源和降解的狀態(tài),探討土壤有機(jī)碳在降解過程中,在不同質(zhì)地組分中的遷移
次序,確定土壤有機(jī)碳建立新平衡過程所需要的時(shí)間。通過研究土壤有機(jī)碳的δ13 C和δ14 C值的垂直變化特征,可以闡明不同質(zhì)地土壤δ13 C、δ14 C和土壤有機(jī)碳含量的差異。同時(shí),可以使用碳同位素標(biāo)記方法來跟蹤新老碳在氣候變化影響下的動態(tài)過程和命運(yùn),并通過建立陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程特征參數(shù)庫,解答如下問題: ①自養(yǎng)呼吸與異養(yǎng)呼吸的區(qū)分;②土壤CO2對大氣的環(huán)境效應(yīng); ③土壤微生物、土壤有機(jī)碳與土壤呼吸排放CO2的δ13 C值的差異; ④土壤有機(jī)碳的δ13 C、δ14C與氣候變化參數(shù)的關(guān)系。
      從耕地、草地到人工林生態(tài)系統(tǒng)的碳累積及其動態(tài)變化的研究是一個(gè)極其重要的方面,因此在未來土壤有機(jī)碳的同位素研究中應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問題。①開展土壤有機(jī)碳同位素示蹤研究,探討森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展過程中碳同位素的示蹤作用; ②定量化分析土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)速度,確定土壤有機(jī)碳的來源,識別土壤呼吸的不同組分; ③探討土壤碳的13 C和14C隨深度的垂直變化規(guī)律以及差異的原因; ④分析土壤對13C和14C有機(jī)碳富集的基本機(jī)制,進(jìn)一步評價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)碳貯存潛力; ⑤闡明質(zhì)地、容重和土壤碳之間的關(guān)系; ⑥在生長季和非生長季土壤CO2通量中自養(yǎng)呼吸與異養(yǎng)呼吸貢獻(xiàn)的差異。

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