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湿地作为陆地生态系统的一个重要碳汇,存储的有机碳约为陆地土壤有机碳的18-30%。由于人为活动和气候变化的双重影响,若尔盖沼泽湿地生态系统遭到严重破坏,湿地退化导致大量土壤有机碳损失。本文选取若尔盖自然湿地保护区内4种湿地:相对原生沼泽(Relative pristine marsh,RPM)、轻度退化沼泽(Light degradation marsh,LDM)、中度退化沼泽(Moderate degradation marsh,MDM)和重度退化沼泽(Heavy degradation marsh,HDM),研究湿地退化条件下土壤腐殖质碳含量和官能团结构,以及植硅体碳含量和形态的变化特征,揭示湿地退化对土壤有机碳影响的生物化学机制。主要研究结果如下:(1)高寒湿地退化导致土壤腐殖质各组分碳含量降低。相较于RPM,LDM、MDM、HDM土壤富里酸碳(Fulvic acids carbon,FAC)含量分别降低1.0-33.9%、19.7-59.9%和41.4-79.4%;LDM、MDM、HDM土壤胡敏酸碳(Humic acids carbon,HAC)含量分别降低19.8-46.6%、23.9-79.6%和75.2-90.3%;LDM、MDM、HDM土壤胡敏素碳(Humin carbon,HMC)含量分别降低4.8-18.3%、38.4-78.2%和76.5-88.9%,胡敏素各组分碳含量也表现为随湿地退化而降低。同时,湿地退化加剧了腐殖质各组分碳的剖面分异。RPM、LDM土壤腐殖质各组分碳剖面分异较小、无明显变化规律;而MDM、HDM的随土层深度增加而降低。(2)高寒湿地土壤腐殖质组分中主要的官能团为羟基、脂肪烃、芳香烃和碳水化合物类物质。沼泽湿地逆向演变过程中,土壤FA中活性的醇酚碳、多糖碳占主要官能团的比例降低,芳香碳的比例增加。HE、HA中醇酚碳、脂肪碳的比例大幅增加,多糖碳、芳香碳的大幅降低,所以湿地退化减弱了土壤HE、HA的芳构化程度,降低了腐殖质的稳定性。(3)高寒湿地土壤植硅体主要来源于禾本科、莎草科植物,包括扇型、鞍型、哑铃型、棒型、三棱柱型在内的15种形态。土壤中植硅体含量为9.9-57.9 g kg-1,随湿地退化而降低,RPM、LDM土壤较MDM显著高20.9%和39.9%,较HDM显著高46.7%和59.6%。土壤植硅体碳(phytolith-occluded organic carbon,Phyt OC)含量为1.0-7.4 g kg-1,RPM、LDM土壤较MDM显著高58.5%和60.5%(P<0.05),较HDM显著高68.7%和70.2%(P<0.05)。植硅体和Phyt OC富集于土壤表层,随土层深度的增加而降低。(4)土壤腐殖质各组分及植硅体碳储量随湿地退化加剧而降低。RPM土壤的FAC储量分别较LDM、MDM和HDM高21.8%、23.5%和26.8%;稳定性组分HAC储量较LDM、MDM和HDM显著高50.3%、51.9%和74.0%(P<0.05);不溶性组分HMC储量显著高出LDM、MDM和HDM 13.4%、46.2%和66.8%(P<0.05)。植硅体碳储量在RPM、LDM土壤间无显著差异,但二者分别比MDM显著高30.8%和34.3%(P<0.05),也较HDM显著高31.1%和34.6%(P<0.05)。(5)高寒湿地土壤中FAC占TOC比例表现为HDM>MDM>LDM>RPM,惰性的HMC、较稳定的HAC占TOC比例却随湿地退化而降低,表明湿地退化使得土壤有机碳趋于易分解。当湿地退化至中度和重度时,HAC、FAC与TOC的相关性几乎增加至原始和轻度退化的2倍。因此,湿地退化可能促进大量HMC分解,从而增大HAC、FAC对总有机碳的贡献。(6)尽管Phyt OC在土壤有机碳库中所占的百分比随湿地退化程度加剧而增加,在重度退化湿地的土壤中达到最高。但Phyt OC含量与TOC的相关性随着沼泽湿地退化加剧而减弱,至重度退化时无显著相关性。说明在高寒湿地生态系统中植硅体是一长期且稳定的生物固碳机制,其中Phyt OC不易随着湿地退化而损失。