土壤自养微生物碳同化能力及其同化碳在不同碳库中的分配特征研究

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土壤碳循环是陆地生态系统物质和能量流动的重要环节。土壤微生物同化大气CO2作为碳循环的一个重要环节,主要是由土壤中具有碳同化能力的自养微生物所调控的生物化学过程。在微生物同化大气C02过程的研究中,我们主要集中于农田生态系统碳同化过程。而自养微生物广泛分布于不同的生态系统中,具有很强的环境适应能力,可以在多种环境条件下如自然湿地、广阔草原和林地等生境中参与C02的同化过程。因而,从整个生物圈的物质和能量流角度来看,研究不同生态系统自养微生物的CO2同化功能及其同化碳的转化对于完善碳循环理论具有重要意义。本文采用14C连续标记技术结合密闭系统培养,定量研究了典型稻田土壤与自然土壤(草地土、林地土、湿地土)微生物同化碳向土壤系统的输入及其在土壤活性碳库、在土壤不同粒径及其腐殖质组分中的分配特征与贡献,结果表明:1)土壤自养微生物具有可观的C02同化潜力,在本实验条件下估算,全球每年表层(0-20 cm)土壤通过自养微生物的同化作用可固定的大气CO2为0.85-9.3Pg。培养45 d后,8种供试土壤14C-SOC含量范围为17.45-190.79 mg-kg-1。 14C-SOC含量从高到低依次为湿地土壤>稻田土壤>草地土壤>林地土壤。碳同化速率从高到低依次为湿地土壤>稻田土壤>草地土壤>林地土壤。2) 自养微生物同化碳在土壤微生物量碳库中分配量高于土壤可溶性有机碳库,但不同类型土壤在不同活性碳库的分配特征不同。培养45d后,湿地土壤14C-DOC含量最高,为7.41 mg·kg-1,稻田土壤14C-DOC含量次之(平均含量为3.5 mg·kg-1),草地土壤为1.81 mg·kg-1,高于林地土壤(1.17 mg·kg-1)。与自养微生物同化碳在土壤可溶性碳库中的分配特征类似,湿地土壤14C-MBC含量最高(56.87 mg·kg-1),稻田土壤平均为12.41 mg·kg-1。草地土、林地土14C-MBC含量最少,分别只有2.21 mg·kg-1、2.11 mg·kg-1。水稻土和湿地土14C-MBC和14C-DOC含量均高于草地土和林地土。3)不同粒径团聚体中自养微生物同化碳的的含量呈显著性差异,且不同类型土壤自养微生物同化碳在不同粒径团聚体中的分配特征不同。在稻田土壤P2(嘉兴水稻土)、P3(常德冲积土)、P4(鹰潭水稻土)以及草原土、林地土中,自养微生物同化碳主要贮存在<53μm团聚体中。但是对于稻田土壤P1(常德红壤)、P5(雷州水稻土)而言,>250μmm团聚体14C含量最高,分别为88.86mg kg-1、62.00 mg kg-1。而湿地土壤中自养微生物同化碳则主要贮存在53-250μm团聚体中。4)土壤微生物同化碳在腐殖质组分中的分配也表现出显著性差异,且土壤类型不同腐殖质各组分14C含量不同。总体表现出胡敏素(14C_Hu)>富啡酸(14C-FA)>胡敏酸(14C-HA)。湿地土壤14C-Hu含量最高,达到134.37 mg·kg-1。稻田土壤14C-Hu含量范围为47.38-129.87 mg·kg-1。草地土壤和林地土壤分别为18.15 mg·kg-1、10.51 mg·kg-1。
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