碳同位素技術在土壤碳循環研究中的應用

      碳在土壤中的儲量和存儲時間是陸地生態系統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周期,因此有效的土地利用管理可使土壤成為一個碳匯。土壤儲存碳的過程就是土壤有機碳動態平衡的變化,因此認識土壤有機碳的動態變化是揭示土壤碳循環過程及其調控機制的重要方面。首先介紹了碳的一種穩定性同位素(13C)和放射性同位素(14C)在生態系統長期動態過程的重建(如C3/C4植被的歷史格局)、土壤有機碳周轉周期等方面的應用,探討了同位素示蹤技術在土壤有機碳來源、周轉周期、土壤CO2通量的變化和組分區分、同位素富集等研究領域的應用,歸納了土壤碳循環研究中的基本問題,提出了未來土壤碳循環同位素示蹤的主要研究方向。
      生態系統類型之間的轉變會極大地影響土壤有機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識仍然不十分清楚。碳循環的定量化知識對于評價不同土壤生態系統土壤碳存儲潛力是必要的。為了能預測土壤有機碳循環過程(土壤碳將如何響應與氣候變化和土地利用變化有關的土壤環境變化) ,需要更好地認識土壤碳周轉周期和初級生產力如何隨著土壤環境狀況變化。因此,我們應深入探討土壤有機碳隨深度的垂直變化規律,分析土壤有機碳的來源和降解的狀態,探討土壤有機碳在降解過程中,在不同質地組分中的遷移
次序,確定土壤有機碳建立新平衡過程所需要的時間。通過研究土壤有機碳的δ13 C和δ14 C值的垂直變化特征,可以闡明不同質地土壤δ13 C、δ14 C和土壤有機碳含量的差異。同時,可以使用碳同位素標記方法來跟蹤新老碳在氣候變化影響下的動態過程和命運,并通過建立陸地生態系統碳過程特征參數庫,解答如下問題: ①自養呼吸與異養呼吸的區分;②土壤CO2對大氣的環境效應; ③土壤微生物、土壤有機碳與土壤呼吸排放CO2的δ13 C值的差異; ④土壤有機碳的δ13 C、δ14C與氣候變化參數的關系。
      從耕地、草地到人工林生態系統的碳累積及其動態變化的研究是一個極其重要的方面,因此在未來土壤有機碳的同位素研究中應重點考慮以下幾個問題。①開展土壤有機碳同位素示蹤研究,探討森林生態系統發展過程中碳同位素的示蹤作用; ②定量化分析土壤有機碳的周轉速度,確定土壤有機碳的來源,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律以及差異的原因; ④分析土壤對13C和14C有機碳富集的基本機制,進一步評價森林生態系統碳貯存潛力; ⑤闡明質地、容重和土壤碳之間的關系; ⑥在生長季和非生長季土壤CO2通量中自養呼吸與異養呼吸貢獻的差異。

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